首頁

Partnered With:

L2 夏日将至？一文掌握 StarkNet 技術原理及生態

Biteye

閱讀本文需 42 分鐘

介紹StarkNet及其生態內重點專案。

原文標題：《L2 夏日來臨？一文掌握 StarkNet 技術原理及生態》

原文來源：

「Biteye」社區

1. Layer2 夏日的前奏

Arbitrum 的 DeFi 生態已初具規模，其發放空投的決定更是讓自身坐穩 Layer2 生態領頭羊位置。自發布空投規則到開啟認領，Arbitrum One 的 TVL 已佔據整個 Layer2 生態的 66.61%，活躍用戶在兩周內暴增四十萬。

（資料來源：https://l2beat.com/scaling/tvl）

（資料來源：https://dune.com/Henrystats/arbitrum-metrics）

曾經的 Layer2 四大天王：Optimism、Arbitrum、zkSync、StarkNet，已僅剩後兩者尚未宣布空投。Optimism 和 Arbitrum 先後實踐了生態積累 + 空投搶用戶的策略，結果已在 Layer2 生態的市場份額中獲得體現。隨著 Layer2 生態愈發成熟，加之 EIP-4844 將大幅降低 Rollup 費用，搶占用戶將成為 Layer2 致勝的核心因素。在現行的市場格局下，剩給 zkSync 和 StarkNet 搶占市場時間已不多，項目間的競爭和用戶的 fomo 帶來的財富效應已讓 Layer2 夏日近在眼前。

（註：EIP-4844 是針對以太坊網絡的一項改進提案，有望將 Rollup 的開銷降低 10-100 倍。它將向以太坊引入一種新的交易類型，這種交易類型可以攜帶短暫存在的被稱為 blob 的數據。之前以 Calldata 形式存儲的數據可用性可以改為由 blob 進行存儲，而 blob 的存儲成本比 calldata 便宜得多。在用戶體驗層面，用戶最直觀的感知就是 L2 費用大幅降低，這將為 L2 生態的爆發提供重要基礎。）

作為 Layer2 四大天王中估值最高（母公司 StarWare 估值 80 億美金）的項目，StarkNet 生態項目的含金量不用多說，從近期的交易活躍度就可見一斑。

StarkNet 已經於 2022 年 11 月 16 日宣布在以太坊主網上部署了其原生代幣$STRK，用於投票、質押和支付費用，代幣分配仍待決定。下文將介紹 StarkNet 及其生態內重點項目。如果對生態項目比較感興趣的小夥伴可以直接閱讀第三部分。

（數據來源：https://l2beat.com/scaling/activity）

2. StarkWare 介紹

2.1 項目概況

StarkNet 的母公司 StarkWare 成立於 2018 年，總部位於以色列，兩個主要產品為基於以太坊主網構建的擴容引擎 StarkEx 和通用型 ZK-Rollup StarkNet。StarWare 技術團隊已經在 ZKP 領域擁有十多年的研究與工程經驗，於 2018 年率先提出採用 SATRK 有效性證明解決以太坊可擴展性難題，實現解鎖大規模可擴展性。

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。

StarkNet：一種通用的 Rollup，可部署任意智能合約，無需為特定應用進行定製開發。StarkNet 於 2021 年 11 月在以太坊主網上推出，目前有 50+ 項目在主網上線，100+ 項目在測試網上線。

StarkWare 在 7 輪融資中共籌得 2.73 億美元，2018 年 1 月完成 600 萬美元種子輪融資，同年 7 月獲得以太坊基金會的 1200 萬美元資助；2021 年 3 月完成 Paradigm 領投的 7500 萬美元 B 輪融資，同年 11 月完成 5000 萬美元 C 輪融資，投資方包括 Paradigm、Alameda Research、Three Arrows Capital 等；2022 年 5 月 25 日，StarkWare 以 80 億美元估值完成 1 億美元 D 輪融資，由 Greenoaks Capital、Coatue、Tiger Global 和其他投資者領投。

