此前 StarkWare 推出的交易所擴容方案 StarkEx 其實只是 StarkNet 的一個應用場景。

撰文:潘致雄

終於,零知識證明研究機構 StarkWare 也表示將爲以太坊研發基於 ZK Rollup 概念的 Layer 2 擴容網絡,取名爲 StarkNet,並同時公開了詳細的路線圖,將以四步走的方式逐漸實現去中心化並完善應用生態。

其實 StarkWare 之前已經推出過完整的 Layer 2 解決方案 Volition (Validium),並與多個機構合作推出專門用於交易所場景的 StarkEx 技術,dYdX、DeversiFi 和 Immutable 是其合作伙伴。

所以也可以理解爲,StarkEx 只是 StarkNet 的一個具體的應用場景,是 StarkWare 用來試水基於 STARK 的 Rollup 技術是可以運用在複雜的交易邏輯(現貨、衍生品、NFT)和轉賬場景中的。

挑戰所有 Rollup 擴容方案,StarkNet 有何優勢?StarkEx 還在迭代更新

畢竟以太坊生態的基礎設施更新幾乎完全依賴於 Rollup 了,很多研發資源、投資人都傾注到了這個方向,好像大家都在將之前的擴容方案改名,一定要蹭上 Rollup 的名字纔行。比如昨天,擴容方案 Cartesi 也宣佈要推出他們專用的 Cartesi Rollup 方案。StarkWare 也不能免俗,提到了 ZK Rollup 才感覺是完成了任務。

從具體的技術分類來說,StarkNet 更接近於 Rollup 概念之下的 ZK Rollup,也就是 Matter Labs、路印或 Hermez 等團隊研究的方向。不過差別在於 StarkNet 在 ZK (零知識證明)的部分採用了 STARK 技術,而非更常見的 SNARK。

通過公司名字中就能看出,StarkWare 這家機構就是爲了研發下一代零知識證明技術 STARK 的。此前最流行的零知識證明技術是 zk-SNARK (簡潔的非交互式零知識證明),缺點是需要進行可信初始化,也可能是非量子安全的,所以 zk-STARK (簡潔的全透明零知識證明)的誕生就是爲了優化和解決此前這些缺點的。

挑戰所有 Rollup 擴容方案,StarkNet 有何優勢?

直面挑戰當下所有的 Rollup 擴容方案

與 StarkNet 方案最類似的應該是 Matter Labs 的 zkSync,畢竟他們都在努力搭建一個通用型的 ZK Rollup 網絡和應用生態。但是從 Layer 2 生態角度來說,StarkNet 是所有 Rollup 擴容方案的勁敵,畢竟大家的目標用戶高度重疊,即現在以及未來所有的以太坊應用生態開發者和用戶。

不過有意思的是,幾乎所有 ZK Rollup 方案都是從交易或轉賬場景切入,然後再探索通用應用的,這可能是因爲設計和研發通用型零知識證明技術難度較大,比如 Matter Labs (zkSync 1.0 只支持轉賬)、StarkWare (從 StarkEx 到 StarkNet)、路印(目前僅支持交易和轉賬)、Hermez (目前只支持轉賬)、ZKSwap (目前只支持交易)等。

不過具體來看,最值得對比的還是 StarkNet 和 zkSync。

1. 零知識證明技術

但是這兩個方案還是存在一些差異的,特別是在零知識證明技術的選擇上。StarkWare 當然選擇了他們引以爲豪的新一代零知識證明方案 STARK,此前還發布了基於以太坊的開源工具 ethSTARK,他們稱自己的 prover (檢驗器)比其他任何的要快 20 倍,並且提供了量子安全的簽名。

而 Matter Labs 採用的 SNARK 的優勢則是驗證體積更小,性能更佳。

2. 編程語言

另一方面,編程語言上他們也都創造了自己獨有的框架,StarkWare 採用了圖靈完備的高級編程語言和框架 Cairo,用來生成通用計算的 STARK 證明,目前已在主網上線,後續還將推出 alpha 測試版的基於 Cairo 的 Generic Proof Service (通用驗證服務,簡稱 GPS),讓開發者可以使用 Cairo 建立自己的通用應用,實現任何業務邏輯。

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而 Matter Labs 則開發了自己的 Zinc 框架,目前已更新到 0.2.x 版本。根據去年底在 zkSummit 上官方演講的內容來看,zkSync 很快就能支持非圖靈完備的智能合約,而圖靈完備的支持在不久之後就會開發完成並進入測試階段。

