StarkWare について理解する: dYdX と iMMUTABLE を支えるレイヤー 2 ソリューションプロバイダー

Foresight

特邀专栏作者

2021-11-02 03:52

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StarkWare は最先端のテクノロジーと完全な技術サービスを通じてレイヤー 2 アプリケーションの膨大なトランザクション量をサポートしてきましたが、将来的にはオープンソースを採用し、

執筆者：msfew@Foresight Ventures

StarKware の概要

StarkWare は、主にブロックチェーンのスケーラビリティとプライバシーを解決します。StarkWare は、STARK テクノロジーを使用して、Volition を形成するための zk-Rollups および Validium モードを通じて計算整合性の証明を生成および検証するための完全なソリューションを開発しました。StarkWare の暗号化証明は、ゼロを達成できます。知識、シンプルさ、透明性、ポスト量子セキュリティ StarkWare が開発した製品には主に StarkNet、StarkEx、Cairo が含まれます。

スケーラビリティ

スケーラビリティ
StarkWare を使用すると、クラウド内のオフチェーン証明者によって生成され、オンチェーンのスマートコントラクトによって検証される暗号証明に依存することで、ブロックチェーンを大規模に拡張できます。
プライバシー
ユーザー体験
ユーザー体験
iMMUTABLEとdYdXの例を通じて、StarkWareが提供するソリューションの強力な拡張機能を体験できます.DiversiFiの支払いTPSは18kに達し、iMMUTABLEのNFTキャスティング手数料はわずか0.2セントで、dYdXの取引手数料は削減されます2 番目の確認では、手数料率はほぼ 0 であり、優れたユーザーエクスペリエンスをもたらします。

マイルストーン

2018: STARK ホワイトペーパーがリリース、イーサリアム財団助成金

2019: 最初のデモがリリース (イーサリアムの効率が 200 倍に拡大)、StarkEx Alpha がテストネットワークをリリース、2 番目のデモがリリース (イーサリアムの効率が 700 倍に拡大)

2020: DeversiFi (StarkEx 1.0) がメインネットワークをリリース、VeeDo (Stark ベースの VDF) がメインネットワークをリリース、StarkEx Rollup がメインネットワークをリリース、ethSTARK がリリース、Cairo (STARK 用のチューリング完全言語) とその PlayGround リリース、Ziggy STARK (後の Quantum Safe Security Signature) リリース、StarkEx 2.0 リリースメインネット

2021: StarkNet が発表、dYdX と Immutable X (どちらも StarkWare 顧客) プロジェクトがメインネットを開始

iMMUTABLE と StarkWare

iMMUTABLE は初のレイヤー 2 NFT 取引プラットフォームであり、Tik Tok は 9 月に iMMUTABLE と協力し、一連の NFT をリリースしました。

イーサリアムのローカルスループットは 4 トランザクション/秒に制限されているため、スケーリングを希望する DApp は制限されます。NFT の場合、スループットのボトルネックは通常のトークンよりもさらに大きくなります。NFT では、1,000 個のトークンが実際にブロックチェーンのリソースを消費します。 iMMUTABLE は、イーサリアムのネイティブソリューションを使用して、イーサリアムのセキュリティ、開発ツール、ネットワーク効果を享受したいと考えており、StarkWare が提供するソリューションを採用しています。

StarkWare が提供するソリューションのユニークな機能の 1 つは、zk-Rollups または Validium という複数のデータ可用性モードで展開できることです。どちらも有効性の証明に基づいていますが、zk-Rollups ではすべてのデータがオンチェーンです。 Validium では、データはオフチェーンに保持され、最新の状態のみが送信され、状態の有効性証明のオンチェーン送信も行われます。iMMUTABLE は Validium モードで開始され、より低いガス料金を提供します。ポリシーと規制、データ可用性委員会 (DAC) は、ユーザーが常に自分のデータにアクセスできることを保証するため、iMMUTABLE は Volition の新しいデータ可用性モデルに切り替え、ユーザーがデータの保存場所、つまりオンチェーン (zk-Rollups) を選択できるようにしました。同時に、このアプローチはパフォーマンスの拡張も最大化します。

