Starknet 萬字研報:蓄勢待發,長期主義者的跬步千裏

中級5/27/2024, 9:20:14 AM
近兩年 ZK 的發展速度遠超預期,ZK Rollup 雙雄 ZkSync 和 Starknet 在性能和費用上都實現了巨大的進步。本文深入淺出地探討 Starknet 的技術優勢,並簡化解釋 ZK 的證明過程。

轉發原文標題《Starknet 萬字研報:蓄勢待發,長期主義者的跬步千裏》

相比於web3世界裏其它喧囂的敘事,ZK賽道在很長時間裏一直代表着漫長枯燥但意義非凡的基礎建設。 仿佛一場艱難的修行,裏面的人艱難求索,外面的人霧裏看花。

不過可喜的是,近兩年ZK的發展速度遠超預期,ZK Rollup雙雄ZkSync和Starknet在性能和費用上都實現了巨大的進步。

以太坊EIP-4844升級後,ZK Rollup在與OP Rollup的競爭格局中也逐漸走強。

更令人振奮的是,曾經的競爭對手StarkWare與Polygon Labs合作,升級了一直代表ZK前沿實力的STARK協議,正式推出Circle STARK,爲ZK證明能力帶來了又一次飛躍。

如果你已經閱讀了去年的文章(L2 Summer 將至?一文掌握 StarkNet 技術原理及生態),想要更深入了解Starknet背後奇妙的ZK證明過程,但又礙於各種令人生畏的數學公式和錯綜復雜的技術流派,那麼不妨跟隨這篇文章來了解一些關於ZK的關鍵問題。

我們會嘗試避開惱人的數學部分,並在此基礎上討論Starknet的技術優勢,尤其是近期發布的重大突破。

01

首先從ZK開始

ZK是一個標籤,也是零知識證明系統(Zero Knowledge Proof Systems)的縮寫。

作爲當下顯學,ZK證明像個神祕傳說——在不泄露任何額外的信息的前提下,證明某個事實。

這麼理想化的目標要如何實現呢?這裏我們需要類比一個做過學生都熟悉的情景。

通常,一個學生想要證明自己學業優秀,最簡潔的辦法便是出示成績單。在保證考試系統有效、公正的基礎上,一份加權成績達到A的成績單往往可以爲學生的學業水平背書,而無需展示任何具體的學業內容。

ZK證明的過程也很類似,簡單來說,它的核心成員有兩個部分:證明器(Prover)和驗證器(Verifier)。

證明器就像學校的考試系統,有一套固定的流程,爲學生生成成績單,作爲學生學術能力的證明,並呈遞給作爲驗證器的家長/公司,家長/公司通過成績單來驗證學生的能力水平。

這裏我們可以看出,整個證明過程中最艱難的部分便是證明器生成證明的過程。在具體的ZK證明中,它可以分成兩個部分——算術化和多項式承諾。

1.1 算術化

  1. 算術化,就是把復雜的證明問題轉換成代數問題,具體地,就是把我們想要證明的見證(Witness),轉換成一組多項式約束(Polynomial Constrains)。這就類似於我們把學生的學術能力,通過考試,轉化成一組分數成績。
  2. Witness:見證,是我們通常所說的鏈下計算的原始數據,包括交易數據、帳戶狀態數據、中間計算結果等,是我們用來證明交易有效性,但又不想公開的隱私數據。
  3. Polynomial Constrains:多項式約束。在ZK證明過程中要做的,就是把復雜問題轉化成數學問題,而數學證明方式最關鍵的一環,就是要找到一個多項式,並最終證明自己的確找到了。多項式約束,就是指這個多項式需要滿足的條件。

1.2 多項式承諾

多項式承諾,則是在具體的數學證明中,證明自己找到了一個多項式(Polynomial),滿足上一步算術化所生成的所有約束條件。

如果多項式證明有效,那麼數學證明成功,代表我們想要證明的問題成立。這個過程類似於我們最後得出一個加權平均分或者成績單,能夠保證學生的成績全是A,進而證明學生的學術能力優秀。

不過也許你會質疑,現實生活中,一張成績單往往並不能準確地表達一個人的學術能力,因爲我們人類的考試系統中還是存在太多的漏洞和不可控。

而在ZK的世界裏,借助是非分明的數學和公開透明的程序,這個願望正在得以實現(正如智能合約和區塊鏈保障了公正透明一樣)。

02

SNARK vs STARK

SNARK和STARK是目前兩種最常用的ZK證明協議,也分別是ZkSync和Starknet所使用的底層協議。

因爲相似的名稱和賽道常常被拿來對比。不過在對比之前我們不妨先引入兩個人物,從發展史的角度更好地去了解這兩個協議所構建的ZK證明系統。

2.1 Groth與SNARK

Jens Groth是UCL計算機系的一位教授(現已是榮譽教授,目前擔任Nexus的首席科學家,zkVM方向)。

此人從2009年開始,年年高產,發表多篇零知識相關的文章,我們在ZK領域常常聽到的Groth09、Groth10等等就是由他的名字和發表年份組成的。

(注:通常由於論文的名字又長又拗口,學界會用名字+年份的方式,縮寫指代一些重要的論文,比較常見的如奠定STARK基礎的BBHR18、Zcash使用的PGHR13,都是由幾位作者的首字母組合在一起,再加上年份組成的。像Groth這種一人全名獨佔,還能夠連續編年的,實數罕見。)

要論其中最著名的有二:

  1. 【Groth10】Short Pairing-based Non-interactive Zero-Knowledge Arguments,提出了完整的非交互式證明方案,被認爲是SNARK的理論先驅。
  2. 【Groth16】On the Size of Pairing-based Non-interactive Arguments,在Groth10的基礎上,精簡證明尺寸,提升驗證效率,至今仍被廣泛應用。

正是在Gorth的研究基礎上,SNARK得以發展完善。

SNARK,全稱爲 Succinct Non-interactive Argument of Knowledge,是一種簡潔的零知識證明系統,它極強的可用性,使得ZK迅速應用在加密貨幣領域。

2.2 Eli Ben-Sasson 與 STARK

值得一提的是,第一個將SNARK應用於加密貨幣的協議Zerocash,它的聯合創始人正是Eli Ben-Sasson——後來的StarkWare的聯合創始人,也是STARK的發明者之一。

不僅如此,早年間的Eli Ben-Sasson積極推動SNARK協議的落地,並在13、14年接連發表論文,提出並優化SNARK的構造,提升了實用性和高效性,幫助SNARK真正得到廣泛的關注和應用。

不過也許是太過了解SNARK面臨的困境,2018年,Eli Ben-Sasson等人發表【BBHR18】Scalable, transparent, and post-quantum secure computational integrity,STARKs證明系統被正式提出,也爲ZK Rollup提出更加完善的解決方案。

STARK——Scalable Transparent Argument of Knowledge,在大批量證明時具有優勢,且整個證明過程透明,無需依賴信任的第三方,具有抗量子攻擊級別的安全性。

(注:需要聲明的是,雖然英雄史詩的故事總是膾炙人口,但任何一件成就都不是靠一個人力挽狂瀾得來的。相反,無論SNARK還是STARK,都是無數科學家共同努力的結果。我們拎出單個人物出來講,僅僅是爲了從一個側面爲這段ZK關鍵發展史提高生動性。就算牛人如Groth,他的論文也要建立在KZG等人(Aniket Kate、Gregory Zaverucha、Ian Goldberg )的研究成果上才能得以實現,而提出STARK的作者們,更是個個身懷絕技,日後我們可以持續深扒。)

2.3 SNARK vs STARK

那麼讓Eli Ben-Sasso痛下決心另起爐竈的原因是什麼呢?SNARK又面臨哪些困境呢?

2.3.1 透明性

在回答上面的問題之前,我們可能要先回答另一個問題:在加密領域,什麼最貴?

