此前 StarkWare 推出的交易所扩容方案 StarkEx 其实只是 StarkNet 的一个应用场景。

撰文:潘致雄

终于,零知识证明研究机构 StarkWare 也表示将为以太坊研发基于 ZK Rollup 概念的 Layer 2 扩容网络,取名为 StarkNet,并同时公开了详细的路线图,将以四步走的方式逐渐实现去中心化并完善应用生态。

其实 StarkWare 之前已经推出过完整的 Layer 2 解决方案 Volition (Validium),并与多个机构合作推出专门用于交易所场景的 StarkEx 技术,dYdX、DeversiFi 和 Immutable 是其合作伙伴。

所以也可以理解为,StarkEx 只是 StarkNet 的一个具体的应用场景,是 StarkWare 用来试水基于 STARK 的 Rollup 技术是可以运用在复杂的交易逻辑(现货、衍生品、NFT)和转账场景中的。

挑战所有 Rollup 扩容方案,StarkNet 有何优势?StarkEx 还在迭代更新

毕竟以太坊生态的基础设施更新几乎完全依赖于 Rollup 了,很多研发资源、投资人都倾注到了这个方向,好像大家都在将之前的扩容方案改名,一定要蹭上 Rollup 的名字才行。比如昨天,扩容方案 Cartesi 也宣布要推出他们专用的 Cartesi Rollup 方案。StarkWare 也不能免俗,提到了 ZK Rollup 才感觉是完成了任务。

从具体的技术分类来说,StarkNet 更接近于 Rollup 概念之下的 ZK Rollup,也就是 Matter Labs、路印或 Hermez 等团队研究的方向。不过差别在于 StarkNet 在 ZK (零知识证明)的部分采用了 STARK 技术,而非更常见的 SNARK。

通过公司名字中就能看出,StarkWare 这家机构就是为了研发下一代零知识证明技术 STARK 的。此前最流行的零知识证明技术是 zk-SNARK (简洁的非交互式零知识证明),缺点是需要进行可信初始化,也可能是非量子安全的,所以 zk-STARK (简洁的全透明零知识证明)的诞生就是为了优化和解决此前这些缺点的。

挑战所有 Rollup 扩容方案,StarkNet 有何优势?

直面挑战当下所有的 Rollup 扩容方案

与 StarkNet 方案最类似的应该是 Matter Labs 的 zkSync,毕竟他们都在努力搭建一个通用型的 ZK Rollup 网络和应用生态。但是从 Layer 2 生态角度来说,StarkNet 是所有 Rollup 扩容方案的劲敌,毕竟大家的目标用户高度重叠,即现在以及未来所有的以太坊应用生态开发者和用户。

不过有意思的是,几乎所有 ZK Rollup 方案都是从交易或转账场景切入,然后再探索通用应用的,这可能是因为设计和研发通用型零知识证明技术难度较大,比如 Matter Labs (zkSync 1.0 只支持转账)、StarkWare (从 StarkEx 到 StarkNet)、路印(目前仅支持交易和转账)、Hermez (目前只支持转账)、ZKSwap (目前只支持交易)等。

不过具体来看,最值得对比的还是 StarkNet 和 zkSync。

1. 零知识证明技术

但是这两个方案还是存在一些差异的,特别是在零知识证明技术的选择上。StarkWare 当然选择了他们引以为豪的新一代零知识证明方案 STARK,此前还发布了基于以太坊的开源工具 ethSTARK,他们称自己的 prover (检验器)比其他任何的要快 20 倍,并且提供了量子安全的签名。

而 Matter Labs 采用的 SNARK 的优势则是验证体积更小,性能更佳。

2. 编程语言

另一方面,编程语言上他们也都创造了自己独有的框架,StarkWare 采用了图灵完备的高级编程语言和框架 Cairo,用来生成通用计算的 STARK 证明,目前已在主网上线,后续还将推出 alpha 测试版的基于 Cairo 的 Generic Proof Service (通用验证服务,简称 GPS),让开发者可以使用 Cairo 建立自己的通用应用,实现任何业务逻辑。

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而 Matter Labs 则开发了自己的 Zinc 框架,目前已更新到 0.2.x 版本。根据去年底在 zkSummit 上官方演讲的内容来看,zkSync 很快就能支持非图灵完备的智能合约,而图灵完备的支持在不久之后就会开发完成并进入测试阶段。