2.2 技術架構與其他

與基於效能證明的 zk-rollup 方案類似，StarkNet 和 StarkEx 也採用「鏈下計算-生成 zk 證明-鏈上驗證」的形式來擴充以太坊。

不過，通過獨創的 zk-STARK 零知識證明算法、zk 友好的編程語言 Cairo、SHARP 共享驗證器以及多樣化的數據可用性，實現了高交易處理速度、低成本等特性。

2.2.1 基於 STARK 的效能證明

zk-STARK 是由 StarkWare 創始人 Eli Ben Sasson 在 2018 年的一篇論文中提出的，全稱為 Zero-Knowledge Scalable Transparent Argument of Knowledge，具有可擴展、透明等優秀特性。

透明性：ZK-STARK 可以在沒有公共參考字符串（CRS：共通參考字串）的可信設置情況下運作。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互動，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。

可擴展性：STARK 具有驗證的對數壓縮特性，可以實現更快的驗證速度，即當證明一個命題需要的時間為 T 時，驗證證明所需要的時間僅為 log(T)，該特性能讓 STARK 通過遞歸來實現低成本與降低大型組合命題延遲等特性，實現可擴展。

（圖片來源：https://medium.com/coinmonks/zk-starks-create-verifiable-trust-even-against-quantum-computers-dd9c6a2bb13d）

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 Layer2 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 編寫的程式，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 Warp 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 Starknet 生成零知識證明的 Prover。SHARP 可同時為 StarkEx 和 Starknet 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，帶來極致的可擴展性。

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 Layer2 上發送交易->Sequencer 收集進行排序和執行，計算完成後的交易將递交 Prover->Prover 生成有效性證明，递交給主網上的 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（如帳本餘額）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帳，因為主網有最新的用戶餘額，即數據可用性在鏈上。

实際上，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。

該方案中，數據可用性由數據可用性委員會 (Data Availability Committee, DAC) 儲存，該委員會由法定人數的獨立成員組成，負責監督狀態正確更新，並保留已處理數據的副本。當用戶想要在新狀態下提取 Layer2 資金時，需要 DAC 簽名來提供具體的帳本信息。Validium 能夠大幅降低 Rollup 成本，但同時其犧牲了去中心化，適合用於非重要交易的數據可用性。

基於 Rollup 和 Validium 兩種基礎模式，StarkWare 還提供了 Volition 模式，讓用戶能夠在交易層級從 Validium 和 Rollup 模式之間選擇數據可用性的儲存方式。用戶可以在每個單筆交易中選擇用 Validium 或 Rollup 模式進行保存。總結起來，StarkWare 提供的三種數據可用性（DA）模式可以讓 dApp 和用戶根據數據重要程度進行選擇，團隊稱目前三種方式都已在生產中可用。但無論使用的哪一種 DA 模式，所有的交易有效性都會由 STARK 有效性證明保障。

Rollup：帳本直接發布在區塊鏈上

Validium：數據可用性協會 (DAC) 確保帳本安全，只有哈希值保存在鏈上

Volition：應用程序讓用戶在發起每筆交易時都可以選擇該筆交易的 DA 模式，Rollup 或 Validium

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。

2. Squencer 將執行交易的蹤跡遞交給 Prover，由 Prover 對計算完整性生成一個有效性證明。執行蹤跡是生成 zkp 的核心，記錄執行蹤跡是 Cairo 語言的 zk 友好特性；這裡的 Prover 也為 StarkEx 生成有效性證明，且可以聚合來自不同 StarkEx 應用和 StarkNet 的交易，實現共享。

3. Squencer 和 Prover 將有效性證明和全域狀態變化發送給全節點進行記錄。全節點基於 P2P 網路構建，負責記錄整個 Layer2 網路的交易歷史和以太坊主網上與 Layer2 相關的交易。

4. Prover 將有效性證明遞交給主網上的 Verifier。Verifier 是部署在以太坊主網上的智能合約，負責收取並驗證 Prover 提供的有效性證明。

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 Layer2 全域狀態變化信息，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 Layer1 交易，並傳遞給 Core 合約進行保存。