中本聰給出的答案是——信任。

SNARK恰好踩中了這個雷區。SNARK在進行多項式承諾時,採用了KZG的方法,而KZG承諾需要一個可信設置(Trusted Setup)來生成一串公共參考字符串 (Common Reference String, CRS),進而生成證明和驗證過程中的密鑰。

回到我們那個成績單的例子,家長或者公司之所以看到一個A的平均成績,就可以判斷學生學術水平優秀,是因爲我們共同認可學術能力從高到低的排序是A、B、C、D。只有在這個標準下,A的成績才有意義。

但如果學校的評分系統被黑,學術能力的排序變成了C、A、B、D呢?原本拿C的學生就會被當成優等生被優先考慮。這就造成了誤判。

由此我們可以看出,這個被大家共同認可的標準的安全性至關重要。而在遵從黑暗森林法則的加密世界裏,這個Trusted Setup就成了巨大的隱患。

明知如此,爲什麼SNARK還要堅持使用KZG方法呢?這是因爲使用KZG得到的最終證明的尺寸太小了。還記得SNARK中的“S”代表什麼嗎?Succient(簡潔)!

小尺寸的誘惑太大了,尤其是在以太坊坎昆升級之前,精簡的證明尺寸爲SNARK帶來更好的實用性和高效性,在很長一段時間裏被更多的項目所接受。所以說處處都是trade off。

說回來STARK,爲了啃下Non-Trusted這塊硬骨頭,STARK採用了FRI(Fast Reed-Solomon Interactive Oracle Proofs)的方法來進行多項式承諾。

具體來說,FRI方法將多項式進行 Reed Solomon編碼,以Merkle樹的形式儲存,並通過Oracle完成驗證器和證明器之間的多輪交互,由此實現了可驗證性和透明性(transparent,STARK中的“T”)。

(注:需要注意的是,這裏的Oracle並不是我們在web3世界中常見的中心化或者半中心化的預言機,而是由驗證器和證明器根據協議規則,在本地模擬出來的一個去中心化的虛擬實體,是一種交互證明機制。)

如果還要類比成績單的例子,我們可以把STARK系統的多項式承諾過程看成是一個構建在鏈上的評分系統,通過區塊鏈技術保證了整個系統的公正和透明。

此外,STARK證明中,驗證器和證明器還可以通過使用一個公共的隨機信標(Random Beacon)來模擬交互過程,並最終打包成一個完整的證明,實現非交互式證明,獲得更好的可用性和異步性。

2.3.2 可拓展性

STARK的進步還表現在處理大規模復雜運算問題上的通用性和靈活性,以及它的平均證明尺寸會隨着證明規模擴大而降低,形成網路效應,即“S”所代表的Scalable。

不同於SNARK採用以R1CS爲代表的電路計算方式進行算術化,需要針對不同問題重新設計電路,STARK採用AIR(Algebraic Intermediate Representation )的方法,是一種通用的機器計算方式,通過狀態轉換方程連結不同狀態,幾乎可以將任意計算問題抽象成一組多項式約束。

同時,由於STARK使用的FRI方法生成多項式證明時,採用了遞歸的結構逐漸降低多項式的次數,使得證明尺寸的增長遠遠慢於問題規模的增長(對數級別)。因此在處理大規模運算時具有顯著的優勢。

回到成績和考試的例子中,如果我們算術化的過程比作考試,那麼SNARK和STARK就分別像傳統試卷和機考。

短期或者對於一所小學校來說,傳統試卷便宜迅速,機考則要在軟件和硬件方面做準備,看起來昂貴又麻煩。

但對於全球性成規模的考試機構來說,一臺電腦可以進行不同種類不同級別的考試,題庫的豐富度和隨機性不再需要老師爲每一次考試出題,節約了大量人力。

從長期看,隨着考試人數的累積,軟硬件的投入成本也會被大幅攤薄。

2.3.3 抗量子攻擊

除了“S”和“T”的成就,STARK還通過使用抗量子的哈希函數(如Rescue哈希,一般認爲是後量子安全的,而傳統的SHA-256哈希函數則被認爲可能在量子計算中表現脆弱)、安全性代數問題(證明器需要證明的一些復雜代數問題,目前認爲是量子計算機上也難以解決的)等方式,實現了抗量子攻擊性。

03

Circle STARK不止於此

講到這裏,我們不難發現SNARK是一個必不可少的短期內快速可行的解決方案。

但把時間拉長,隨着交易量的增長,計算復雜度的爆發,以及人們越來越清醒的意識到,信任,實際上是加密領域最昂貴的奢侈品時,STARK的優越性會越來越凸顯。

這一點目前在工業界也逐漸顯露。使用SNARKs的頭部應用ZkSync推出的Boojum版本,就已開始探索由SNARK向STARK的逐漸轉變。

而以會整活著稱的Polygon,也早早轉向STARK,今年升級的證明系統Plonky3,便是基於Polygon Labs與StarkWare的最新共同研發的Circle STARK。

Circle STARK是基於STARK更新的新一代ZK證明協議,由於巧妙的引入了圓曲線(Circle Curve),成功的將小素數域M31應用到了證明系統中,促使證明效率大幅提升。

在ZK證明系統中,素數域扮演着至關重要的角色。正是在素數域上進行運算,證明才得以實現。

素數域的選擇代表着效率和安全性的平衡。素數域越小,所需的運算量越小,效率越高。

另一方面,大的素數域通常代表着更高級別的安全性,這也是爲什麼過去STARK和SNARK都採用大素數域的原因。

而Circle STARK的創新性就表現在,通過結合圓曲線的特殊結合使用了M31這種小素數域,在提升證明效率的同時,成功保障了後量子安全性。

StarkWare方面目前推出並開源了基於Circle STARK的新一代證明器Stwo,預計Stwo的證明效率將達到初代證明器Stone的100倍。

Stwo將與高級Cario完全兼容,當前基於Stone證明器的Starknet Pover (SHARP Prover),未來也將使用Stwo。屆時Starknet生態的開發者和用戶將直接受益於Stwo帶來的性能提升,而無需進行任何操作。

除了提升證明速度,Polygon的聯合創始人Brendan Farmer 還提到,Circle STARK 的應用,最終將顯著降低費用,並擴展到更多應用證明。

Eli Ben-Sasson 更是樂觀表示,Circle STARK的推出可以視爲一個重要的裏程碑,最高效的證明系統將會在不遠的未來面世,更多的突破和改進也將持續進行。

04

Starknet持續發力,提升性能

通過上面的分析,我們可以很清楚的看到,STARK證明系統和它的最新升級版本Circle STARK是當之無愧的前沿力量和明日之星,作爲StarkWare親兒子的Starknet在ZK Rollup的道路上更是前途無量。

但也許是好事多磨,Starknet卻在很長一段時間裏飽受爭議。原因無他,體驗和費用。

不過還好,通過StarkWare的持續努力,這些問題正在逐一變成了歷史。下面我們將回顧一下Starknet近期的幾次重要升級成果,以及根據路線圖規劃的進一步動作。

4.1 V0.12

Starknet Alpha v0.12.0代號量子躍遷,於2023年7月上線主網。這次優化的重點是提升網路性能和優化用戶體驗。

吞吐量和延遲一般被視爲衡量網路性能的標準。通過優化排序器Rust化和升級Cario語言,Starknet的區塊執行時間顯著降低,吞吐量從 v0.11.0 版本的3萬 CSPS( Cairo steps per second ,每秒Cario步數)飆升至22 萬 CSPS,性能得到了極大提高。

一直廣受詬病的交互體驗問題也得到了解決,曾經爲了等待主網確認而平均長達20分鍾pending狀態將成爲歷史。

用戶端在Layer 確認完成後,就算交易成功,因此交易時間縮短到10秒左右,體驗大大提升。

這次被視爲裏程碑式的升級幫助Starknet的TVL成功突破了1億美元,單周漲幅超過43%。

4.2 V0.13

2024 年1月上線的 v0.13.0 版本擴大了區塊尺寸,計算成本大幅降低 50%,數據可用性成本降低 25%。

V0.13.1 提前部署了對以太坊 EIP-4844 的支持,因此Starknet在坎昆升級後的幾小時內就啓用了 blob 功能,並成爲第一個大幅降低用戶手續費的 L2。

