Provas STARK: A espinha dorsal da escalabilidade da Starknet

As provas STARK são uma inovação fundamental. Esses ARguments de Conhecimento Escaláveis e Transparentes são projetados para reforçar a escalabilidade do blockchain por meio de verificação computacional eficiente. StarkWare, a entidade por trás da Starknet, desenvolveu a tecnologia STARK, enfatizando seu papel na salvaguarda da integridade e privacidade de cálculos em blockchains. Essa abordagem criptográfica permite que um único provador STARK off-chain manipule cálculos, com os resultados verificados on-chain por um verificador STARK.
STARKs introduzem várias vantagens-chave

• Zero-Knowledge: A tecnologia garante a privacidade do usuário ao não revelar os inputs utilizados nos cálculos off-chain.
• Escalabilidade: Permite que grandes cálculos sejam realizados off-chain, reduzindo significativamente os custos de verificação on-chain.
• Transparência: Ao contrário de outras provas criptográficas, os STARKs não requerem uma configuração confiável, evitando o chamado "lixo tóxico".
• Argumento do Conhecimento: As provas só podem ser geradas por um provador que realmente executou o cálculo, garantindo a integridade do processo

No contexto da Starknet, os STARKs facilitam a agregação de transações e sua verificação on-chain através de uma única prova, reduzindo drasticamente o custo por transação e garantindo a segurança do Ethereum. Esta tecnologia não só permite uma maior taxa de transações, mas também abre portas para novas aplicações anteriormente impraticáveis devido às limitações on-chain.

A interação entre as provas STARK e as soluções de Camada 2 da Starknet, StarkEx e Starknet, demonstra uma abordagem abrangente para a escalabilidade do Ethereum. Enquanto o StarkEx oferece escalabilidade específica da aplicação, o Starknet fornece uma plataforma sem permissão para implantar contratos inteligentes. Ambos tiram proveito da escalabilidade e segurança das provas STARK, mas atendem a diferentes necessidades dentro do ecossistema blockchain.

Ao abordar os desafios críticos de escalabilidade, privacidade e eficiência, as provas STARK representam um componente fundamental da missão da Starknet de melhorar a rede Ethereum. A sua implementação na arquitetura da Starknet sublinha um avanço significativo na busca por uma infraestrutura blockchain mais escalável e acessível.

Introdução ao Cairo

Cairo, uma linguagem de programação especificamente projetada para o Starknet, marca um salto significativo no desenvolvimento da tecnologia blockchain. Ao contrário das linguagens de programação tradicionais que são otimizadas para hardware físico, o Cairo é adaptado para uma CPU virtual, com seus princípios de design enraizados em restrições criptográficas em vez de físicas. Essa orientação permite que o Cairo lide eficientemente com cálculos complexos e gere provas verificáveis de sua correção, uma característica crucial para executar operações em máquinas não confiáveis, garantindo uma verificação rápida e econômica em máquinas confiáveis.

Cairo representa “CAlculus of IRrational Operations,” refletindo sua capacidade única de realizar cálculos de maneira escalável e comprovadamente correta. Representa uma linguagem de nível superior que compila para Sierra, uma representação intermediária, que por sua vez compila para um subconjunto seguro da Assemblagem do Cairo (CASM). A evolução de Cairo 0 para Cairo 1, com a introdução de Sierra, tem como objetivo garantir que qualquer CASM gerado seja comprovadamente correto, mesmo em casos de falha de computação.

O que Cairo permite

A arquitetura do Cairo permite a execução de cálculos confiáveis em máquinas não confiáveis. Uma aplicação crucial do Cairo é no Starknet, uma solução de escalabilidade de Camada 2 construída em cima do Ethereum. O Starknet utiliza o Cairo para permitir que um nó, o provador, execute programas e gere provas criptográficas de correção. Estas provas são depois verificadas por um contrato inteligente do Ethereum, reduzindo significativamente a carga computacional e o custo associados à execução direta no Ethereum. Este mecanismo aumenta a capacidade de processamento e reduz as taxas de transação, mantendo o nível de segurança do Ethereum.