3. 當前進度

目前 StarkNet 的第一批應用 StarkEx 已經上線了主網,實現了交易所(DeversiFi)相關的業務邏輯。而 Matter Labs 的 zkSync 1.0 主網版本僅支持了轉賬功能,也和 Gitcoin 合作了兩次以實現更低成本的捐助。

後續 StarkNet 的路線圖相當清晰,官方已經制定了四階段路線,也給出了一些大概的時間,完整版最終上線至少是 2022 年。但是 Matter Labs 目前尚未對外公開過很多關於路線圖的細節,也可能是因爲技術還處於比較早期的階段,變數會比較大。

4. 擴容效能

StarkNet 表示根據之前在主網上的測試效果來看,單次交易可以驗證處理 3 萬筆交易,換算一下也就是約 3000 TPS (每秒交易數),每筆交易的 gas 消耗最低是 315。相比之下,在 Layer 1 的單筆轉賬交易的 Gas 消耗至少是 2.1 萬,其他 ERC-20 代幣可能會更高。

這其實和 zkSync 的最大擴容能力是幾乎一樣的,之前 zkSync 也表示能達到 3000 TPS 左右。而且其他的幾個 Rollup 也都是相同數量級的擴容能力,這也就代表了 Rollup 這類擴容方案都存在着這樣的一個天花板。如果想突破這個天花板只能依賴於 Plasma、狀態通道或其他技術了。

還有一個問題是,理論最大值如何成爲鏈上真實的情況,可能還有很多工程開發上的難度,也可能會隨着 Layer 2 網絡中應用邏輯的複雜度提升而無法達到理論最大值。

5. 原生代幣

StarkNet 尚未公開該項目是否會發行原生代幣,而且 StarkWare 也沒有相關的歷史經驗。不過對於一個二層網絡而言,肯定是需要一套經濟系統的,要麼直接用以太坊作爲治理和價值流轉的載體,要麼就只能發行協議的原生代幣了。

而 Matter Labs 曾在線上活動中向鏈聞表示,zkSync 將推出原生代幣,用來實現該網絡中的共識,也可以加快交易確認速度,「共識協議會協商出每一個區塊的出塊人,由它生成證明,並提交到以太坊網絡當中。這是治理無需許可的二層協議最直接的方法,因此我們的確需要這樣的代幣。」

務實的四階段規劃

StarkWare 爲 StarkNet 設計了一條更清晰和明確的路徑,分四階段實現,既能兼顧初期的開發進度,又能兼顧長期的目標:去中心化、透明、開放、無需許可、無需信任。

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第一階段:地基(已經實現)

StarkNet 表示他們的第一階段其實已經完成了,三個重要組件都已經完善,包括編程語言 Cairo、零知識證明 STARK 的技術棧,以及具體的第一個專注交易場景的應用 StarkEx。

Cairo 是 StarkWare 開發的圖靈完備的高級編程語言和框架,用來生成通用計算的 STARK 證明,從而避免了零知識證明技術中複雜的電路設計,開發者可以在鏈外生成證明,鏈上進行驗證。

STARK 技術棧主要是零知識證明方面的研究了,主攻的方向是驗證效率、量子安全、開源、更可信,但即便如此其效率和體積還是可能會不如老一代零知識證明技術 SNARK。

StarkEx 是 StarkNet 的第一個應用,目前已經通過三次合作涉足了三個領域和方向,包括現貨交易(DeversiFi)、衍生品交易(dYdX)、NFT 交易市場(Immutable)。

第二階段:行星(單應用 Rollup)

StarkWare 認爲該階段最快可能在近幾個月內上線,以實現單個應用在單個節點的模式下運作,不同應用開發者可以建立自己獨立的 StarkNet 網絡,運行單個應用。

第三階段:星座(多應用 Rollup)

該階段最快在今年末上線,以實現在同一個網絡中多個應用共同工作,但是操作節點或者說節點運營商可能是單個的,暫時無法完全去中心化。

當這個目標實現後,各個應用之間的可組合性就能體現出來,直接在這個 StarkNet 網絡中直接交互,不需要用 Layer 1 纔可以跨應用。

第四階段:宇宙(去中心化 Rollup)

該階段可能要到 2022 年才能實現。不僅可以在同一個 StarkNet 網絡中運行多個應用,這個網絡的運營權限也會去中心化,任何人都可以運營成爲一個 Layer 2 網絡的守護者,保護網絡的安全。

官方表示這部分還在研發階段,也會設計代幣經濟學來激勵去中心化 StarkNet 網絡的貢獻者和守護者,以確保高效、公平和安全。