Tik Tok と iMMUTABLE との協力に関するブログ投稿の中で、Tik Tok は、StarkWare が初のカーボンニュートラルな L2 拡張ソリューションであると特に言及しました。従来のインターネット企業の観点から、環境保護は非常に重要です。そのため、L2 の高性能とリソースの節約は重要です。この機能は従来のインターネット企業の注目を集め、仮想通貨分野に公然と参入する道を開く可能性もあります。

StarkWare が iMMUTABLE に提供したソリューションにより、現在最も人気のある企業である Tik Tok が iMMUTABLE と提携できるようになりました。StarkWare が提供する 2 つの導入モードにより、顧客はデータ保存方法の柔軟性を得ることができ、規制に準拠するだけでなく、データの保存性も向上します。パフォーマンスは拡張可能です。さらに重要なのは、パフォーマンスの拡張により、物議を醸しているイーサリアムのエネルギー消費問題も解決されました。これはレイヤー 2 と StarkWare の勝利でしょう。将来的には、間違いなくより多くの伝統的な企業がイーサリアムと StarkWare を選択するでしょう。ブロックチェーン分野に参入します。

StarkWare アプリケーションはなぜこれほど高いパフォーマンスを備えているのでしょうか?

StarkWare の Prover には、StarkWare が最初に提案したさまざまな数学的最適化といくつかの最適化アルゴリズムがあり、開発に使用される Cairo 言語には特別な数学関連の最適化があります。また、インタラクティブデータをProverに送信する前に、StarkExエンジンを利用して証明対象データとバッチ処理を連携させ、動作プロセス全体をフルカバレッジに最適化しています（詳細は後述）。

StarKware アプリケーションはどの程度分散化されていますか?

StarkWare の StarkNet のコンセンサスは zk-STARK です。zk-Rollups は必ずしも分散化されているわけではなく、アクセス制限はありません。しかし、StarkWare が使用する zk-STARK には、イーサリアムなどのパブリックチェーンと同様にアクセス制限がありません。 StarkWare によって作成されたアプリケーションでは、一部のサービスを提供するためにいくつかの集中サーバーが存在します。しかし、これは必要であり、完全なアプリケーションの開発において削除することはできません。uniswap が集中ドメイン名とフロントエンドを持つ必要があるのと同じように、dYdX 、StarkWare製のStarkNetなどはまだ分散化されています。

zkSync 対 StarkWare

現時点では、StarkWare はパフォーマンスと現在の動作状況の点で zkSync よりも優れています。zkSync と StarkWare の最大の違いは、動作コンセプトです。zkSync のプロジェクトはすべてオープンソースであり、チームがオープンソースであると主張するかどうかは問題ではありませんできる限り置き換えてください。コミュニティとイーサリアムの発展を促進します。StarkWare は toB 集中型の運用モードです。STARK 証明者は現在 StarkWare のみで使用できます。カイロは実際にはイーサリアムの生態系にとってあまり有益ではありません (フレンドリーです)開発者向け) このアプローチは、zkSync や Optimistic のように EVM と互換性がある必要があります)。

zk-Rollups と STARK 証明

StarkWare で使用されている技術には、zk-Rollups と zk-STARK がありますが、これら 2 つは同じものではなく、STARK は zk-STARK であり、ゼロ知識証明の一種です。
StarkWare は、ソリューションで zk-Rollups が必ずしも使用されるわけではないため、そのソリューションを Validity Rollups と呼ぶ傾向があります。Validity Rollups には、Validium と zk-Rollups が含まれます。2 つの違いは、ユーザーデータがオンチェーンであるかどうかです。
https://immutablex.medium.com/eli5-nft-scaling-solutions-b1de4ad82461

STARK は、開発者が計算とストレージをオフチェーンに移動できるようにすることで、スケーラビリティを向上させます。オフチェーンサービスは、オフチェーン計算の整合性を証明する STARK 証明を生成できるようになります。これらの証明は、関係者による検証のためにオンチェーンに戻されます。計算: STARK を使用して計算作業の大部分をオフチェーンに移動し、計算の整合性を維持しながら既存のブロックチェーンインフラストラクチャを飛躍的に拡張できるようにします。