在今年接下來的時間裏,按照路線圖計劃,V0.13.2 將支持交易並行化,可以同時處理更多交易,提升網路吞吐量和降低延遲。

V0.13.3將把Cairo Native 集成到Starknet排序器中,進一步提升排序器的性能。屆時網路速度會進一步加速。

4.3 V0.14以及後續升級計劃

根據路線圖,預計備受期待的Volition將在V.0.14.0 升級中上線。

目前以太坊上的數據可用性存儲(Data Avaliablity, DA)消耗了Starknet網路上絕大多數gas費用,因此降低以太坊上的DA存儲是降低費用的關鍵。

Volition可以允許開發者選擇將一部分數據存儲在Starknet L2上,最終把這部分數據的狀態根(root)提交到以太坊L1。通過這種方式,大大降低L1的DA存儲成本,進一步達到降低費用的目的。

V.0.14.0 版本還計劃採用應用遞歸(Applicative Recursion)的方式,一次批量處理多個區塊的的L1 足跡(Layer 1 footprint,是在以太坊上爲支持Starknet運行而需要存儲和處理的數據和計算任務)進而降低費用成本。

目前starknet的每個區塊都有一個專有證明,每個區塊都需要在以太坊上花費一筆固定的運營成本,因此網路常常要積攢足夠的交易量來分擔區塊成本,才會打包一個區塊。 這就導致了出塊時間的不確定和區塊成本利用效率的低效。有了應用遞歸之後,驗證器可以將幾個區塊一起打包證明,即縮短了區塊時間,又分擔了費用成本。

此外Starknet還將在技術上探索更多的DA壓縮方案,以達到削減成本的作用。

05

生態建設

5.1 現況

隨着性能的穩步提升和費用的持續降低,Starknet上的生態格局目前已趨於完善。

基礎設施上,錢包項目Agent X和Braavos作爲自托管的智能錢包,不僅保證了安全性,還適配了starknet原生的帳戶抽象,作爲web3世界的入口,給用戶帶來了良好的交互體驗。

跨鏈橋方面既有原生的StarkGate坐鎮,又有專注跨鏈橋的項目方Orbiter Finance、MiniBridge和rhino.fi加入。

DID的頭部項目Starknet.id承擔了ENS在以太坊上的角色,支持用戶鑄造NFT作爲Starknet鏈上身分和通行證。

傳統的紅海Defi方面,目前Starknet上也成長出Nostra、Ekubo、zkLend、ZKX、Carmine Options等頭部項目,在迅速佔領Dex、質押、借貸、合約重點板塊業務的同時,各家Defi項目也都在產品上努力推陳出新。

比如ZKX採用遊戲化的交互以及DAO的治理形態,打造了一個獨特的自治永續合約交易所;

Ekubo推出單例設計使用一個合約管理所有資金池,幫助用戶減少交易摩擦成本;

mySwap的一鍵再平衡功能,在市場波動過大時,可以有效降低無常損失等,都爲生態注入了更多的活力。

Gamefi是Starknet官方寄予厚望的板塊,除了頭部項目Loot生態以Realms爲代表的戰略類全鏈遊戲外,還有街頭風格的Dope Wars、星際探索爲背景的戰略遊戲Influence,以及由Starknet原生團隊打造的基於物理知識的Topology,堪稱Starknet上全鏈遊戲的四大天王。

此外Socialfi上出現了xfam.tech,類似於此前大熱的friend.tech,填補了社交領域的空白。

自從今年年初$STRK空投發幣以來,Starknet上的活躍度明顯提高。不止如此,生態內的項目如zkLend、Ekubo和ZKX都已相繼發布原生代幣$ZEND、$EKUBO和$ZKX ;

生態龍頭Nostra Finance也發布了Starknet上第一個原生USD穩定幣$UNO以及質押$STRK獲得的$NSTSTRK。

多層次的代幣發放無疑是Starknet生態的一劑強心針,到今年上半年,Starknet生態的數據總體表現不錯。

不過在如今Layer1、Layer2衆神混戰的時刻,想要保證持續的生命力,還需要產品和技術上的雙重創新,打造出真正的爆款應用,鏈上活力才能穩步再上一個臺階。

這背後除了官方團隊,還需要的是開發者社區的持續發力,這也是Starknet團隊一直以來極度開發者友好,甚至在空投中給出史無前例的開發者獎勵的原因之一。

5.2 挑戰和選擇

前面我們說過,STARK從一開始就是爲了安全的大規模復雜證明而生的,一脈相承的Starknet也是如此。

爲了實現這個宏大又純粹的目標,許多努力就在所難免,Cairo語言就是其一。

(注:Cairo語言是StarkWare專門爲STARK證明系統設計的編程語言,能夠高效生成證明,優化鏈下計算,有效的彌補了Solidity在執行證明上的局限性。)

不同於其它Layer使用Solidity進行智能合約的開發,開發者在Starknet上必須使用原生的Cairo語言進行開發,這就直接給開發者增加了學習成本和準入門檻。

另一方面,由於Cairo VM與EVM並不兼容,許多以太坊上的成熟項目不能直接遷移到Starknet上,這也造成了Starknet雖然作爲一條以太坊Layer2, 但卻很難享受到大生態的紅利。

目前Starknet鏈上超過90%的dApp都是鏈原生的,項目開發成本不可謂不大。

當此窘境,Starknet的選擇,我們可以從Eli Ben-Sasson年初的文章@think-integrity/stubborn%2C-or-steadfast">《固守還是堅持》中找到答案。

文章引用了“騎虎難下”的典故,表示如果犧牲安全去追求短期內漂亮的性能表現,就像坐在一只飛奔的老虎上後患無窮。 作爲堅守技術的真正信仰者,也絕不會將二流技術套上一流的包裝進行販賣。

Starknet想做的,是真正的證明,可以經得起滔天數據和黑暗森林的證明。而對證明的堅守,就是對安全性的堅守。

爲了堅守,Starknet上的開發者激勵措施十分豐富,除了黑客松等社區活動外,近期還推出了真金白銀的種子資助計劃(Seed Grand Program),入選團隊將可獲得高達2.5萬美金USDC的非稀釋資助獎勵,用以支持其在Starknet上的生態建設。

專門針對遊戲板塊,目前基金會的遊戲助力試點計劃(The Propulsion Pilot Program),將選擇多達20款遊戲,根據他們在Starknet主網的Gas消耗情況進行資助獎勵,每款遊戲最多可獲得100萬美金的獎勵。

此外,與Starknet達成深度戰略合作的以太坊客戶端開發團隊Nethermind,也同時發布了總額100萬美金的Starknet資助計劃(Starknet Grand Program),單個項目可獲得最高25萬美金資助,並獲得Nethermind團隊的技術支持。

Starknet也正從兩方面着手努力打通與以太坊之間的壁壘。一邊是由Nethermind開發的Warp項目,致力於將Solidity代碼轉化爲Cairo代碼,在高級語言層面實現兼容性。 另一邊由StarkWare團隊成員開發的Kakarot zkEVM的方案,以Cairo模擬EVM的環境,嘗試創建一個可證明的EVM。項目目前仍在開發中。

5.3 未來

在StarkWare的努力下,目前Cairo的開發者社區正在不斷壯大,隨着開發者社區的繁榮,生態也將孵化出更多優秀的產品和工具,進一步吸引更多優秀的開發者加入Cairo社區,形成正向循環。

我們除了在DeFi等傳統領域中期待能夠誕生優秀的產品外,結合Starknet逐步兌現的性能提升以及計算完整性優勢,Starknet上也逐步湧現出一些有可能代表未來的趨勢板塊。

