STARK Proofs: The Backbone of Starknet’s Scalability

Пруфы STARK являются ключевой инновацией. Эти масштабируемые прозрачные системы знаний предназначены для повышения масштабируемости блокчейна за счет эффективной проверки вычислений. StarkWare, организация, стоящая за Starknet, разработала технологию STARK, подчеркивая ее роль в защите целостности и конфиденциальности вычислений в блокчейнах. Этот криптографический подход позволяет одному внецепочечному доказательству STARK обрабатывать вычисления, а результаты проверяются в блокчейне верификатором STARK.
STARKs вводят несколько ключевых преимуществ

• Zero-Knowledge: Технология обеспечивает конфиденциальность пользователей, не раскрывая входные данные, используемые в вычислениях вне цепи.
• Масштабируемость: Она позволяет проводить большие вычисления вне цепочки, что значительно снижает затраты на верификацию в цепочке.
• Прозрачность: В отличие от других криптографических доказательств, STARKs не требуют доверенной установки, избегая так называемого «ядовитого мусора».
• Аргумент знания: Доказательства могут быть сгенерированы только доказывающим, который действительно выполнил вычисление, обеспечивая целостность процесса

В контексте Starknet STARKs облегчают пакетирование транзакций и их верификацию on-chain через один единственный доказательство, драматически снижая стоимость на транзакцию и обеспечивая безопасность Ethereum. Эта технология не только позволяет увеличить пропускную способность транзакций, но также открывает дверь для новых приложений, ранее невозможных из-за ограничений on-chain.

Взаимодействие между доказательствами STARK и слоями 2 решения Starknet, StarkEx и Starknet, демонстрирует комплексный подход к масштабированию Ethereum. В то время как StarkEx предлагает масштабирование для конкретных приложений, Starknet предоставляет платформу без разрешения для развертывания смарт-контрактов. Оба используют масштабируемость и безопасность доказательств STARK, но ориентированы на различные потребности в блокчейн-экосистеме.

Адресуя критические проблемы масштабируемости, конфиденциальности и эффективности, доказательства STARK представляют собой фундаментальный компонент миссии Starknet по улучшению сети Ethereum. Их внедрение в архитектуру Starknet подчеркивает значительный прогресс в стремлении к более масштабируемой и доступной инфраструктуре блокчейн.

Введение в Каир

Каир, язык программирования, специально разработанный для Starknet, является значительным скачком в развитии технологии блокчейн. В отличие от традиционных языков программирования, оптимизированных для физического оборудования, Каир адаптирован для виртуального ЦП, принципы его проектирования укоренены в криптографических, а не физических ограничениях. Такая ориентация позволяет Каиру эффективно обрабатывать сложные вычисления и генерировать проверяемые доказательства их правильности, что является важной особенностью для выполнения операций на ненадежных машинах, обеспечивая быструю и экономичную верификацию на доверенных.

Аббревиатура Cairo расшифровывается как «CAlculus of IRrational Operations», что отражает ее уникальную способность выполнять вычисления масштабируемым и доказуемо корректным способом. Он представляет собой язык более высокого уровня, который компилируется в Sierra, промежуточное представление, которое, в свою очередь, компилируется в безопасное подмножество Cairo Assembly (CASM). Эволюция от Cairo 0 к Cairo 1 с введением Sierra направлена на то, чтобы гарантировать, что любой сгенерированный CASM является доказуемо корректным, даже в случае сбоя вычислений.

Что позволяет Каир

Архитектура Каира позволяет выполнять доверенные вычисления на ненадежных машинах. Одним из ключевых применений Каира является Starknet, решение масштабируемости уровня 2, построенное на основе Ethereum. Starknet использует Каиро для того, чтобы один узел, доказатель, мог выполнять программы и генерировать криптографические доказательства правильности. Затем эти доказательства проверяются смарт-контрактом Ethereum, что значительно снижает вычислительную нагрузку и затраты, связанные с прямым выполнением на Ethereum. Этот механизм повышает пропускную способность и снижает комиссии за транзакции, сохраняя уровень безопасности Ethereum.