6. StarkNet Core 合約接收到驗證結果（狀態哈希）後，從 Layer2 接收「Call data」形式的數據可用性並保存。該數據會同步給 Layer2 的全節點進行解碼，以保證全節點能夠記錄和重建 Layer2 的歷史交易；在 Validium 方案中，StarkNet Core 合約不保存數據可用性，僅保存狀態哈希。

（圖片來源：https://david-barreto.com/starknets-architecture-review/#more-4602）

2.3.2 StarkEx Workflow

1. Users initiate interactions within the application, which are executed by the application to generate transactions. These transactions are directly sent to the StarkEx server by the application. The StarkEx server is a StarkEx-customized Cairo program for a specific application.

2. The StarkEx server batches the transactions, sends them to the SHARP Prover, and generates a validity proof.

3. The Prover sends the generated validity proof to the on-chain Verifier for verification.

4. Upon successful verification, the Verifier sends the state hash to the StarkEx contract. The StarkEx server updates the entire state on the mainnet StarkEx contract. Throughout the process, user-to-application interactions occur off-chain, while the application's transaction submission to the StarkEx server occurs on-chain.

（Image Source: https://docs.starkware.co/starkex/overview.html）

2.4 StarkNet Value Analysis

StarkNet is a generalized Layer 2 solution introduced by StarkWare. It uses a validity proof approach to achieve mainnet security and falls under the zk-rollup category in the race. The debate on "zk-rollup vs. optimistic rollup: who will dominate the future" is a perennial topic. The mainstream view is that optimistic rollup will take the lead in the short term due to its lower technical implementation complexity and strong EVM compatibility. However, in the long term, as the Ethereum ecosystem further expands, the interactive nature of optimistic rollup will be limited, and zk-rollup will dominate due to its non-interactivity through validity proofs and simplicity.

In the segmented path of zk-rollup, StarkNet did not aggressively pursue the popular zkEVM direction but instead opened a new path through STARK + Cairo. It aims to maximize the application of validity proof technology and foster a native ecosystem for StarkNet.

目前，整個 Web3 還並未實現 mass adoption，StarkNet 的生態也僅僅是初現雛形，交易量稀少讓 StarkNet 難以積攒足夠數量的交易來均攤有效性證明的成本，導致 StarkNet 的交易確認時間較長，無法發揮極致的可擴展性。

但隨著 Web3 的滲透率逐步上升，StarkNet 會憑借其獨特的技術優勢承接大量使用者與交易，為以太坊生態帶來多樣性的同時，讓更多使用者享受到良好的 Web3 體驗。

3. 盤點 StarkNet 生態重點項目

StarkNet 官方顯示：基於 StarkNet 部署並上線的項目有 100+個，其中 53 個已經上線主網，涵蓋錢包、DID、跨鏈橋、DID、DeFi、NFT、Game 等多種項目類型。以下將選取重點類型中的重點項目進行介紹。更多項目可通過 StarkNet 生態列表自行瞭解。

3.1 錢包

3.1.1 Argent X

Argent X 是由 Argent 推出的 StarkNet 錢包，也是第一個支持 StarkNet 的錢包，其利用 StarkNet 原生的帳戶抽象特性來實現多重簽名和無助記詞特性，同時借助 StarkNet 優秀的性能實現更低的交易費用和更快的確認時間進行交易。

Argent X 的使用者可以通過 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 功能讓使用者能在錢包裡完成 DeFi 的一站式操作。

Argent 還提供生物特徵驗證、守護者機制等功能讓使用者獲得 web2 體驗。Argent X 的合約安全性已經過 Trail of Bits, Solidified 和 G0 Group 三家審計公司的認證。

Argent 於 2022 年 4 月獲得 4000 萬美金的 B 輪融資，由 Fabric Ventures 和 Metaplanet 領投。

3.1.2 Bravvos

Bravvos 同樣是一個運行在 StarkNet 上自托管帳戶抽象錢包。Bravvos 致力於提供提供無縫的 Web2.0 用戶體驗，可在 iOS、Android 以及多種瀏覽器上使用，同時消除了助記詞，讓用戶能夠恢復帳戶。

