L2 Summer將至？一文掌握StarkNet技術原理及生態
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原文編輯：Biteye 核心貢獻者Crush
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StarkEx：為應用程序設計的二層可擴展性引擎，StarkEx 為每一個應用提供專門的Rollup 技術服務，自2020 年就已正式上線以太坊主網，相對成熟。目前基於StarkEX 開發的項目有Sorare、immutableX、dYdX、ApeX 等著名項目。
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StarkNet：可以部署任意的智能合約的通用型Rollup，無需為特定應用做定制開發。 StarkNet 於2021 年11 月上線以太坊主網，目前有50+項目上線主網， 100+項目上線測試網。
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2.2 技術架構與其他
基於有效性證明的zk-rollup 方案類似，StarkNet 與StarkEx 也採用「鏈下計算-生成zk 證明-鏈上驗證」的形式來實現對以太坊的擴容。
透明性：ZK-STARK 可以在沒有公共參考字符串(CRS：Common Reference String ) 的可信設置的情況下工作。相反，使用可公開驗證的隨機性來建立證明者和驗證者之間的交互，這減少了用戶的信任假設並提高了基於STARK 的協議的安全性。
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（圖片來源：https://medium.com/coinmonks/zk-starks-create-verifiable-trust-even-against-quantum-computers-dd 9 c 6 a 2b b 1 3d）
STARK 的優點也伴隨著一系列權衡：
STARK 的證明尺寸比SNARK 大，因此當Layer 2 交易量較低難以分攤證明成本時，就會出現較大的確認延遲，目前StarkNet 的交易最終確認時間在8 小時左右，原因就在於StarkNet 目前交易量較低，需要收集足夠的交易筆數才能均攤一次有效性證明的成本；同時zk-STARK 需要配合Cairo 來為交易生成有效性證明，對開發者有一定的學習門檻。
2.2.2 Cairo 編程語言
Cairo 為StarkWare 團隊於2020 年發布的圖靈完備編程語言，讓不了解STARK 的開發者也能夠Cairo 來使用STARK 實現可驗證計算。在現存的多數證明系統中，對於每一個業務邏輯，即每一次計算，都需要生成一組代表特定計算的多項式約束，其困難在於如何將多樣化的智能合約的執行結果統一成可以驗證的多項式方程。
通過Cairo 編寫的程序，可以將計算結果通過STARK 證明器直接轉化成可證明的多項式方程，由此讓智能合約與零知識證明實現良好的兼容性。 Cairo 是為STARK 而生的編程語言，兩者相結合可以最大程度釋放STARK 的潛力，但其與EVM 生態的割裂一直是需要被解決的問題。 EVM 兼容是各種zk 擴容方案爭搶的高地，StarkWare 團隊也在為此努力。
2022 年10 月末，StarkNet 便宣稱使用Cairo 開發出ZK-EVM，同時以太坊客戶端Nethermind 正致力於開發Solidity 到Cairo 的編譯器Warp，以實現StarkWare 對EVM 的兼容性。團隊宣稱目前Wrap 已經支持將Uniswap V3 重寫為Cairo 代碼。隨著StarkNet 真正投入生產環境，不同方案兼容性的實際效果將會得到檢驗。
2.2.3 SHARP 共享證明器
SHARP 即共享證明器(SHARed Prover)，是StarkEx 和StarNet 生成零知識證明的Prover。 SHARP 可同時為StarkEx 和StarNet 生成有效性證明，因此可以聚合不同的StarkEx 應用以及StarkNet 上發生的交易，並在一個單一的STARK 證明中證明，以此實現更快填滿STARK 證明的容量，從而提高交易處理速度和降低延遲。
遞歸證明是下一代前沿技術，不僅適用於一些硬編碼邏輯，而且適用於通用計算。 SHARP 與STARK 結合後，能夠讓整個StarkWare 生態內的交易良好實現遞歸的性質，帶來極致的可拓展性。
2.2.4 多樣化數據可用性
有效性證明的一般邏輯是「鏈下計算-生成zk 證明-鏈上驗證」，即用戶在Layer 2 上發送交易->Sequencer 收集進行排序和執行，計算完成後的交易將遞交Prover->Prover 生成有效性證明，遞交給主網上的Verifier 合約->Verifier 合約對證明的有效性進行驗證，若驗證通過，則狀態被主網確認。
數據可用性：在Rollup 模式下，Prover 生成的證明被驗證後，新狀態獲得有效性，狀態的具體信息（如賬本餘額）將被寫進主網，用戶可以無需信任地基於被主網確認過的狀態信息發起新的轉賬，因為主網有最新的用戶餘額，即數據可用性在鏈上。
實際上，主網消耗的gas 成本大部分用於數據可用性的儲存，而非驗證證明，即主網擁有數據可用性將產生大量成本。因此StarkNet 提出了將數據可用性轉移到鏈下儲存的方案Validium，鏈上只保存被驗證過的狀態的哈希值。
Rollup：賬本直接發佈在區塊鏈上
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2.3.1 StarkNet 工作流程
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2.3 工作流程
2.3.1 StarkNet 工作流程
1. 用戶發起交易，並將交易發送給Squencer 進行驗證、排序和執行，並打包批次。目前StarkNet 系統中只有一個StarkWare 官方掌握的Sequencer，但StarkWare 團隊計劃後續將Squencer 去中心化；Squencer 通過Cairo OS 來執行交易，扮演了EVM 的角色。
5. Verifier 將驗證過的結果發送至主網上的StarkNet Core 合約進行記錄和保存。 StarkNet Core 合約部署在以太坊主網上，用於接收Layer 2 全局狀態變化信息，包括狀態哈希以及數據可用性；經過Verifier 驗證過的結果是一串狀態哈希，由Verifier 寫入一筆新的Layer 1交易，並傳遞給Core 合約進行保存。
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2.3.2 StarkEx 工作流程
