一文讀懂StarkNet的開源堆棧

Web3 降智系列是我在 2023 年新開始的一個 以日常交流中 Web3er 對一些知識和概念的誤解為引子，以即使你在忙了一天後大腦停機的降智狀態也能讀懂為目的，通過講述設計思想而不是外在表現，儘量不涉及具體公式和代碼的 面向非技術人員的科普系列。  

繼上次我們提到 StarkNet 發布了開源的 Sequencer（定序器）後，StarkWare 又搞了一個大新聞：StarkNet 的 Prover（證明器）即將開源！

不知不覺的，從去年 11 月Cairo 語言開源之後，三個月的時間內，StarkNet 的所有組件全部重寫+開源。在這裡，我們回顧一下 StarkNet 的開源堆棧吧。

整體架構

首先，我們先複習一下上次的文章里提到的 StarkNet 架構。

Sequencer 負責管理和協調交易的執行順序。Sequencer 可以認為是一個交易隊列，它確保在同一個區塊內的所有交易按照指定的順序執行，並且確保沒有交易被重複執行。Sequencer 還負責驗證交易的合法性，並將其寫入區塊鏈。

Prover 則負責生成關於 Sequence 執行軌跡有效性的加密證明。目前，這項工作是由單一的 Prover，即「Share Prover」或「SHARP」執行的。

Verifier 位於 L1，用於驗證 Starknet Prover 產生證明的智能合約，如果運行成功，其將更新以太坊 L1 上的狀態用於記錄保存。

在上一篇文章里我們提到了上述三個部件，這一次除了 Sequencer 和 Prover，我們還將對 FullNode 進行說明（Verifier 和 StarkNet Core 屬於以太坊上的合約，不在討論範圍內）。

Sequencer—Blockifier

Starknet 的新 Sequencer Blockifier已於 1 月 26 號發布，其節點部分和 CairoOS 部分分別基於將在下面提到的 Papyrus 和 Cairo-rs。之前的 Sequencer 是一個閉源的由 python 編寫客戶端，且只由 StarkNet 自己控制。而這個 Python 客戶端是連官方也承認的慢，而且也沒實現交易執行的並行性，這嚴重影響了 StarkNet 的 TPS，且不符合去中心化思想。

這個由 Rust 編寫的 Sequencer 開源後，最基礎的，是可以讓任何人都可以自行編譯和運行自己的 Sequencer 客戶端。同時根據官方自己的資訊，這個客戶端大幅度的提高了執行速度。而官方的後繼計劃也在路上：

- 整合現有的 StarkNet Sequencer，通過替換其當前用 Python 編寫的事務塊化組件。

- 實現交易執行的樂觀並發。

- 將 Blockifier 擴展成一個完整的 StarkNet Squencer，替換當前使用的 sequencer。

FullNode—Papyrus

FullNode，即全節點，在 Starknet 中指的是一個 PathFinder（尋徑者）客戶端或者運行這個客戶端的機器。一個全節點會記錄 rollup 中執行的所有交易，並跟蹤系統的當前全局狀態。它通過 p2p 網路接收此資訊，每當創建一個新塊時，都會共享全局狀態和與其相關的有效性證明。

而Papyrus，是一個 StarkNet 全節點的 Rust 實現，已經於 1 月 16 號發布。它將成為新的 StarkNet Sequencer 的基礎的一部分，大大提高 StarkNet 的 TPS。開源 Papyrus，將有助於提高 StarkNet 性能和去中心化。

Cairo OS—Cairo-rs

Cairo OS 是 Sequencer 中用來執行以 Cairo 語言編寫的合約的虛擬機（VM）。而Cairo-rs，是一個由第三方開發團隊 Lambdaclass 開發的新的開源 Cairo VM，用以替換老舊的由 Python 開發的 CairoVM。

Prover—???(名稱未定)

那麼這次的開源 Prover 又對於 StarkNet 的架構有什麼意義？第一是為 Prover 的去中心化做準備，第二則是為了提高 StarkNet 的 TPS。目前 StarkNet 僅有官方運行的單一 Prover，叫做即「Share Prover」（共享證明器，簡稱「SHARP」）。為什麼它的名稱里有個共享？是因為這個證明器不僅負責生產 StarkNet 的證明，還要負責生成 StarkEX 的證明（關於什麼是 StarkEX 參考此處）。這嚴重影響了 StarkNet 的 TPS，且不符合去中心化思想* agian。

有了開源的 Prover 之後，任何人都可以自行編譯和運行自己的 Prover。當然，Prover 還仍然只是宣布開源，暫未放出 Git Repo。而且因為 ZK 的特性，Prover 為計算生成證明所需的計算遠遠多於 Sequencer 所執行的計算，所以根據官方的舊文檔，Prover 可能需要極高的配置，准入門檻非常高（如圖所示，4 核 CPU 和 16GB 內存只能每秒處理 100 個哈希）。

Cairo Language

Cairo 1.0 也已經在今年開源，由於 Cairo Language 是由 Rust 編寫，StarkNet 整個官方生態可以說已經變成了 Rust 全家桶。當然，Cairo 1.0 還未被 StarkNet 所支持，因此還不能用來編寫智能合約。根據官方消息，將在 2023 年 Q1 之內實現對 Cairo 1.0 支持。

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