イーサリアムのデータチェーンの一般的なプロセス: 1000 個のトランザクションがイーサリアムの各ノードに送信される → 各ノードが 1000 個のトランザクションを読み取る → ノードが 1000 個のトランザクションを更新する

zk-STARKデータのオンチェーンプロセス: 1000トランザクションがzk-STARKに送信される → zk-STARKが証明者として機能し、1つの証明書を生成する(*生成段階) → ノードが検証者として証明書を読み取り、更新する

*生成フェーズ: 通常、zk-STARK 証明では証明を生成するために次のプロセスが必要です. 検証者の証明プロセスは 2 つのステップに分かれています: 第 1 ステップは完全性ステートメントを計算した後に代数中間コード表現を生成することであり、第 2 ステップはこれは、Generate FRI (2017 年に StarkWare 共同創設者によって書かれた論文における証明の最適化手法) のテストに合格し、暗号化アルゴリズムの後に拡張可能なオープンで透明な知識引数 (つまり STARK) を出力することです。安全で信頼できる環境と最適化されたアルゴリズムを通じて、信頼性の高い高性能の証拠を生成します。

zk-Rollups と他の L2 スキームの比較

厳密に言えば、多くの StarkWare ドキュメントで使用される zk-Rollups という用語は、必ずしもゼロ知識証明を使用しているわけではなく、正しい説明は Validity Proofs (StarkWare には 2 つのモードがあるため、zk-Rollups と Validium を含む) です。ご理解いただけると幸いです。この記事では、StarkWare ドキュメントに従って、関連する表現を zk-Rollups として参照します。
https://twitter.com/EliBenSasson/status/1453260406357729288
サイドチェーン (Polygon または xDai)
メリット：ユーザーが大量のトランザクションを行っても、メインチェーンでは入金と出金の2つだけが行われ、サイドチェーンでのトランザクションコストがイーサリアム本体よりも低いため、スケーラビリティが得られます。
状態チャネル
状態チャネル
長所: 状態チャネルの例として、ライトニングネットワークがあります。状態チャネルは、参加者が長期間にわたって多数の状態更新を交換する場合に役立ちます。参加者間の状態はチャネル内でのみ発生するため、強力なプライバシーが確保されます。ファイナリティは、終わるとすぐに終わります。
欠点: 状態チャネルは有効性に大きく依存するため、特定の参加者がいるアプリケーションにより適しています。
Plasma
利点:各 NFT には一意の ID があるため、Plasma は NFT の処理に非常に適しています。サイドチェーンの問題の 1 つは、コンセンサスメカニズムによってブロックの生成が停止されたり、ユーザーの資金がロックされたりする可能性があることです。Plasma ユーザーは Block root を呼び出すことができるため、コンセンサスメカニズムはブロックの作成を停止しますが、ユーザーは引き続きイーサリアムに資金をリクエストできます。
短所: 多くのユーザーが同時にプラズマチェーンから離脱すると、ルートチェーンが圧倒され、ネットワークが混雑する可能性があります。不正行為やサイバー攻撃などにより、このような大規模な離脱が発生する可能性があります。もう 1 つの欠点は、複雑さの欠如です。ユーザーは、サイドチェーン上で実行できるのと同じ種類の複雑な操作を実行し、完全なイーサリアム環境をシミュレートします。
zk-Rollups
長所: 転送あたりのコストが低い、プラズマおよびオプティミスティックロールアップより高速、データが少ないためスループットとスケーラビリティが向上する短所: 初期セットアップが分散化されていない (STARK には初期セットアップがない)、量子コンピューティングは将来のハッキングの脅威となる可能性がある (STARK は量子に対抗できる)コンピュータ）

さまざまな L2 ソリューションを比較した結果、zk-Rollup がブロックチェーンのアップグレードと拡張に最も近い完璧なソリューションである可能性があることがわかりますが、同時に、StarkWare 修正で採用された zk-STARK には zk-Rollup のいくつかの欠点も見つかります。

STARKと他のZKの性能比較

ZK 証明には主に 3 種類があります: SNARK、STARK、Bulletproof. Bulletproof と STARK は信頼できる設定を必要としませんが、STARK は公的に検証可能なランダム性を使用して、信頼できない検証可能なコンピューティングシステムを作成します。 STARK は非常に大きいですが、計算量と証明速度の点で大きな利点があり、同時に安全性が高く、量子攻撃に耐えることができます。