3. 当前进度

目前 StarkNet 的第一批应用 StarkEx 已经上线了主网,实现了交易所(DeversiFi)相关的业务逻辑。而 Matter Labs 的 zkSync 1.0 主网版本仅支持了转账功能,也和 Gitcoin 合作了两次以实现更低成本的捐助。

后续 StarkNet 的路线图相当清晰,官方已经制定了四阶段路线,也给出了一些大概的时间,完整版最终上线至少是 2022 年。但是 Matter Labs 目前尚未对外公开过很多关于路线图的细节,也可能是因为技术还处于比较早期的阶段,变数会比较大。

4. 扩容效能

StarkNet 表示根据之前在主网上的测试效果来看,单次交易可以验证处理 3 万笔交易,换算一下也就是约 3000 TPS (每秒交易数),每笔交易的 gas 消耗最低是 315。相比之下,在 Layer 1 的单笔转账交易的 Gas 消耗至少是 2.1 万,其他 ERC-20 代币可能会更高。

这其实和 zkSync 的最大扩容能力是几乎一样的,之前 zkSync 也表示能达到 3000 TPS 左右。而且其他的几个 Rollup 也都是相同数量级的扩容能力,这也就代表了 Rollup 这类扩容方案都存在着这样的一个天花板。如果想突破这个天花板只能依赖于 Plasma、状态通道或其他技术了。

还有一个问题是,理论最大值如何成为链上真实的情况,可能还有很多工程开发上的难度,也可能会随着 Layer 2 网络中应用逻辑的复杂度提升而无法达到理论最大值。

5. 原生代币

StarkNet 尚未公开该项目是否会发行原生代币,而且 StarkWare 也没有相关的历史经验。不过对于一个二层网络而言,肯定是需要一套经济系统的,要么直接用以太坊作为治理和价值流转的载体,要么就只能发行协议的原生代币了。

而 Matter Labs 曾在线上活动中向链闻表示,zkSync 将推出原生代币,用来实现该网络中的共识,也可以加快交易确认速度,「共识协议会协商出每一个区块的出块人,由它生成证明,并提交到以太坊网络当中。这是治理无需许可的二层协议最直接的方法,因此我们的确需要这样的代币。」

务实的四阶段规划

StarkWare 为 StarkNet 设计了一条更清晰和明确的路径,分四阶段实现,既能兼顾初期的开发进度,又能兼顾长期的目标:去中心化、透明、开放、无需许可、无需信任。

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第一阶段:地基(已经实现)

StarkNet 表示他们的第一阶段其实已经完成了,三个重要组件都已经完善,包括编程语言 Cairo、零知识证明 STARK 的技术栈,以及具体的第一个专注交易场景的应用 StarkEx。

Cairo 是 StarkWare 开发的图灵完备的高级编程语言和框架,用来生成通用计算的 STARK 证明,从而避免了零知识证明技术中复杂的电路设计,开发者可以在链外生成证明,链上进行验证。

STARK 技术栈主要是零知识证明方面的研究了,主攻的方向是验证效率、量子安全、开源、更可信,但即便如此其效率和体积还是可能会不如老一代零知识证明技术 SNARK。

StarkEx 是 StarkNet 的第一个应用,目前已经通过三次合作涉足了三个领域和方向,包括现货交易(DeversiFi)、衍生品交易(dYdX)、NFT 交易市场(Immutable)。

第二阶段:行星(单应用 Rollup)

StarkWare 认为该阶段最快可能在近几个月内上线,以实现单个应用在单个节点的模式下运作,不同应用开发者可以建立自己独立的 StarkNet 网络,运行单个应用。

第三阶段:星座(多应用 Rollup)

该阶段最快在今年末上线,以实现在同一个网络中多个应用共同工作,但是操作节点或者说节点运营商可能是单个的,暂时无法完全去中心化。

当这个目标实现后,各个应用之间的可组合性就能体现出来,直接在这个 StarkNet 网络中直接交互,不需要用 Layer 1 才可以跨应用。

第四阶段:宇宙(去中心化 Rollup)

该阶段可能要到 2022 年才能实现。不仅可以在同一个 StarkNet 网络中运行多个应用,这个网络的运营权限也会去中心化,任何人都可以运营成为一个 Layer 2 网络的守护者,保护网络的安全。

官方表示这部分还在研发阶段,也会设计代币经济学来激励去中心化 StarkNet 网络的贡献者和守护者,以确保高效、公平和安全。