5.3.1 全鏈遊戲

全鏈遊戲(Fully On-Chain Games,FOCG,也被稱爲Infinite Games)的概念早在區塊鏈興起時就風靡一時,備受遊戲玩家的期待。

它將遊戲的規則和數據完全儲存在鏈上,基於智能合約執行所有的運行和交互,讓玩家真正擁有遊戲資產的所有權,保證規則的透明可驗證,並提供開放的經濟系統,爲玩家創造更加自由公平的遊戲體驗。

但礙於早期鏈上吞吐量、費用和交互模式等方面的限制,全鏈遊戲很長時間還只是美好的願景,並沒有實現mass adoption。

不過隨着Starknet各方面表現的不斷優化,我們可以從以下幾個方面看到Starknet十分有潛力成爲孕育全鏈遊戲的沃土。

5.3.1.1 原生的帳戶抽象

帳戶抽象(Account Abstraction,AA)是提升交互體驗、幫助web2用戶進入web3的關鍵一步。

簡單來說,就是把我們過去作爲個人常用的以太坊上的EOA帳戶,轉向智能合約帳戶(CA),由於合約帳戶的可編程性,可以根據預先設置,在保障安全性的前提下,簡化當前復雜的操作步驟,優化用戶體驗。

Starknet的設計從一開始就把原生的帳戶抽象作爲必選項,每個帳戶都是一個智能合約帳戶,從系統設計上降低了實現AA的復雜性。

原生的錢包dApp Agent X和Braavos都支持帳戶抽象,可以爲用戶帶來Web2等同的體驗。

在遊戲情境下,帳戶抽象的作用會更加明顯。比如由Starknet鏈上幾家頭部鏈遊團隊Briq、Loot Realms和Topology發起的會話祕鑰(Session Key)功能,如今上線的Loot Survivor就使用了該功能,採用無錢包登入(Session Wallet),用戶不再需要爲每一步“進攻”操作籤名,極大優化了體驗。

5.3.1.2 Cairo生態逐步完善

隨着Starknet的持續優化和性能提升,目前已有大批遊戲社區入駐一同建設Cairo生態,隨着一系列基礎設施的推出,目前生態的遊戲框架已經基本形成。

Dojo是一個基於Cairo的鏈上遊戲引擎,創建於2023年2月,目前由社區共同運營維護。

遊戲引擎是構建遊戲的基礎,它爲遊戲開發者提供一個由合約、工具和代碼庫組成的開發框架,這樣他們就不必從零開始構建遊戲的基本系統,讓構建鏈上遊戲變得更加容易。

(注:Web2遊戲最流行的兩個遊戲引擎是Unity和Unreal Engine,我們熟悉的《爐石傳說》、《街頭霸王》等就分別構建在這兩個遊戲引擎的基礎上。目前Web3遊戲引擎的發展還處在早期,已有的兩個加密遊戲引擎,分別是構建在EVM上的MUD和基於Cairo的Dojo。Dojo是首個可證明的加密遊戲引擎。)

Cartridge是一個遊戲啓動器,它一方面基於Dojo爲開發者提供工具和代碼庫,用於創建和部署遊戲,包括鏈上遊戲邏輯、可擴展架構、無縫用戶接入、模塊化開發和貨幣化方案等。

另一方面爲玩家簡化了交互流程,方便玩家發現和進入他們喜歡的遊戲。

5.3.1.3 Layer 3

Starknet作爲使用Zk Rollup的通用型Layer2,除了出衆的安全性能、高吞吐量、以及大幅降低的費用以外,爲了滿足特定需求,還推出了Layer3 Appchain的定制化開發。

遊戲開發者可以根據自己的需求,定制優化鏈上執行環境和共識機制,打造高性能、低延遲、低費用的遊戲專屬鏈。這也爲全鏈遊戲帶來更多的可能性。

Realms和Cartridge就在年初成合作將共同開發“Realms World L3”,預計在今年Q3正式推出,在Starknet的基礎上運行整個Realms生態,屆時將會有更快的速度和更低廉的費用,進一步優化用戶體驗。

此外,Dope Wars也表示將同Cartridge合作發布一條Layer3,並使用$PAPER作爲Gas token。

5.3.1.4 小結

雖然在大衆眼中,Starknet在Gamefi的表現也許並不算出彩,但如果把眼光聚集在全鏈遊戲上,Starknet上的生態友好度、明確的全鏈使命感以及自身的技術優勢,對開發者和玩家來講都是吸引力十足的。

我們可以看到目前Starknet上遊戲開發者對Cairo生態的建設熱情很高,頭部項目通力合作促成了Dojo等關鍵基礎設施的落成。

如果有一天全鏈遊戲能夠完全實現,越來越多的遊戲發燒友進入web3的遊戲世界,真正獲得對遊戲資產的所有權,我們有理由期待這一切會發生在Starknet上。

5.3.2 ZKML

隨着AI和區塊鏈技術的雙雙爆發,AI+Blockchain被越來越廣泛的認爲是未來的發展方向,ZKML(Zero Knowledge Machine Learning,零知識證明機器學習)便是一種解決方案。

傳統的ML模型像個黑盒,由於被中心化機構所擁有,普通用戶除了相信大機構的背書,無法驗證自己在使用的究竟是什麼模型,是否由可靠的數據訓練得來。這也是目前中心化大模型被詬病的主要原因之一。

而如果簡單的將模型上鏈採用去中心化的方式進行訓練和運行,不光Gas成本太高,由於鏈上Non-trusted的環境,也無法保證模型和訓練數據的可靠性。

這種情況下ZKML就十分有必要。Think off-chain,act on-chain。通過在鏈下訓練和運行模型,使用ZK技術生成證明提交到鏈上的方法,完美解決了前面提到的兩個困境——成本和可靠性。

同時,由於ZK本身具備的隱私性的特點,也使ZKML在金融、醫療等敏感領域前景廣闊。

在Starknet上基於Cairo構建ZKML有天然的優勢。Cairo作爲爲證明而生的開發語言,具有優秀的計算完整性,且在證明上高度抽象,開發者可以直接調用證明組件,而無需自行處理證明問題,極大簡化了開發流程。

同時,得益於STARK的可拓展性優勢,在處理大規模運算數據時具有顯著的網路效應,能夠高效且低成本地承載機器學習所需的海量數據。因此,Starknet上以Giza Tech爲基礎的ZKML正在迅速發展。

Giza是一個Starknet上的ZKML中間件平台,提供Orion開發框架,使開發者能夠使用熟悉的框架(如PyTorch、TensorFlow)進行模型訓練,並輕鬆地在Starknet上進行部署。

同時Giza還推出了一個將ZKML於多鏈行爲結合的代理框架Agents,開發者可以基於ZKML創建鏈上AI代理,與智能合約交互,並根據預定義的規則進行決策。

目前Giza已經應用在多個項目中,比如社交上,與Circles Network合作,進行社交圖譜分析,偵查虛假用戶。

DeFi方面,Yearn Finance合作,爲其提供基於ZKML的智能投資策略和風險管理方案。

最新入選Starknet種子資助計劃的ML Village則通過Giza將ZKML引入鏈遊進行決策,展現出了廣闊的應用前景。

06

總結

根據Starknet官方近期發布,預計2024年可以實現Gas費降低至遠低於$0.01,同時數百TPS,成爲TPS最高的Layer2。

這個目標對於Starknet來說並不算雄偉,事實上,StarkWare對Starknet的定位,也遠不止一條Layer那麼簡單。

從產品和市場的關鍵選擇上,Starknet與Solana更爲相似,把EVM的紅利和束縛一並拋棄,從頭建設。

但又不同於Solana在去中心化問題上存在的瑕疵,Starknet通過以太坊Layer2+ZK的方式,巧妙的繼承了以太坊極致去中心化的同時,又保證了可拓展性和安全性,將不可能三角變成了可能。

而這個看似美滿的結果,正如我們開頭所講,是一場堅守長期主義的修行,是無數次舍近求遠的負重前行。我們期待Starknet上能夠在未來釋放更多的活力。

聲明:

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Starknet 萬字研報:蓄勢待發,長期主義者的跬步千裏