最初のレベルのタイトル

StarkNet

StarkNet Alphaは11月にイーサリアムメインネット上でローンチされる予定です。

導入 https://voyager.online

導入

StarkNet は、イーサリアム上の汎用コンピューティングをサポートする分散型、許可不要、検閲耐性のある L2 zk-Rollups です。チューリング完全カイロ言語に基づいています。開発者はアプリケーションを構築してアプリビジネスロジックを実装し、StarkNet にデプロイできます。ユーザーは、通常の Ethereum トランザクションと同じ方法でトランザクションを実行するために StarkNet に送信し、StarkNet ノードと参加者は、ネットワークが効率的かつ公平に動作することを保証するために経済的に奨励されます。

すべての StarkNet トランザクションは定期的にバッチ処理され、トランザクションは STARK 証明で証明され、最終的にイーサリアムで検証されます。STARK 証明の検証に必要な計算量はイーサリアム証明よりも指数関数的に小さいため、StarkNet はイーサリアムを数倍拡張できますすべての StarkNet 状態遷移は STARK によって検証されるため、イーサリアムは最後の有効な状態遷移のみを受け入れます。

主な機能: パフォーマンスのスケーラビリティ、開発の利便性、イーサリアムエコシステムの構成可能性。

ネットワークエコロジー

プログラミング言語 Cairo: Cairo は、STARK 証明の生成に使用できるチューリング完全な高レベルプログラミング言語およびフレームワークです。開発者は、Cairo を使用してビジネスロジックを定義し、トランザクションを Shared Prover Service に送信してロジックをオフチェーンで検証し、チェーン上の検証: Cairo はメインネット上で正式なプロジェクト開発の準備ができており、開発者が利用できます。
オフチェーン検証サービス共有証明サービス：トランザクションがチェーンにアップロードされる前に、トランザクションが検証のためにシャープに送信され、アプリケーションプログラムの実行の整合性が判断され、共有証明検証のためのガス料金が計算されます。
オープンソース証明者 ethSTARK: ethSTARK は、ゼロ知識およびポスト量子セキュリティ署名を提供します。ethSTARK は、メインネットワーク上の証明で 300,000 のトランザクションを処理し、TPS は 3,000 に達しました。ロールアップガス効率も世界記録を破り、315 ガス/tx に達しました, これはイーサリアムよりも高い L1 でのトランザクションは桁違いに安いこのテクノロジーは、StarkNet の分散型概念実証レイヤーの基礎です。
使用例

使用例

DeversiFi: トランザクション TPS 9k、支払い TPS 18k。
iMMUTABLE: NFT ミントガス 0.2 セント、毎日の L2 トランザクション > 毎週の L1 トランザクション。
導入

StarkEx

導入

StarkEx は、STARK を使用するアプリケーションをサポートするコンポーネントを構成する低レベルエンジンのようなものです。

StarkEx は、実稼働対応の L2 スケーラビリティエンジンで、2020 年 6 月からイーサリアムメインネットに導入されています。StarkEx は、STARK テクノロジーを利用して、DeFi やゲームなどのアプリケーションにスケーラブルなセルフホストトランザクションを提供します。StarkEx は、スポット取引、永久取引、NFT の鋳造と取引メインネットの展開前に、5,000 万件を超える StarkEx トランザクションがパブリックおよびプライベートのイーサリアムテストネットで決済されました。

特徴

スケーラビリティと計算の整合性アプリケーションは StarkEx とその基盤となる STARK インフラストラクチャに依存して拡張することができ、StarkEx は計算の整合性を保証します。SHARP (Shared Prover) テクノロジーを通じて、ガスコストはすべての StarkEx ベースのアプリケーションで償却されます。
多様なデプロイメントモード StarkEx は、zk-Rollups モード (チェーン上でデータを公開) または Validium モード (サイドチェーンを介してデータの可用性を確認) をデプロイできます。また、ユーザーがデータ可用性モードを自分で選択できる次期モード Volition も用意されています。
ウォレットの統合 StarkWare は、Ledger、Authereum、および WalletConnect を介したネイティブサポートを提供し、Web3 互換のキー生成を介した MetaMask の統合も提供します (他の多くの既存のウォレットで動作します)。