Особенности Каира

Каир отличается от традиционных языков программирования в нескольких аспектах, прежде всего в терминах накладных расходов на выполнение и преимуществ. Выполнение доказательства дублирует выполнение на других языках, хотя и с некоторыми накладными расходами из-за виртуализированной природы Каира. Однако эти накладные расходы не являются основной оптимизационной проблемой. Проверка созданных доказательств, выполняемая проверяющим, оптимизирована с точки зрения экономичности, используя недетерминизм, среди других функций для улучшения производительности. Например, сортировка массива в Каире так же эффективна с точки зрения затрат, как и простое его копирование, потому что проверяющий проверяет только упорядоченность, а не выполняет операцию сортировки.

Еще одной характерной чертой Каира является его неизменная модель памяти, которая создает уникальные вызовы и возможности для разработчиков в управлении данными и оптимизации производительности. Эта неизменность требует взвешенного подхода к управлению структурой данных и использованию памяти.

Каир и Смарт-контракты

Каир и Старкнет вместе предлагают мощную платформу для разработки и развертывания смарт-контрактов. В отличие от традиционных смарт-контрактов, которые в основном сосредоточены на финансовых транзакциях, возможности Каира распространяются на более широкий спектр приложений, включая DeFi, токенизацию, системы голосования и многое другое. Дизайн языка, оптимизированный для криптографических доказательств, открывает новые возможности для создания децентрализованных приложений, которые являются безопасными, масштабируемыми и эффективными.

Для разработчиков и энтузиастов, желающих исследовать Каир и его приложения в рамках Starknet, имеется множество ресурсов, включая документацию и сообщества, доступных для облегчения обучения и развития. Сочетание уникальных особенностей Каира и решений по масштабированию Layer 2 Starknet обещает продвижение технологии блокчейн и расширение области применения за пределы текущих ограничений.

Для более глубокого погружения в Каир и его интеграцию с Starknet рассмотрите исследование Документация StarknetиРесурсы StarkWareна Каир.

Архитектура Starknet

Секвенсор Starknet

Полное видео здесь: https://www.youtube.com/watch?v=ZTomvlzta78

Старкнет Секвенсор - критически важный компонент в архитектуре Старкнет, играющий ключевую роль в увеличении масштабируемости и эффективности сети по сравнению с решением уровня 1 Ethereum. Представив новый подход к обработке транзакций, Секвенсор значительно повышает способность Старкнет обрабатывать транзакции на беспрецедентном масштабе.

Роль и функциональность Старкнет Сиквенсера

• Проверка и выполнение транзакций: Секвенсор Starknet берет на себя важную задачу проверки и выполнения транзакций, отправленных в сеть Starknet. Он действует как Gate.iokeeper, гарантируя, что только действительные транзакции, соответствующие правилам Starknet и требованиям смарт-контрактов, обрабатываются. Этот процесс проверки предотвращает недействительные или вредоносные транзакции от загромождения сети и потенциального влияния на ее целостность.
• Группировка транзакций в блоки: После проверки транзакций Секвенсор группирует их в блоки. Этот процесс аналогичен тому, как транзакции пакетируются в традиционных блокчейн-сетях, но с улучшенной эффективностью. Группируя транзакции, Секвенсор оптимизирует пропускную способность сети, позволяя Starknet обрабатывать гораздо больший объем транзакций, чем текущая пропускная способность Ethereum.
• Фильтрация неуспешных транзакций: Одной из важных функций Sequencer является фильтрация транзакций, которые не прошли из-за ошибок или несоблюдения условий смарт-контракта. Этот селективный отбор гарантирует, что в блоках содержатся только успешные транзакции, оптимизируя процесс верификации и поддерживая высокую пропускную способность сети.
• Повышение скорости обработки транзакций: Введение Starknet Sequencer представляет собой значительный скачок в скорости обработки транзакций по сравнению с Ethereum. Эффективная проверка, выполнение и пакетирование транзакций Sequencer сокращает общее время, необходимое для завершения транзакций. Эффективность эта крайне важна для приложений, требующих быстрого подтверждения транзакций, открывая новые возможности для децентрализованных приложений в реальном времени (dApps) на Starknet.