Bravvos 也計劃提供類似质押、借貸等 DeFi 服務。Braavos 還支持帳戶分割，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。

Bravvos 於 2022 年 10 月宣布完成 1000 萬美金融資，由 Pantera Capital 領投。

3.2 跨鏈橋

3.2.1 StarkGate

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 間实现 ETH 和 ERC-20 代幣的跨鏈交易。

StarkGate 與以太坊之間的橋接器通過 StarkNet 的消息傳遞機制進行通信，並基於 STARK 的計算壓縮能力實現低成本交互。

3.2.2 Orbiter Finance

Orbiter Finance 是一個去中心化的跨 Rollup 橋，能夠讓用戶在 ETH 主網、StarkNet、zkSync、Loopring、Arbitrum、Optimism、Polygon、ZKSpace、Immutable X、dYdX、Metis、BNB Chain 和 Boba 之間進行資產跨鏈。

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 四個幣種的轉帳。

Orbiter 於 2022 年 11 月完成首輪融資，Tiger Global、Matrixport、A&T Capital、StarkWare、Cobo、imToken、Mask Network、Zonff Partners 等參投，融資金額未披露。此外，Vitalik 還曾向其捐贈 16 ETH。

3.3 DID

3.3.1 StarkNet ID

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 身份儀表板和更多功能，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。

根據數據顯示，目前被鑄造出的 StarkNet.id 的總量 148.05K，持有用戶數 85.28K，地板價格為 0.015eth 左右，總交易量 1.16eth（2023.3.26）。

3.3.2 WIW Protocol

WIW 是一個注重隱私保護的鏈上身份協議，能夠根據用戶鏈上行為生成對應標籤，幫助用戶構建身份系統，主要涵蓋三個應用場景：

個人品牌打造：WIW 能夠幫用戶展示鏈上成就，打造鏈上簡歷，通過構建用戶的鏈上信用來讓用戶獲得潛在的空投和信用借貸機會

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

為建設者提供工具：WIW 的標籤能夠讓建設者在不觸及使用者隱私的情況下分析使用者，還能精準開展營銷活動

3.4 DeFi

3.4.1 10KSwap

10KSwap 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。

目前 10KSwap 支持了 ETH、USDC、DAI、WBTC、USDT 五種代幣間的 swap，與傳統 swap 類似，使用者也可以向 10Kswap 提供流動性來賺取做市收益。

目前，10Kswap 的流動性約為 120w 美金，日交易量約為 82.86w 美金（2023.3.26），仍然處於早期階段。

3.4.2 Nostra

Nostra 是基於 StarkNet 部署的去中心化借貸協議，是 StarkNet 首款支持閃電貸的協議，也提供了 StarkNet 第一個原生穩定幣$UNO。

Nostra 旨在構建 StarkNet 的流動性層，由三個產品組成：Nostra 貨幣市場、UNO、Nostra Swap：

Nostra 貨幣市場：是流動性層的核心產品，為使用者提供類似 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，讓使用者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

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。使用者可以在 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

UNO: UNO is the first native stablecoin of Starknet, which can be minted by users through overcollateralization or obtained through Nostra Swap; $UNO will be used in various use cases, including DeFi, gaming, NFTs, real-world payments, etc.

3.4.3 ZKX

ZKX is the first self-custodial and community-governed perpetual futures trading platform on StarkNet. The protocol aims to provide further scalability through a decentralized node network and an enhanced trading experience, offering perpetual swaps and derivatives to users on StarkNet and Ethereum.

ZKX has implemented a series of measures to incentivize user trading, including earning USDC through trading and staking, unlocking advanced ZKX features with increased trading volumes, etc.

In July 2022, ZKX announced the completion of a $4.5 million seed round financing, with investors including StarkWare, Alameda Research, Huobi, Amber Group, Crypto.com, etc.