中級5/27/2024, 9:20:14 AM
近兩年 ZK 的發展速度遠超預期,ZK Rollup 雙雄 ZkSync 和 Starknet 在性能和費用上都實現了巨大的進步。本文深入淺出地探討 Starknet 的技術優勢,並簡化解釋 ZK 的證明過程。

轉發原文標題《Starknet 萬字研報:蓄勢待發,長期主義者的跬步千裏》

相比於web3世界裏其它喧囂的敘事,ZK賽道在很長時間裏一直代表着漫長枯燥但意義非凡的基礎建設。 仿佛一場艱難的修行,裏面的人艱難求索,外面的人霧裏看花。

不過可喜的是,近兩年ZK的發展速度遠超預期,ZK Rollup雙雄ZkSync和Starknet在性能和費用上都實現了巨大的進步。

以太坊EIP-4844升級後,ZK Rollup在與OP Rollup的競爭格局中也逐漸走強。

更令人振奮的是,曾經的競爭對手StarkWare與Polygon Labs合作,升級了一直代表ZK前沿實力的STARK協議,正式推出Circle STARK,爲ZK證明能力帶來了又一次飛躍。

如果你已經閱讀了去年的文章(L2 Summer 將至?一文掌握 StarkNet 技術原理及生態),想要更深入了解Starknet背後奇妙的ZK證明過程,但又礙於各種令人生畏的數學公式和錯綜復雜的技術流派,那麼不妨跟隨這篇文章來了解一些關於ZK的關鍵問題。

我們會嘗試避開惱人的數學部分,並在此基礎上討論Starknet的技術優勢,尤其是近期發布的重大突破。

01

首先從ZK開始

ZK是一個標籤,也是零知識證明系統(Zero Knowledge Proof Systems)的縮寫。

作爲當下顯學,ZK證明像個神祕傳說——在不泄露任何額外的信息的前提下,證明某個事實。

這麼理想化的目標要如何實現呢?這裏我們需要類比一個做過學生都熟悉的情景。

通常,一個學生想要證明自己學業優秀,最簡潔的辦法便是出示成績單。在保證考試系統有效、公正的基礎上,一份加權成績達到A的成績單往往可以爲學生的學業水平背書,而無需展示任何具體的學業內容。

ZK證明的過程也很類似,簡單來說,它的核心成員有兩個部分:證明器(Prover)和驗證器(Verifier)。

證明器就像學校的考試系統,有一套固定的流程,爲學生生成成績單,作爲學生學術能力的證明,並呈遞給作爲驗證器的家長/公司,家長/公司通過成績單來驗證學生的能力水平。

這裏我們可以看出,整個證明過程中最艱難的部分便是證明器生成證明的過程。在具體的ZK證明中,它可以分成兩個部分——算術化和多項式承諾。

1.1 算術化

  1. 算術化,就是把復雜的證明問題轉換成代數問題,具體地,就是把我們想要證明的見證(Witness),轉換成一組多項式約束(Polynomial Constrains)。這就類似於我們把學生的學術能力,通過考試,轉化成一組分數成績。
  2. Witness:見證,是我們通常所說的鏈下計算的原始數據,包括交易數據、帳戶狀態數據、中間計算結果等,是我們用來證明交易有效性,但又不想公開的隱私數據。
  3. Polynomial Constrains:多項式約束。在ZK證明過程中要做的,就是把復雜問題轉化成數學問題,而數學證明方式最關鍵的一環,就是要找到一個多項式,並最終證明自己的確找到了。多項式約束,就是指這個多項式需要滿足的條件。

1.2 多項式承諾

多項式承諾,則是在具體的數學證明中,證明自己找到了一個多項式(Polynomial),滿足上一步算術化所生成的所有約束條件。

如果多項式證明有效,那麼數學證明成功,代表我們想要證明的問題成立。這個過程類似於我們最後得出一個加權平均分或者成績單,能夠保證學生的成績全是A,進而證明學生的學術能力優秀。

不過也許你會質疑,現實生活中,一張成績單往往並不能準確地表達一個人的學術能力,因爲我們人類的考試系統中還是存在太多的漏洞和不可控。

而在ZK的世界裏,借助是非分明的數學和公開透明的程序,這個願望正在得以實現(正如智能合約和區塊鏈保障了公正透明一樣)。

02

SNARK vs STARK

SNARK和STARK是目前兩種最常用的ZK證明協議,也分別是ZkSync和Starknet所使用的底層協議。

因爲相似的名稱和賽道常常被拿來對比。不過在對比之前我們不妨先引入兩個人物,從發展史的角度更好地去了解這兩個協議所構建的ZK證明系統。

2.1 Groth與SNARK

Jens Groth是UCL計算機系的一位教授(現已是榮譽教授,目前擔任Nexus的首席科學家,zkVM方向)。

此人從2009年開始,年年高產,發表多篇零知識相關的文章,我們在ZK領域常常聽到的Groth09、Groth10等等就是由他的名字和發表年份組成的。

(注:通常由於論文的名字又長又拗口,學界會用名字+年份的方式,縮寫指代一些重要的論文,比較常見的如奠定STARK基礎的BBHR18、Zcash使用的PGHR13,都是由幾位作者的首字母組合在一起,再加上年份組成的。像Groth這種一人全名獨佔,還能夠連續編年的,實數罕見。)

要論其中最著名的有二:

  1. 【Groth10】Short Pairing-based Non-interactive Zero-Knowledge Arguments,提出了完整的非交互式證明方案,被認爲是SNARK的理論先驅。
  2. 【Groth16】On the Size of Pairing-based Non-interactive Arguments,在Groth10的基礎上,精簡證明尺寸,提升驗證效率,至今仍被廣泛應用。

正是在Gorth的研究基礎上,SNARK得以發展完善。

SNARK,全稱爲 Succinct Non-interactive Argument of Knowledge,是一種簡潔的零知識證明系統,它極強的可用性,使得ZK迅速應用在加密貨幣領域。

2.2 Eli Ben-Sasson 與 STARK

值得一提的是,第一個將SNARK應用於加密貨幣的協議Zerocash,它的聯合創始人正是Eli Ben-Sasson——後來的StarkWare的聯合創始人,也是STARK的發明者之一。

不僅如此,早年間的Eli Ben-Sasson積極推動SNARK協議的落地,並在13、14年接連發表論文,提出並優化SNARK的構造,提升了實用性和高效性,幫助SNARK真正得到廣泛的關注和應用。

不過也許是太過了解SNARK面臨的困境,2018年,Eli Ben-Sasson等人發表【BBHR18】Scalable, transparent, and post-quantum secure computational integrity,STARKs證明系統被正式提出,也爲ZK Rollup提出更加完善的解決方案。

STARK——Scalable Transparent Argument of Knowledge,在大批量證明時具有優勢,且整個證明過程透明,無需依賴信任的第三方,具有抗量子攻擊級別的安全性。

(注:需要聲明的是,雖然英雄史詩的故事總是膾炙人口,但任何一件成就都不是靠一個人力挽狂瀾得來的。相反,無論SNARK還是STARK,都是無數科學家共同努力的結果。我們拎出單個人物出來講,僅僅是爲了從一個側面爲這段ZK關鍵發展史提高生動性。就算牛人如Groth,他的論文也要建立在KZG等人(Aniket Kate、Gregory Zaverucha、Ian Goldberg )的研究成果上才能得以實現,而提出STARK的作者們,更是個個身懷絕技,日後我們可以持續深扒。)

2.3 SNARK vs STARK

那麼讓Eli Ben-Sasso痛下決心另起爐竈的原因是什麼呢?SNARK又面臨哪些困境呢?

2.3.1 透明性

在回答上面的問題之前,我們可能要先回答另一個問題:在加密領域,什麼最貴?

