Provas STARK: A espinha dorsal da escalabilidade da Starknet

As provas STARK representam uma inovação fundamental. Esses Argumentos Transparentes Escaláveis de Conhecimento são projetados para reforçar a escalabilidade do blockchain por meio da verificação eficiente da computação. A StarkWare, a entidade por trás da Starknet, desenvolveu a tecnologia STARK, enfatizando seu papel em proteger a integridade e privacidade das computações nos blockchains. Essa abordagem criptográfica permite que um único provador STARK off-chain lide com computações, com os resultados verificados on-chain por um Verificador STARK.
STARKs introduzem várias vantagens-chave

• Zero-Knowledge: A tecnologia garante a privacidade do usuário ao não revelar as entradas usadas nos cálculos fora da cadeia.
• Escalabilidade: Permite que grandes cálculos sejam realizados off-chain, reduzindo significativamente os custos de verificação on-chain.
• Transparência: Ao contrário de outras provas criptográficas, os STARKs não requerem uma configuração confiável, evitando o chamado "lixo tóxico."
• Argumento do Conhecimento: As provas só podem ser geradas por um provador que realmente executou o cálculo, garantindo a integridade do processo

No contexto do Starknet, STARKs facilitam a agrupamento de transações e sua verificação on-chain através de uma única prova, reduzindo drasticamente o custo por transação e garantindo a segurança do Ethereum. Esta tecnologia não apenas possibilita uma maior taxa de transferência de transações, mas também abre portas para novas aplicações anteriormente impraticáveis devido a limitações on-chain.

A interação entre as provas STARK e as soluções de Camada 2 da Starknet, StarkEx e Starknet, mostra uma abordagem abrangente para escalar o Ethereum. Enquanto o StarkEx oferece dimensionamento específico do aplicativo, o Starknet fornece uma plataforma sem permissão para implantar contratos inteligentes. Ambos aproveitam a escalabilidade e a segurança das provas STARK, mas atendem a diferentes necessidades dentro do ecossistema blockchain.

Ao abordar os desafios críticos de escalabilidade, privacidade e eficiência, as provas STARK representam um componente fundamental da missão da Starknet de aprimorar a rede Ethereum. Sua implementação na arquitetura da Starknet destaca um avanço significativo na busca por uma infraestrutura de blockchain mais escalável e acessível.

Introdução ao Cairo

Cairo, uma linguagem de programação especificamente projetada para Starknet, marca um avanço significativo no desenvolvimento da tecnologia blockchain. Ao contrário das linguagens de programação tradicionais otimizadas para hardware físico, Cairo é adaptada para uma CPU virtual, com seus princípios de design enraizados em restrições criptográficas em vez de físicas. Essa orientação permite que Cairo lide eficientemente com cálculos complexos e gere provas verificáveis de sua correção, uma característica crucial para executar operações em máquinas não confiáveis, garantindo uma verificação rápida e econômica em máquinas confiáveis.

Cairo significa 'CAlculus of IRrational Operations', refletindo sua capacidade única de realizar cálculos de maneira escalável e comprovadamente correta. Representa uma linguagem de nível superior que compila para Sierra, uma representação intermediária, que por sua vez compila para um subconjunto seguro da Assembleia Cairo (CASM). A evolução de Cairo 0 para Cairo 1, com a introdução de Sierra, tem como objetivo garantir que qualquer CASM gerado seja comprovadamente correto, mesmo em casos de falha na computação.

O que Cairo permite

A arquitetura do Cairo permite a execução de computações confiáveis em máquinas não confiáveis. Uma aplicação fundamental do Cairo está no Starknet, uma solução de escalabilidade da Camada 2 construída em cima do Ethereum. O Starknet emprega o Cairo para permitir que um nó, o provador, execute programas e gere provas criptográficas de corretude. Essas provas são então verificadas por um contrato inteligente do Ethereum, reduzindo significativamente a carga computacional e o custo associado à execução direta no Ethereum. Esse mecanismo aumenta a taxa de transferência e reduz as taxas de transação, mantendo o nível de segurança do Ethereum.