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（圖片來源：https://david-barreto.com/starknets-architecture-review/#more-4602 ）
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在zk-rollup 的細分賽道中，StarkNet 並沒有在火熱的zkEVM 方向上沖鋒在前，而是通過STARK+Cairo 開闢了一條新的道路，致力於將有效性證明技術發揮到極致，催生StarkNet 原生的生態。
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3. 盤點StarkNet 生態重點項目
3.1.1 Argent X
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Argent X 的用戶可以通過ios 和谷歌插件兩個方式使用Argent。其內置的交換、質押、借貸等DeFi 功能讓用戶能在錢包裡完成DeFi 的一站式操作。
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3.1.2 Bravvos
Argent 還提供生物特徵驗證、守護者機制等功能讓用戶獲得web2 體驗。 Argent X 的合約安全性已經過Trail of Bits, Solidified and G 0 Group 三家審計公司的認證。
Bravvos 也計劃提供類似質押、借貸等DeFi 服務。 Braavos 還支持賬戶分割，通過支持提現限制和提現延遲時間，將長期（高金額）儲蓄和日常（低金額）消費分開，並讓用戶能夠查看每筆交易的明細，實現精細化管理鏈上資金。
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3.2.1 StarkGate
3.2 跨鏈橋
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3.2.2 Orbiter Finance
StarkGate 是由StarkWare 開發的以太坊Starknet 官方跨鏈橋，幫助用戶在以太坊和StarkNet 間實現ETH 和ERC-20 代幣的跨鏈交易。
Orbiter 橋通過獨特的做市商模式，讓用戶獲得了手續費低、速度快等優秀體驗，但其目前僅支持ETH、USDC、USDT、DAI 四個幣種的轉賬。
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3.3 DID
3.3.1 StarkNet ID
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3.3.2 WIW Protocol
StarkNet.id 是StarkNet 的域名服務（.stark），讓用戶免費鑄造基於StarkNet 的去中心化身份。用戶還可以將任何數據附加到Starknet 身份上，包括從Web2 的社交媒體帳戶到Web3 的ENS 域名等身份標籤，團隊後續計劃推出配套StarkNet 身份儀錶盤和更多功能，讓用戶能夠更容易管理和構建更加全面的去中心化身份系統。
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社交活動：WIW 對用戶身份的精準分析能夠讓用戶找到並加入匹配的社區、認識知趣相同的人
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3.4 DeFi
3.4.1 10 KSwap
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10 KSwap 是部署在StarkNet 上的第一個開源AMM 協議，旨在利用rollup 的性能為AMM 協議的性能，為L2 世界帶來更低的費用、更少的摩擦以及更好的流動性。
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3.4.2 Nostra
目前10 KSwap 支持了ETH、USDC、DAI、WBTC、USDT 五種代幣間的swap，與傳統swap 類似，用戶也可以向10 Kswap 提供流動性來賺取做市收益。
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Nostra 貨幣市場：是流動性層的核心產品，為用戶提供類似MakerDAO 的鑄幣借貸服務（鑄造$UNO）；Nostra 還提供了抵押物風險隔離、智能清算等特性，讓用戶的借貸體驗進一步提升，獲得更好的資產安全性；貨幣市場還為Nostra Swap 和UNO 鑄造者提供收益，助力整個流動性系統完成邏輯閉環
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3.4.3 ZKX
Nostra Swap：是Nostra 系統中的穩定幣交易平台，類似Curve，用來支持UNO 的掛鉤和增長。用戶可以在Nostra Swap 上提供LP 來獲得交易費和貨幣市場的利息，也可以實現$UNO 和其他穩定幣的兌換
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3.5 NFT
3.5.1 Aspect
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3.5.2 Mint Square
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3.6 Game
3.6.1 cartridge.gg
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3.6.2 Briq
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3.6.3 Influence
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3.6.4 lootrealmsLoot Realms
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總結
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StarkNet 憑藉其強大的技術優勢和資本加持，在Layer 2 方案中走出了獨特的道路。其通過STARK+Cairo 充分激發了有效性證明的潛力，在處理大量交易時能夠相對其他方案更加游刃有餘。
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