Características distintivas do Cairo

Cairo diverge das linguagens de programação convencionais em vários aspectos, nomeadamente em termos de sobrecarga de execução e vantagens. A execução pelo provador espelha a de outras linguagens, embora com alguma sobrecarga de desempenho devido à natureza virtualizada do Cairo. No entanto, esta sobrecarga não é a principal preocupação de otimização. A verificação de provas geradas, realizada pelo verificador, é otimizada para eficiência de custos, aproveitando o não determinismo entre outras características para melhorar o desempenho. Por exemplo, ordenar uma matriz no Cairo é tão custo-eficaz quanto simplesmente copiá-la porque o verificador apenas verifica a ordem ordenada em vez de realizar a operação de classificação.

Outra característica definidora do Cairo é o seu modelo de memória imutável, que coloca desafios e oportunidades únicas para os desenvolvedores na gestão de dados e otimização de desempenho. Esta imutabilidade requer uma abordagem cuidadosa para a gestão de estruturas de dados e utilização de memória.

Cairo e Contratos Inteligentes

Cairo e Starknet oferecem coletivamente uma plataforma poderosa para desenvolver e implementar contratos inteligentes. Ao contrário dos contratos inteligentes tradicionais, que se concentram principalmente em transações financeiras, as capacidades do Cairo se estendem a uma gama mais ampla de aplicações, incluindo DeFi, tokenização, sistemas de votação e muito mais. O design da linguagem, otimizado para provas criptográficas, abre novas possibilidades para construir aplicações descentralizadas que são seguras, escaláveis e eficientes.

Para os desenvolvedores e entusiastas ansiosos por explorar o Cairo e suas aplicações dentro do Starknet, uma riqueza de recursos, incluindo documentação e fóruns comunitários, estão disponíveis para facilitar a aprendizagem e o desenvolvimento. A combinação das características únicas do Cairo e das soluções de escalabilidade de Camada 2 do Starknet promete avançar a tecnologia blockchain e expandir seus casos de uso além das limitações atuais.

Para se aprofundar no Cairo e sua integração com a Starknet, considere explorar o Documentação Starknet e recursos da StarkWareno Cairo.

Arquitetura da Starknet

O Sequenciador Starknet

Vídeo completo aqui: https://www.youtube.com/watch?v=ZTomvlzta78

O Sequenciador Starknet é um componente crítico na arquitetura da Starknet, desempenhando um papel crucial na melhoria da escalabilidade e eficiência da rede em relação à solução da Camada 1 do Ethereum. Ao introduzir uma abordagem inovadora para o processamento de transações, o Sequenciador eleva significativamente a capacidade da Starknet de lidar com transações em uma escala sem precedentes.

Função e Funcionalidade do Sequenciador Starknet

• Validação e Execução de Transações: O Starknet Sequencer assume a tarefa crucial de validar e executar transações submetidas à rede Starknet. Ele atua como um Gate.iokeeper, garantindo que apenas transações válidas, que estejam em conformidade com as regras da Starknet e os requisitos de contratos inteligentes, sejam processadas. Este processo de validação evita que transações inválidas ou maliciosas congestionem a rede e afetem potencialmente a sua integridade.
• Agrupar transações em blocos: Uma vez que as transações são validadas, o Sequenciador agrupa-as em blocos. Este processo é análogo à forma como as transações são agrupadas nas redes de blockchain tradicionais, mas com eficiência aprimorada. Ao agrupar transações, o Sequenciador otimiza a taxa de transferência da rede, permitindo que o Starknet processe um volume muito maior de transações do que a capacidade atual do Ethereum.
• Filtrar Transações Mal-sucedidas: Uma função essencial do Sequenciador é filtrar transações que falham devido a erros ou falta de conformidade com as condições do contrato inteligente. Esse filtro seletivo garante que apenas transações bem-sucedidas sejam incluídas nos blocos, otimizando o processo de verificação e mantendo a alta taxa de transferência da rede.
• Permitindo um processamento de transações mais rápido: A introdução do Starknet Sequencer marca um salto significativo na velocidade de processamento de transações em comparação com o Ethereum. Ao validar, executar e distribuir transações em lote de forma eficiente, o Sequencer reduz o tempo total necessário para finalizar as transações. Essa eficiência é crucial para aplicativos que exigem tempos rápidos de confirmação de transações, abrindo novas possibilidades para aplicativos descentralizados em tempo real (dApps) no Starknet.