アーキテクチャとビジネスロジック

上の図は、StarkNet と StarkEx を使用した典型的なアプリケーションアーキテクチャ図です。このアプリケーションが Starkswap と呼ばれる DEX であると仮定します。

一番左の黄色のボックス内のアプリケーション - アプリケーション全体を操作します
このオフチェーンコンポーネントはユーザートランザクションを受け取り、ビジネスロジックと実行順序を定義し、トランザクションを StarkEx サービスに渡します。
このコンポーネントは、アプリケーション (通常は Web またはクライアント) の集中フロントエンドです。
水色のボックスの StarkEx サービス - バッチと調整
一連の操作をバッチ処理し、その操作に基づいてシステム状態を更新するオフチェーンコンポーネントです。バッチごとに、操作のバッチを変換します (カイロ言語によって実行され、最初に Solidity のバイトコードをスマート言語に変換します)。カイロ言語のコントラクト (カイロロケールで実行) は、その有効性を証明するために SHARP に送信されます。証明が検証されると、オンチェーンで新しい状態が公開されます。状態はマークルツリーで表されます。それぞれの構造と内容vault は、実装されている特定のビジネスロジックに応じて異なります。マークルルートは、チェーンにコミットされる状態を表します。
SHARP - 共有認証システム (アプリケーション用に StarkWare によってカスタマイズ)
SHARP は、カイロ言語の共有証明サービスです。さまざまなアプリケーションから証明リクエストを受け取り、カイロコード実行の正当性を証明する証明を出力します。出力された証明は、複数の証明リクエスト間で共有できます。
このコンポーネントの以前の名前は Generic Prover Service でした。したがって、このコンポーネントは本質的にバックエンドサーバーであり、いくつかの特定のサービスが含まれています。StarkWare の集中サーバーに展開されていると推測されます。
StarkEx 契約 (検証者契約) - ステータスの更新、入金および出金
契約には主に 2 つの機能があります。1 つ目は、有効条件が満たされていることを確認した後にシステムの状態を更新することです。2 つ目は、StarkEx への入出金を非保管的な方法で管理することです。いずれの場合でも、ユーザーは資金を引き出すことができます)。
このコンポーネントはイーサリアム上のスマートコントラクトです。

Starkswap のビジネスロジックは次のとおりです。

リクエストの処理水色のボックス内の StarkWare アプリケーションは、顧客リクエストを処理し、これらのトランザクションを証明可能なステートメントに変換し、濃い青のボックス内の SHARP に送信します。すべてのリクエストは、最初のステップの API とバッチを通じて送信および処理されます。 2 番目のステップのステートメントが送信されます (1 つのバッチで複数のリクエストをコンパイルできます)。
SHARP プルーフダークブルーの SHARP コンストラクションプルーフ。
登録証明 SHARP は、ピンクのボックス内のステップ 3 で証明をオンチェーンバリデーターのスマートコントラクトに転送します。
登録状態遷移の 4 番目のステップでは、Starkware アプリケーションは Starkswap スマートコントラクトでアプリケーションの状態遷移を実行します。5 番目のステップでは、遷移の有効性 (SHARP 検証) を保証するために、Starkswap スマートコントラクトは遷移ステートメントが完了したことを確認します。 Verifier スマートコントラクトに登録登録します。

機能と暗号化アルゴリズム

https://docs.starkware.co/starkex-v3/crypto/stark-curve

機能詳細:

オフチェーンのステータス:
バランスツリーとシーケンスツリー: マークルツリーを通じて、基金国家の安全性と信頼性が保証され、二重支出の問題が回避されます。
Flow Description:
オンチェーンアカウント (資金がオンチェーンアカウントに出入りしない限り、アカウントの残高はオフチェーンで保存および管理されます。L1 の観点から、これらのアカウントの資金は StarkEx スマートの下に保存されます)契約。）
所有者"所有者"したがって、L1 ユーザーとアプリケーションは StarkEx を介して取引し、保留中の注文に一致することができます。オンチェーン取引モデルにより、StarkEx アプリケーションと L1 アプリケーション間の相互運用性が可能になり、DeFi プーリングに使用したり、流動性アグリゲーターによって使用したりできます。
StarkEx 固有の概念:
StarkEx にはイーサリアムとは異なる概念が多数あるため、開発には追加の学習が必要です。
https://docs.starkware.co/starkex-v3/starkex-deep-dive/starkex-specific-concepts
さらに、StarkEx には、情報暗号化、一括フラッシュローン、DeFi プーリングなどの特定の操作もあります。