中本聰給出的答案是——信任。

SNARK恰好踩中了這個雷區。SNARK在進行多項式承諾時,採用了KZG的方法,而KZG承諾需要一個可信設置(Trusted Setup)來生成一串公共參考字符串 (Common Reference String, CRS),進而生成證明和驗證過程中的密鑰。

回到我們那個成績單的例子,家長或者公司之所以看到一個A的平均成績,就可以判斷學生學術水平優秀,是因爲我們共同認可學術能力從高到低的排序是A、B、C、D。只有在這個標準下,A的成績才有意義。

但如果學校的評分系統被黑,學術能力的排序變成了C、A、B、D呢?原本拿C的學生就會被當成優等生被優先考慮。這就造成了誤判。

由此我們可以看出,這個被大家共同認可的標準的安全性至關重要。而在遵從黑暗森林法則的加密世界裏,這個Trusted Setup就成了巨大的隱患。

明知如此,爲什麼SNARK還要堅持使用KZG方法呢?這是因爲使用KZG得到的最終證明的尺寸太小了。還記得SNARK中的“S”代表什麼嗎?Succient(簡潔)!

小尺寸的誘惑太大了,尤其是在以太坊坎昆升級之前,精簡的證明尺寸爲SNARK帶來更好的實用性和高效性,在很長一段時間裏被更多的項目所接受。所以說處處都是trade off。

說回來STARK,爲了啃下Non-Trusted這塊硬骨頭,STARK採用了FRI(Fast Reed-Solomon Interactive Oracle Proofs)的方法來進行多項式承諾。

具體來說,FRI方法將多項式進行 Reed Solomon編碼,以Merkle樹的形式儲存,並通過Oracle完成驗證器和證明器之間的多輪交互,由此實現了可驗證性和透明性(transparent,STARK中的“T”)。

(注:需要注意的是,這裏的Oracle並不是我們在web3世界中常見的中心化或者半中心化的預言機,而是由驗證器和證明器根據協議規則,在本地模擬出來的一個去中心化的虛擬實體,是一種交互證明機制。)

如果還要類比成績單的例子,我們可以把STARK系統的多項式承諾過程看成是一個構建在鏈上的評分系統,通過區塊鏈技術保證了整個系統的公正和透明。

此外,STARK證明中,驗證器和證明器還可以通過使用一個公共的隨機信標(Random Beacon)來模擬交互過程,並最終打包成一個完整的證明,實現非交互式證明,獲得更好的可用性和異步性。

2.3.2 可拓展性

STARK的進步還表現在處理大規模復雜運算問題上的通用性和靈活性,以及它的平均證明尺寸會隨着證明規模擴大而降低,形成網路效應,即“S”所代表的Scalable。

不同於SNARK採用以R1CS爲代表的電路計算方式進行算術化,需要針對不同問題重新設計電路,STARK採用AIR(Algebraic Intermediate Representation )的方法,是一種通用的機器計算方式,通過狀態轉換方程連結不同狀態,幾乎可以將任意計算問題抽象成一組多項式約束。

同時,由於STARK使用的FRI方法生成多項式證明時,採用了遞歸的結構逐漸降低多項式的次數,使得證明尺寸的增長遠遠慢於問題規模的增長(對數級別)。因此在處理大規模運算時具有顯著的優勢。

回到成績和考試的例子中,如果我們算術化的過程比作考試,那麼SNARK和STARK就分別像傳統試卷和機考。

短期或者對於一所小學校來說,傳統試卷便宜迅速,機考則要在軟件和硬件方面做準備,看起來昂貴又麻煩。

但對於全球性成規模的考試機構來說,一臺電腦可以進行不同種類不同級別的考試,題庫的豐富度和隨機性不再需要老師爲每一次考試出題,節約了大量人力。

從長期看,隨着考試人數的累積,軟硬件的投入成本也會被大幅攤薄。

2.3.3 抗量子攻擊

除了“S”和“T”的成就,STARK還通過使用抗量子的哈希函數(如Rescue哈希,一般認爲是後量子安全的,而傳統的SHA-256哈希函數則被認爲可能在量子計算中表現脆弱)、安全性代數問題(證明器需要證明的一些復雜代數問題,目前認爲是量子計算機上也難以解決的)等方式,實現了抗量子攻擊性。

03

Circle STARK不止於此

講到這裏,我們不難發現SNARK是一個必不可少的短期內快速可行的解決方案。

但把時間拉長,隨着交易量的增長,計算復雜度的爆發,以及人們越來越清醒的意識到,信任,實際上是加密領域最昂貴的奢侈品時,STARK的優越性會越來越凸顯。

這一點目前在工業界也逐漸顯露。使用SNARKs的頭部應用ZkSync推出的Boojum版本,就已開始探索由SNARK向STARK的逐漸轉變。

而以會整活著稱的Polygon,也早早轉向STARK,今年升級的證明系統Plonky3,便是基於Polygon Labs與StarkWare的最新共同研發的Circle STARK。

Circle STARK是基於STARK更新的新一代ZK證明協議,由於巧妙的引入了圓曲線(Circle Curve),成功的將小素數域M31應用到了證明系統中,促使證明效率大幅提升。

在ZK證明系統中,素數域扮演着至關重要的角色。正是在素數域上進行運算,證明才得以實現。

素數域的選擇代表着效率和安全性的平衡。素數域越小,所需的運算量越小,效率越高。

另一方面,大的素數域通常代表着更高級別的安全性,這也是爲什麼過去STARK和SNARK都採用大素數域的原因。

而Circle STARK的創新性就表現在,通過結合圓曲線的特殊結合使用了M31這種小素數域,在提升證明效率的同時,成功保障了後量子安全性。

StarkWare方面目前推出並開源了基於Circle STARK的新一代證明器Stwo,預計Stwo的證明效率將達到初代證明器Stone的100倍。

Stwo將與高級Cario完全兼容,當前基於Stone證明器的Starknet Pover (SHARP Prover),未來也將使用Stwo。屆時Starknet生態的開發者和用戶將直接受益於Stwo帶來的性能提升,而無需進行任何操作。

除了提升證明速度,Polygon的聯合創始人Brendan Farmer 還提到,Circle STARK 的應用,最終將顯著降低費用,並擴展到更多應用證明。

Eli Ben-Sasson 更是樂觀表示,Circle STARK的推出可以視爲一個重要的裏程碑,最高效的證明系統將會在不遠的未來面世,更多的突破和改進也將持續進行。

04

Starknet持續發力,提升性能

通過上面的分析,我們可以很清楚的看到,STARK證明系統和它的最新升級版本Circle STARK是當之無愧的前沿力量和明日之星,作爲StarkWare親兒子的Starknet在ZK Rollup的道路上更是前途無量。

但也許是好事多磨,Starknet卻在很長一段時間裏飽受爭議。原因無他,體驗和費用。

不過還好,通過StarkWare的持續努力,這些問題正在逐一變成了歷史。下面我們將回顧一下Starknet近期的幾次重要升級成果,以及根據路線圖規劃的進一步動作。

4.1 V0.12

Starknet Alpha v0.12.0代號量子躍遷,於2023年7月上線主網。這次優化的重點是提升網路性能和優化用戶體驗。

吞吐量和延遲一般被視爲衡量網路性能的標準。通過優化排序器Rust化和升級Cario語言,Starknet的區塊執行時間顯著降低,吞吐量從 v0.11.0 版本的3萬 CSPS( Cairo steps per second ,每秒Cario步數)飆升至22 萬 CSPS,性能得到了極大提高。

一直廣受詬病的交互體驗問題也得到了解決,曾經爲了等待主網確認而平均長達20分鍾pending狀態將成爲歷史。

用戶端在Layer 確認完成後,就算交易成功,因此交易時間縮短到10秒左右,體驗大大提升。

這次被視爲裏程碑式的升級幫助Starknet的TVL成功突破了1億美元,單周漲幅超過43%。

4.2 V0.13

2024 年1月上線的 v0.13.0 版本擴大了區塊尺寸,計算成本大幅降低 50%,數據可用性成本降低 25%。

V0.13.1 提前部署了對以太坊 EIP-4844 的支持,因此Starknet在坎昆升級後的幾小時內就啓用了 blob 功能,並成爲第一個大幅降低用戶手續費的 L2。