Преимущества перед Ethereum

Подход к обработке транзакций Starknet Sequencer решает несколько ключевых ограничений текущей инфраструктуры уровня 1 Ethereum:

• Большая пропускная способность: Агрегируя транзакции в блоки и используя возможности масштабирования Layer 2 от Starknet, Секвенсор достигает пропускной способности, которая значительно превосходит возможности Ethereum. Этот увеличенный объем является критическим для поддержки растущей экосистемы dApps без несущих запретные газовые издержки или сетевую перегрузку.
• Снижение затрат на газ: Эффективность Секвенсора также переводится в более низкие затраты на газ для пользователей и разработчиков. Поскольку транзакции обрабатываются более эффективно, сеть может предложить значительно сниженные комиссии за транзакции, что делает Starknet привлекательной платформой для разработки и развертывания dApps.
• Повышенная масштабируемость: Способность Sequencer фильтровать неудачные транзакции до их обработки более широкой сетью снижает вычислительную нагрузку на Starknet. Это предварительное фильтрование, в сочетании с эффективной пакетной обработкой транзакций Sequencer, повышает масштабируемость сети, обеспечивая ее способность расти для удовлетворения растущего спроса без ущерба для производительности или безопасности.

Таким образом, Starknet Sequencer является основополагающим элементом архитектуры Starknet, предлагая масштабируемое, эффективное и экономичное решение для обработки транзакций. Его дизайн не только решает ключевые проблемы, с которыми сталкивается Ethereum, но и устанавливает новый стандарт обработки транзакций в децентрализованных сетях.

Доказательство Starknet

Полное видео здесь: https://www.youtube.com/watch?v=UIkph7jT9Qo

Процедура Starknet играет критическую роль в архитектуре Starknet, обеспечивая безопасность и целостность транзакций, обрабатываемых в сети. Этот компонент использует мощность доказательств STARK, являющихся угловым камнем улучшений масштабируемости и эффективности Starknet по сравнению с традиционными блокчейн-системами. Ниже мы рассмотрим многоаспектные обязанности процедуры Starknet и то, как она способствует производительности сети.

Генерация доказательств STARK для проверки действительности транзакции

Основной обязанностью доказательства Starknet является генерация STARK-доказательств для криптографической проверки достоверности всех транзакций в блоке. Эти доказательства представляют собой сложную форму доказательства нулевого разглашения, которая позволяет сети подтверждать точность и целостность транзакций, не раскрывая конкретные детали транзакций. Этот процесс гарантирует, что даже если вычисления выполняются вне цепи, их правильность может быть проверена в цепи, сохраняя доверительный характер блокчейна.

Создание трассировки выполнения

Трасса выполнения создается доказывателем Starknet для записи последовательных шагов выполнения транзакции. Эта трасса служит в качестве подробной дорожной карты вычислительного процесса, документируя вход, выход и промежуточные состояния каждой операции. Трасса выполнения критически важна для понимания пути транзакции и является основой для генерации STARK-доказательства, обеспечивающего соблюдение вычислений заранее определенной логике смарт-контрактов.

Генерация разницы состояния

После выполнения транзакций Starknet Prover генерирует “State Diff.” Этот diff отражает изменения в состоянии системы после транзакции, демонстрируя разницу между состоянием системы до и после обработки транзакций. State Diff критически важен для обновления глобального состояния сети таким образом, чтобы это было прозрачным, проверяемым и эффективным, гарантируя, что все участники имеют согласованное представление о реестре.

Использование случайности в создании доказательства STARK

Уникальным аспектом работы Starknet Prover является использование процесса рандомизации для создания доказательства STARK из подмножества расширенных данных выполнения. Этот метод повышает безопасность и эффективность процесса создания доказательств. Выбирая подмножество данных, проверяющий может создавать компактные, но высоконадежные доказательства, которые значительно снижают вычислительную нагрузку на сеть, обеспечивая при этом целостность процесса проверки.

Через эти механизмы Провер Starknet обеспечивает экспоненциально большую пропускную способность и более низкие транзакционные издержки по сравнению с Уровнем 1 Ethereum, не жертвуя при этом безопасностью. Возможность Провера генерировать верифицируемые, криптографически защищенные доказательства лежит в основе обещания Starknet масштабировать технологию блокчейн для широкого применения и сложных приложений.

Доказательство Starknet, с его сложным подходом к генерации и проверке транзакционных доказательств, воплощает инновационный дух Starknet, демонстрируя скачок вперед в обеспечении более доступной, эффективной и безопасной технологии блокчейн для разработчиков и пользователей.