暗号化アルゴリズム:

STARK Elliptic Curve, Pedersen Hash Function,KDF. 上記の暗号化アルゴリズムとリファレンスを使用して https://github.com/authereum/starkware-monorepo/tree/starkex-3.0/packages/starkware-provider#walletconnect導入

Cairo

導入

Cairo は、STARK プルーフを生成する最初の実稼働グレードのプラットフォームです。チューリングは完全かつ非常に効率的です。高性能で低ガスのレイヤ 2 アプリケーションコンポーネントを StarkNet に展開するには、Cairo を使用してアプリケーションを作成する必要があります。Cairo 言語は次のとおりです。特別な契約言語ではありませんが、契約のようなコンテンツを作成することができ、主に使用されます。

特徴

計算上の整合性
計算の完全性は、監視なしでのコンピューティングの公平性を表します。計算の完全性を確保するには、銀行に委託された説明責任 (評判、監査などに基づく)、コンピューティングの再現性 (ビットコインやその他の L1 パブリックトランザクションなど)、信頼できる実行環境の 5 つの方法があります。 (Intel の SGX など)、不正証明 (委任された責任と計算の再現可能性の間の楽観的ロールアップ)、暗号学的証明 (zk-STARK) カイロ言語は多くの論文と数学的証明によって検証されており、安全かつ信頼性の高い zk- を生成できます。計算上の整合性を保証するための STARK 証明。
AIR (代数中間コード表現)
言語設計
言語設計
Cario 言語の設計は Minimal Variable Language の原則に基づいており、まさに適切でありながら、言語の表現力（開発者にとって読みやすい）と STARK 証明の生成効率を実現しています。 Cario 言語はそれほど複雑ではありません。レジスタは 3 つ (PC、割り当てポインタ、フレームポインタ) と簡潔な命令セットだけです。また、Cario 言語は関数、再帰、分岐、判断などの必要な機能もサポートしています。 Cario 言語のデザインは、数学的証明のロジックに沿ったものであり、よりきちんとしています。
ツールチェーン
翻訳者（https://github.com/NethermindEth/warp) ,仮想マシン、コード編集環境プラグイン（VSCode上のコードプロンプトプラグイン）https://github.com/ericglau/cairo-ls),トラッカー、コード例 (https://github.com/starkware-libs/cairo-examples).

言語生態学

現在、カイロ言語の生態は非常に包括的であると言えますが、まだ若いため、あらゆる種類のツールチェーンがあり、これらのツールの GitHub スターによると、あまり注目されていないと判断できますが、ウェアハウスの開発者は常に更新しています, 基本的には 1 回です 2 週間以内に新しい提出があります. 将来的には, Cairo 言語はよりオープンになるでしょう. より多くの開発者を訓練した後, StarkEx エンジンで Cairo コードを書く作業は可能になる可能性がありますStarkWare からオープンソース開発者に引き渡されました。分散化は非常に理にかなっています。

さらに重要なのは、OpenZeppelin が ERC-20 や ERC-721 などの基本テンプレートをカイロ言語で実装していることです (https://github.com/OpenZeppelin/cairo-contracts要約する

要約する

レイヤ 2 ソリューションプロバイダーとして、StarkWare は dYdX や iMMUTABLE などの爆発的な製品を生み出してきました。さまざまなソリューションの中で、StarkWare の zk-STARK テクノロジーはレイヤ 2 での最大数のトランザクションをサポートします。Prover による数学的最適化、カイロ言語の数学的最適化、 StarkEx エンジンの証明調整と、分散型 zk-STARK ネットワークとしての StarkNet は、非常に高いパフォーマンスを提供し、運用プロセスを完全に最適化します StarkWare は、最先端のテクノロジーと完全な技術サービスを使用し、レイヤー 2 アプリケーションの膨大なトランザクション量をサポートします、そして将来的にはオープンソースを採用して、さらなる分散化を実現し、イーサリアム2.0の構築を支援する予定です。