Vantagens sobre Ethereum

A abordagem do Sequenciador Starknet ao processamento de transações aborda várias limitações chave da infraestrutura atual da Camada 1 do Ethereum:

• Maior capacidade: Ao agregar transações em blocos e aproveitar as capacidades de escalonamento de Camada 2 do Starknet, o Sequencer alcança uma capacidade que excede em muito as capacidades nativas do Ethereum. Esta capacidade aumentada é essencial para apoiar um ecossistema em crescimento de dApps sem incorrer em custos de gás proibitivos ou congestionamento de rede.
• Custos de gás reduzidos: A eficiência do Sequencer também se traduz em custos de gás mais baixos para usuários e desenvolvedores. Como as transações são processadas de forma mais eficiente, a rede pode oferecer taxas de transação significativamente reduzidas, tornando a Starknet uma plataforma atraente para desenvolver e implantar dApps.
• Escalabilidade aprimorada: A capacidade do Sequenciador de filtrar transações malsucedidas antes que sejam processadas pela rede mais ampla reduz a carga computacional no Starknet. Esta filtragem preventiva, combinada com o agrupamento eficiente de transações do Sequenciador, aprimora a escalabilidade da rede, garantindo que ela possa crescer para acomodar a demanda crescente sem sacrificar o desempenho ou a segurança.

Em resumo, o Starknet Sequencer é um elemento fundamental da arquitetura da Starknet, oferecendo uma solução escalável, eficiente e econômica para o processamento de transações. Seu design não só aborda os principais desafios enfrentados pelo Ethereum, mas também define um novo padrão para o processamento de transações em redes descentralizadas.

O Starknet Prover

Vídeo completo aqui: https://www.youtube.com/watch?v=UIkph7jT9Qo

O Prover Starknet desempenha um papel crítico na arquitetura do Starknet, garantindo a segurança e integridade das transações processadas na rede. Este componente alavanca o poder das provas STARK, uma pedra angular das melhorias de escalabilidade e eficiência do Starknet em relação aos sistemas tradicionais de blockchain. Abaixo, exploramos as responsabilidades multifacetadas do Prover Starknet e como contribui para o desempenho da rede.

Gerar Provas STARK para Validade da Transação

A principal responsabilidade do Starknet Prover é gerar provas STARK para verificar criptograficamente a validade de todas as transações dentro de um bloco. Essas provas são uma forma sofisticada de provas de conhecimento zero que permitem à rede confirmar a precisão e a integridade das transações sem revelar os detalhes específicos das transações. Esse processo garante que, mesmo que os cálculos sejam feitos off-chain, sua correção seja verificável on-chain, mantendo a natureza sem confiança do blockchain.

Criação de um rastreamento de execução

Uma trace de execução é criada pelo Starknet Prover para registar os passos sequenciais da execução da transação. Esta trace serve como um mapa detalhado do processo computacional, documentando a entrada, saída e estados intermédios de cada operação. A trace de execução é crucial para compreender a jornada da transação e serve de base para gerar uma prova STARK, garantindo que a computação respeita a lógica predefinida dos contratos inteligentes.

Gerar uma Diferença de Estado

Após a execução das transações, o Prover Starknet gera um “State Diff.”. Esta diferença reflete as alterações no estado do sistema pós-transação, mostrando a diferença entre o estado do sistema antes e depois das transações serem processadas. O State Diff é crucial para atualizar o estado global da rede de uma maneira transparente, verificável e eficiente, garantindo que todos os participantes tenham uma visão consistente do livro-razão.

Utilizando Randomização na Criação de Prova STARK

Um aspecto único da operação do Prover Starknet é o uso de um processo de randomização para criar uma prova STARK a partir de um subconjunto dos dados de execução expandidos. Este método melhora a segurança e eficiência do processo de geração de provas. Ao selecionar um subconjunto dos dados, o provador pode produzir provas compactas, mas altamente seguras, que reduzem significativamente o ônus computacional na rede, garantindo a integridade do processo de verificação.

Através destes mecanismos, o Prover do Starknet garante que o Starknet pode oferecer uma capacidade de processamento exponencialmente maior e custos de transação mais baixos em comparação com a Camada 1 do Ethereum, sem comprometer a segurança. A capacidade do Prover de gerar provas verificáveis e criptograficamente seguras fundamenta a promessa do Starknet de escalar a tecnologia blockchain para uma adoção generalizada e aplicações complexas.

O Verificador Starknet, com a sua abordagem sofisticada na geração e verificação de provas de transação, incorpora o espírito inovador do Starknet, mostrando um salto em frente na tornar a tecnologia blockchain mais acessível, eficiente e segura para desenvolvedores e usuários.