在今年接下來的時間裏,按照路線圖計劃,V0.13.2 將支持交易並行化,可以同時處理更多交易,提升網路吞吐量和降低延遲。

V0.13.3將把Cairo Native 集成到Starknet排序器中,進一步提升排序器的性能。屆時網路速度會進一步加速。

4.3 V0.14以及後續升級計劃

根據路線圖,預計備受期待的Volition將在V.0.14.0 升級中上線。

目前以太坊上的數據可用性存儲(Data Avaliablity, DA)消耗了Starknet網路上絕大多數gas費用,因此降低以太坊上的DA存儲是降低費用的關鍵。

Volition可以允許開發者選擇將一部分數據存儲在Starknet L2上,最終把這部分數據的狀態根(root)提交到以太坊L1。通過這種方式,大大降低L1的DA存儲成本,進一步達到降低費用的目的。

V.0.14.0 版本還計劃採用應用遞歸(Applicative Recursion)的方式,一次批量處理多個區塊的的L1 足跡(Layer 1 footprint,是在以太坊上爲支持Starknet運行而需要存儲和處理的數據和計算任務)進而降低費用成本。

目前starknet的每個區塊都有一個專有證明,每個區塊都需要在以太坊上花費一筆固定的運營成本,因此網路常常要積攢足夠的交易量來分擔區塊成本,才會打包一個區塊。 這就導致了出塊時間的不確定和區塊成本利用效率的低效。有了應用遞歸之後,驗證器可以將幾個區塊一起打包證明,即縮短了區塊時間,又分擔了費用成本。

此外Starknet還將在技術上探索更多的DA壓縮方案,以達到削減成本的作用。

05

生態建設

5.1 現況

隨着性能的穩步提升和費用的持續降低,Starknet上的生態格局目前已趨於完善。

基礎設施上,錢包項目Agent X和Braavos作爲自托管的智能錢包,不僅保證了安全性,還適配了starknet原生的帳戶抽象,作爲web3世界的入口,給用戶帶來了良好的交互體驗。

跨鏈橋方面既有原生的StarkGate坐鎮,又有專注跨鏈橋的項目方Orbiter Finance、MiniBridge和rhino.fi加入。

DID的頭部項目Starknet.id承擔了ENS在以太坊上的角色,支持用戶鑄造NFT作爲Starknet鏈上身分和通行證。

傳統的紅海Defi方面,目前Starknet上也成長出Nostra、Ekubo、zkLend、ZKX、Carmine Options等頭部項目,在迅速佔領Dex、質押、借貸、合約重點板塊業務的同時,各家Defi項目也都在產品上努力推陳出新。

比如ZKX採用遊戲化的交互以及DAO的治理形態,打造了一個獨特的自治永續合約交易所;

Ekubo推出單例設計使用一個合約管理所有資金池,幫助用戶減少交易摩擦成本;

mySwap的一鍵再平衡功能,在市場波動過大時,可以有效降低無常損失等,都爲生態注入了更多的活力。

Gamefi是Starknet官方寄予厚望的板塊,除了頭部項目Loot生態以Realms爲代表的戰略類全鏈遊戲外,還有街頭風格的Dope Wars、星際探索爲背景的戰略遊戲Influence,以及由Starknet原生團隊打造的基於物理知識的Topology,堪稱Starknet上全鏈遊戲的四大天王。

此外Socialfi上出現了xfam.tech,類似於此前大熱的friend.tech,填補了社交領域的空白。

自從今年年初$STRK空投發幣以來,Starknet上的活躍度明顯提高。不止如此,生態內的項目如zkLend、Ekubo和ZKX都已相繼發布原生代幣$ZEND、$EKUBO和$ZKX ;

生態龍頭Nostra Finance也發布了Starknet上第一個原生USD穩定幣$UNO以及質押$STRK獲得的$NSTSTRK。

多層次的代幣發放無疑是Starknet生態的一劑強心針,到今年上半年,Starknet生態的數據總體表現不錯。

不過在如今Layer1、Layer2衆神混戰的時刻,想要保證持續的生命力,還需要產品和技術上的雙重創新,打造出真正的爆款應用,鏈上活力才能穩步再上一個臺階。

這背後除了官方團隊,還需要的是開發者社區的持續發力,這也是Starknet團隊一直以來極度開發者友好,甚至在空投中給出史無前例的開發者獎勵的原因之一。

5.2 挑戰和選擇

前面我們說過,STARK從一開始就是爲了安全的大規模復雜證明而生的,一脈相承的Starknet也是如此。

爲了實現這個宏大又純粹的目標,許多努力就在所難免,Cairo語言就是其一。

(注:Cairo語言是StarkWare專門爲STARK證明系統設計的編程語言,能夠高效生成證明,優化鏈下計算,有效的彌補了Solidity在執行證明上的局限性。)

不同於其它Layer使用Solidity進行智能合約的開發,開發者在Starknet上必須使用原生的Cairo語言進行開發,這就直接給開發者增加了學習成本和準入門檻。

另一方面,由於Cairo VM與EVM並不兼容,許多以太坊上的成熟項目不能直接遷移到Starknet上,這也造成了Starknet雖然作爲一條以太坊Layer2, 但卻很難享受到大生態的紅利。

目前Starknet鏈上超過90%的dApp都是鏈原生的,項目開發成本不可謂不大。

當此窘境,Starknet的選擇,我們可以從Eli Ben-Sasson年初的文章@think-integrity/stubborn%2C-or-steadfast">《固守還是堅持》中找到答案。

文章引用了“騎虎難下”的典故,表示如果犧牲安全去追求短期內漂亮的性能表現,就像坐在一只飛奔的老虎上後患無窮。 作爲堅守技術的真正信仰者,也絕不會將二流技術套上一流的包裝進行販賣。

Starknet想做的,是真正的證明,可以經得起滔天數據和黑暗森林的證明。而對證明的堅守,就是對安全性的堅守。

爲了堅守,Starknet上的開發者激勵措施十分豐富,除了黑客松等社區活動外,近期還推出了真金白銀的種子資助計劃(Seed Grand Program),入選團隊將可獲得高達2.5萬美金USDC的非稀釋資助獎勵,用以支持其在Starknet上的生態建設。

專門針對遊戲板塊,目前基金會的遊戲助力試點計劃(The Propulsion Pilot Program),將選擇多達20款遊戲,根據他們在Starknet主網的Gas消耗情況進行資助獎勵,每款遊戲最多可獲得100萬美金的獎勵。

此外,與Starknet達成深度戰略合作的以太坊客戶端開發團隊Nethermind,也同時發布了總額100萬美金的Starknet資助計劃(Starknet Grand Program),單個項目可獲得最高25萬美金資助,並獲得Nethermind團隊的技術支持。

Starknet也正從兩方面着手努力打通與以太坊之間的壁壘。一邊是由Nethermind開發的Warp項目,致力於將Solidity代碼轉化爲Cairo代碼,在高級語言層面實現兼容性。 另一邊由StarkWare團隊成員開發的Kakarot zkEVM的方案,以Cairo模擬EVM的環境,嘗試創建一個可證明的EVM。項目目前仍在開發中。

5.3 未來

在StarkWare的努力下,目前Cairo的開發者社區正在不斷壯大,隨着開發者社區的繁榮,生態也將孵化出更多優秀的產品和工具,進一步吸引更多優秀的開發者加入Cairo社區,形成正向循環。

我們除了在DeFi等傳統領域中期待能夠誕生優秀的產品外,結合Starknet逐步兌現的性能提升以及計算完整性優勢,Starknet上也逐步湧現出一些有可能代表未來的趨勢板塊。

5.3.1 全鏈遊戲

全鏈遊戲(Fully On-Chain Games,FOCG,也被稱爲Infinite Games)的概念早在區塊鏈興起時就風靡一時,備受遊戲玩家的期待。

它將遊戲的規則和數據完全儲存在鏈上,基於智能合約執行所有的運行和交互,讓玩家真正擁有遊戲資產的所有權,保證規則的透明可驗證,並提供開放的經濟系統,爲玩家創造更加自由公平的遊戲體驗。