Características distintivas do Cairo

Cairo diverge de linguagens de programação convencionais em vários aspectos, nomeadamente em termos de sobrecarga de execução e vantagens. A execução pelo provador espelha a de outras linguagens, embora com alguma sobrecarga de desempenho devido à natureza virtualizada do Cairo. No entanto, esta sobrecarga não é a principal preocupação de otimização. A verificação de provas geradas, realizada pelo verificador, é otimizada para eficiência de custos, aproveitando o não-determinismo entre outras características para melhorar o desempenho. Por exemplo, ordenar um array no Cairo é tão eficiente em termos de custos quanto simplesmente copiá-lo, porque o verificador apenas verifica a ordem ordenada em vez de realizar a operação de ordenação.

Outra característica definidora do Cairo é o seu modelo de memória imutável, que apresenta desafios e oportunidades únicas para os desenvolvedores na gestão de dados e na otimização de desempenho. Essa imutabilidade requer uma abordagem cuidadosa para a gestão de estruturas de dados e uso de memória.

Cairo and Contratos Inteligentes

Cairo e Starknet oferecem coletivamente uma plataforma poderosa para desenvolver e implantar contratos inteligentes. Ao contrário dos contratos inteligentes tradicionais, que se concentram principalmente em transações financeiras, as capacidades do Cairo se estendem a uma gama mais ampla de aplicações, incluindo DeFi, tokenização, sistemas de votação e muito mais. O design da linguagem, otimizado para provas criptográficas, abre novas possibilidades para construir aplicativos descentralizados que são seguros, escaláveis e eficientes.

Para desenvolvedores e entusiastas ansiosos para explorar Cairo e suas aplicações dentro da Starknet, uma riqueza de recursos, incluindo documentação e fóruns da comunidade, estão disponíveis para facilitar a aprendizagem e o desenvolvimento. A combinação das características únicas do Cairo e das soluções de escalabilidade da Camada 2 da Starknet promete avançar a tecnologia blockchain e expandir seus casos de uso além das limitações atuais.

Para aprofundar-se mais no Cairo e na sua integração com Starknet, considere explorar o Documentação Starkneterecursos da StarkWareno Cairo.

Arquitetura Starknet

O Sequenciador Starknet

Vídeo completo aqui: https://www.youtube.com/watch?v=ZTomvlzta78

O Sequenciador Starknet é um componente crítico na arquitetura da Starknet, desempenhando um papel fundamental na melhoria da escalabilidade e eficiência da rede em relação à solução de Camada 1 do Ethereum. Ao introduzir uma abordagem inovadora para o processamento de transações, o Sequenciador eleva significativamente a capacidade da Starknet de lidar com transações em uma escala sem precedentes.

Função e Funcionalidade do Sequenciador Starknet

• Validação e Execução de Transações: O Sequenciador Starknet assume a tarefa crucial de validar e executar transações enviadas para a rede Starknet. Ele age como um Gate.iokeeper, garantindo que apenas transações válidas, que estejam em conformidade com as regras do Starknet e requisitos de contratos inteligentes, sejam processadas. Esse processo de validação impede que transações inválidas ou maliciosas congestionem a rede e possam afetar sua integridade.
• Agrupamento de transações em blocos: Uma vez que as transações são validadas, o Sequencer as agrupa em blocos. Esse processo é análogo à forma como as transações são agrupadas em redes de blockchain tradicionais, mas com eficiência aprimorada. Ao agrupar transações, o Sequencer otimiza a taxa de transferência da rede, permitindo que o Starknet processe um volume muito maior de transações do que a capacidade atual do Ethereum.
• Filtrando transações malsucedidas: Uma função essencial do Sequencer é filtrar transações que falham devido a erros ou falta de conformidade com as condições do contrato inteligente. Essa filtragem seletiva garante que apenas transações bem-sucedidas sejam incluídas nos blocos, agilizando o processo de verificação e mantendo a alta taxa de transferência da rede.
• Habilitando Processamento de Transação Mais Rápido: A introdução do Sequenciador Starknet marca um salto significativo na velocidade de processamento de transações em comparação com o Ethereum. Ao validar, executar e agrupar eficientemente transações, o Sequenciador reduz o tempo total necessário para finalizar transações. Essa eficiência é crucial para aplicações que exigem tempos rápidos de confirmação de transações, abrindo novas possibilidades para aplicativos descentralizados em tempo real (dApps) no Starknet.

Vantagens Sobre Ethereum

A abordagem do Starknet Sequencer para o processamento de transações aborda várias limitações importantes da infraestrutura atual da Camada 1 do Ethereum:

• Maior Throughput: Ao agregar transações em blocos e aproveitar as capacidades de escalonamento da Camada 2 da Starknet, o Sequenciador alcança um throughput que supera em muito as capacidades nativas do Ethereum. Essa capacidade aumentada é crucial para apoiar um ecossistema em crescimento de dApps sem incorrer em custos de gás proibitivos ou congestionamento de rede.
• Custos de gás reduzidos: A eficiência do Sequenciador também se traduz em custos de gás mais baixos para usuários e desenvolvedores. Como as transações são processadas de forma mais eficiente, a rede pode oferecer taxas de transação significativamente reduzidas, tornando o Starknet uma plataforma atraente para desenvolver e implantar dApps.
• Escalabilidade aprimorada: A capacidade do Sequenciador de filtrar transações mal sucedidas antes de serem processadas pela rede mais ampla reduz a carga computacional no Starknet. Essa filtragem preventiva, combinada com o agrupamento eficiente de transações do Sequenciador, aprimora a escalabilidade da rede, garantindo que ela possa crescer para acomodar a demanda crescente sem sacrificar o desempenho ou a segurança.

Em resumo, o Sequenciador Starknet é um elemento fundamental da arquitetura da Starknet, oferecendo uma solução escalável, eficiente e econômica para o processamento de transações. Seu design não só aborda os desafios-chave enfrentados pelo Ethereum, mas também estabelece um novo padrão para o processamento de transações em redes descentralizadas.

O Provador Starknet

Vídeo completo aqui: https://www.youtube.com/watch?v=UIkph7jT9Qo

O Provador Starknet desempenha um papel crítico na arquitetura da Starknet, garantindo a segurança e integridade das transações processadas na rede. Este componente alavanca o poder das provas STARK, uma pedra angular das melhorias de escalabilidade e eficiência da Starknet sobre os sistemas tradicionais de blockchain. Abaixo, exploramos as responsabilidades multifacetadas do Provador Starknet e como ele contribui para o desempenho da rede.

Gerando Provas STARK para Validade da Transação

A principal responsabilidade do Starknet Prover é gerar provas STARK para verificar criptograficamente a validade de todas as transações dentro de um bloco. Essas provas são uma forma sofisticada de provas de conhecimento zero que permitem que a rede confirme a precisão e a integridade das transações sem revelar os detalhes específicos das transações. Esse processo garante que, mesmo que os cálculos sejam feitos off-chain, sua correção é verificável on-chain, mantendo a natureza sem confiança do blockchain.

Criação de um Rastro de Execução

Um rastro de execução é criado pelo Provador Starknet para registrar os passos sequenciais da execução da transação. Este rastro serve como um roadmap detalhado do processo computacional, documentando a entrada, saída e estados intermediários de cada operação. O rastro de execução é fundamental para entender a jornada da transação e forma a base para gerar uma prova STARK, garantindo que a computação siga a lógica predefinida dos contratos inteligentes.

Gerando uma Diferença de Estado

Após a execução das transações, o Prover Starknet gera um “State Diff.” Essa diferença reflete as mudanças no estado do sistema pós-transação, mostrando a diferença entre o estado do sistema antes e depois das transações serem processadas. O State Diff é crucial para atualizar o estado global da rede de forma transparente, verificável e eficiente, garantindo que todos os participantes tenham uma visão consistente do razão.

Utilizando Randomização na Criação de Prova STARK

Um aspecto único da operação do Prover Starknet é o uso de um processo de randomização para criar uma prova STARK a partir de um subconjunto dos dados de execução expandidos. Este método aumenta a segurança e eficiência do processo de geração de prova. Ao selecionar um subconjunto dos dados, o provador pode produzir provas compactas, porém altamente seguras, que reduzem significativamente a carga computacional na rede, garantindo a integridade do processo de verificação.

Através desses mecanismos, o Provador Starknet garante que o Starknet pode oferecer uma capacidade de processamento exponencialmente maior e custos de transação mais baixos em comparação com a Camada 1 do Ethereum, sem comprometer a segurança. A capacidade do Provador de gerar provas verificáveis e criptograficamente seguras sustenta a promessa do Starknet de escalar a tecnologia blockchain para adoção generalizada e aplicações complexas.

O Provador Starknet, com sua abordagem sofisticada para gerar e verificar provas de transação, incorpora o espírito inovador da Starknet, mostrando um avanço na tornando a tecnologia blockchain mais acessível, eficiente e segura para desenvolvedores e usuários.