但礙於早期鏈上吞吐量、費用和交互模式等方面的限制,全鏈遊戲很長時間還只是美好的願景,並沒有實現mass adoption。

不過隨着Starknet各方面表現的不斷優化,我們可以從以下幾個方面看到Starknet十分有潛力成爲孕育全鏈遊戲的沃土。

5.3.1.1 原生的帳戶抽象

帳戶抽象(Account Abstraction,AA)是提升交互體驗、幫助web2用戶進入web3的關鍵一步。

簡單來說,就是把我們過去作爲個人常用的以太坊上的EOA帳戶,轉向智能合約帳戶(CA),由於合約帳戶的可編程性,可以根據預先設置,在保障安全性的前提下,簡化當前復雜的操作步驟,優化用戶體驗。

Starknet的設計從一開始就把原生的帳戶抽象作爲必選項,每個帳戶都是一個智能合約帳戶,從系統設計上降低了實現AA的復雜性。

原生的錢包dApp Agent X和Braavos都支持帳戶抽象,可以爲用戶帶來Web2等同的體驗。

在遊戲情境下,帳戶抽象的作用會更加明顯。比如由Starknet鏈上幾家頭部鏈遊團隊Briq、Loot Realms和Topology發起的會話祕鑰(Session Key)功能,如今上線的Loot Survivor就使用了該功能,採用無錢包登入(Session Wallet),用戶不再需要爲每一步“進攻”操作籤名,極大優化了體驗。

5.3.1.2 Cairo生態逐步完善

隨着Starknet的持續優化和性能提升,目前已有大批遊戲社區入駐一同建設Cairo生態,隨着一系列基礎設施的推出,目前生態的遊戲框架已經基本形成。

Dojo是一個基於Cairo的鏈上遊戲引擎,創建於2023年2月,目前由社區共同運營維護。

遊戲引擎是構建遊戲的基礎,它爲遊戲開發者提供一個由合約、工具和代碼庫組成的開發框架,這樣他們就不必從零開始構建遊戲的基本系統,讓構建鏈上遊戲變得更加容易。

(注:Web2遊戲最流行的兩個遊戲引擎是Unity和Unreal Engine,我們熟悉的《爐石傳說》、《街頭霸王》等就分別構建在這兩個遊戲引擎的基礎上。目前Web3遊戲引擎的發展還處在早期,已有的兩個加密遊戲引擎,分別是構建在EVM上的MUD和基於Cairo的Dojo。Dojo是首個可證明的加密遊戲引擎。)

Cartridge是一個遊戲啓動器,它一方面基於Dojo爲開發者提供工具和代碼庫,用於創建和部署遊戲,包括鏈上遊戲邏輯、可擴展架構、無縫用戶接入、模塊化開發和貨幣化方案等。

另一方面爲玩家簡化了交互流程,方便玩家發現和進入他們喜歡的遊戲。

5.3.1.3 Layer 3

Starknet作爲使用Zk Rollup的通用型Layer2,除了出衆的安全性能、高吞吐量、以及大幅降低的費用以外,爲了滿足特定需求,還推出了Layer3 Appchain的定制化開發。

遊戲開發者可以根據自己的需求,定制優化鏈上執行環境和共識機制,打造高性能、低延遲、低費用的遊戲專屬鏈。這也爲全鏈遊戲帶來更多的可能性。

Realms和Cartridge就在年初成合作將共同開發“Realms World L3”,預計在今年Q3正式推出,在Starknet的基礎上運行整個Realms生態,屆時將會有更快的速度和更低廉的費用,進一步優化用戶體驗。

此外,Dope Wars也表示將同Cartridge合作發布一條Layer3,並使用$PAPER作爲Gas token。

5.3.1.4 小結

雖然在大衆眼中,Starknet在Gamefi的表現也許並不算出彩,但如果把眼光聚集在全鏈遊戲上,Starknet上的生態友好度、明確的全鏈使命感以及自身的技術優勢,對開發者和玩家來講都是吸引力十足的。

我們可以看到目前Starknet上遊戲開發者對Cairo生態的建設熱情很高,頭部項目通力合作促成了Dojo等關鍵基礎設施的落成。

如果有一天全鏈遊戲能夠完全實現,越來越多的遊戲發燒友進入web3的遊戲世界,真正獲得對遊戲資產的所有權,我們有理由期待這一切會發生在Starknet上。

5.3.2 ZKML

隨着AI和區塊鏈技術的雙雙爆發,AI+Blockchain被越來越廣泛的認爲是未來的發展方向,ZKML(Zero Knowledge Machine Learning,零知識證明機器學習)便是一種解決方案。

傳統的ML模型像個黑盒,由於被中心化機構所擁有,普通用戶除了相信大機構的背書,無法驗證自己在使用的究竟是什麼模型,是否由可靠的數據訓練得來。這也是目前中心化大模型被詬病的主要原因之一。

而如果簡單的將模型上鏈採用去中心化的方式進行訓練和運行,不光Gas成本太高,由於鏈上Non-trusted的環境,也無法保證模型和訓練數據的可靠性。

這種情況下ZKML就十分有必要。Think off-chain,act on-chain。通過在鏈下訓練和運行模型,使用ZK技術生成證明提交到鏈上的方法,完美解決了前面提到的兩個困境——成本和可靠性。

同時,由於ZK本身具備的隱私性的特點,也使ZKML在金融、醫療等敏感領域前景廣闊。

在Starknet上基於Cairo構建ZKML有天然的優勢。Cairo作爲爲證明而生的開發語言,具有優秀的計算完整性,且在證明上高度抽象,開發者可以直接調用證明組件,而無需自行處理證明問題,極大簡化了開發流程。

同時,得益於STARK的可拓展性優勢,在處理大規模運算數據時具有顯著的網路效應,能夠高效且低成本地承載機器學習所需的海量數據。因此,Starknet上以Giza Tech爲基礎的ZKML正在迅速發展。

Giza是一個Starknet上的ZKML中間件平台,提供Orion開發框架,使開發者能夠使用熟悉的框架(如PyTorch、TensorFlow)進行模型訓練,並輕鬆地在Starknet上進行部署。

同時Giza還推出了一個將ZKML於多鏈行爲結合的代理框架Agents,開發者可以基於ZKML創建鏈上AI代理,與智能合約交互,並根據預定義的規則進行決策。

目前Giza已經應用在多個項目中,比如社交上,與Circles Network合作,進行社交圖譜分析,偵查虛假用戶。

DeFi方面,Yearn Finance合作,爲其提供基於ZKML的智能投資策略和風險管理方案。

最新入選Starknet種子資助計劃的ML Village則通過Giza將ZKML引入鏈遊進行決策,展現出了廣闊的應用前景。

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總結

根據Starknet官方近期發布,預計2024年可以實現Gas費降低至遠低於$0.01,同時數百TPS,成爲TPS最高的Layer2。

這個目標對於Starknet來說並不算雄偉,事實上,StarkWare對Starknet的定位,也遠不止一條Layer那麼簡單。

從產品和市場的關鍵選擇上,Starknet與Solana更爲相似,把EVM的紅利和束縛一並拋棄,從頭建設。

但又不同於Solana在去中心化問題上存在的瑕疵,Starknet通過以太坊Layer2+ZK的方式,巧妙的繼承了以太坊極致去中心化的同時,又保證了可拓展性和安全性,將不可能三角變成了可能。

而這個看似美滿的結果,正如我們開頭所講,是一場堅守長期主義的修行,是無數次舍近求遠的負重前行。我們期待Starknet上能夠在未來釋放更多的活力。

聲明:

  1. 本文轉載自[Mirror],轉發原文標題《Starknet 萬字研報:蓄勢待發,長期主義者的跬步千裏》,著作權歸屬原作者[Biteye 核心貢獻者 Anci],如對轉載有異議,請聯系Gate Learn團隊,團隊會根據相關流程盡速處理。
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