Preuves STARK : L'épine dorsale de la scalabilité de Starknet

Les preuves STARK se présentent comme une innovation cruciale. Ces arguments transparents et évolutifs de connaissance sont conçus pour renforcer la scalabilité de la blockchain grâce à une vérification efficace des calculs. StarkWare, l'entité derrière Starknet, a développé la technologie STARK, mettant en avant son rôle dans la protection de l'intégrité et de la confidentialité des calculs sur les blockchains. Cette approche cryptographique permet à un seul prouveur STARK hors-chaîne de gérer les calculs, les résultats étant vérifiés sur-chaîne par un Vérificateur STARK.
Les STARKs introduisent plusieurs avantages clés

• Zero-Knowledge: La technologie garantit la confidentialité des utilisateurs en ne révélant pas les entrées utilisées dans les calculs hors chaîne.
• Évolutivité : il permet d’effectuer de grands calculs hors chaîne, ce qui réduit considérablement les coûts de vérification sur la chaîne.
• Transparence : Contrairement à d'autres preuves cryptographiques, les STARKs ne nécessitent pas de configuration de confiance, évitant ainsi le soi-disant « déchet toxique ».
• Argument de la connaissance: les preuves ne peuvent être générées que par un prouveur qui a réellement exécuté le calcul, garantissant l'intégrité du processus

Dans le contexte de Starknet, les STARKs facilitent le regroupement des transactions et leur vérification on-chain à travers une seule preuve, ce qui réduit considérablement le coût par transaction et garantit la sécurité d'Ethereum. Cette technologie permet non seulement une plus grande capacité de transactions, mais ouvre également la porte à de nouvelles applications auparavant impraticables en raison des limitations on-chain.

L'interaction entre les preuves STARK et les solutions de couche 2 de Starknet, StarkEx et Starknet, illustre une approche globale de la mise à l'échelle d'Ethereum. Alors que StarkEx offre une mise à l'échelle spécifique à l'application, Starknet fournit une plate-forme sans autorisation pour le déploiement de contrats intelligents. Les deux tirent parti de la scalabilité et de la sécurité des preuves STARK, mais répondent à des besoins différents au sein de l'écosystème blockchain.

En relevant les défis critiques de la scalabilité, de la confidentialité et de l'efficacité, les preuves STARK représentent un composant fondamental de la mission de Starknet visant à améliorer le réseau Ethereum. Leur mise en œuvre au sein de l'architecture de Starknet souligne une avancée significative dans la quête d'une infrastructure blockchain plus évolutive et accessible.

Introduction au Caire

Cairo, un langage de programmation spécifiquement conçu pour Starknet, marque un saut significatif dans le développement de la technologie blockchain. Contrairement aux langages de programmation traditionnels optimisés pour le matériel physique, Cairo est adapté à une CPU virtuelle, ses principes de conception étant ancrés dans des contraintes cryptographiques plutôt que physiques. Cette orientation permet à Cairo de gérer efficacement des calculs complexes et de générer des preuves vérifiables de leur exactitude, une fonction cruciale pour l'exécution d'opérations sur des machines non fiables tout en garantissant une vérification rapide et économique sur des machines fiables.

Le Caire signifie “CAlculus of IRrational Operations,” reflétant sa capacité unique à effectuer des calculs d'une manière à la fois évolutive et prouvablement correcte. Il représente un langage de haut niveau qui se compile en Sierra, une représentation intermédiaire, qui se compile à son tour en un sous-ensemble sûr de l’Assemblée du Caire (CASM). L'évolution de Cairo 0 à Cairo 1, avec l'introduction de Sierra, vise à garantir que tout CASM généré est prouvablement correct, même en cas d'échec de calcul.

Ce que le Caire permet

L'architecture du Caire permet l'exécution de calculs fiables sur des machines non fiables. Une application cruciale du Caire se trouve dans Starknet, une solution de scalabilité de couche 2 construite sur Ethereum. Starknet utilise le Caire pour permettre à un nœud, le prouveur, d'exécuter des programmes et de générer des preuves cryptographiques de correction. Ces preuves sont ensuite vérifiées par un contrat intelligent Ethereum, réduisant considérablement la charge de calcul et les coûts associés à l'exécution directe sur Ethereum. Ce mécanisme améliore le débit et réduit les frais de transaction tout en maintenant le niveau de sécurité d'Ethereum.

Particularités du Caire

Le Caire se distingue des langages de programmation conventionnels à plusieurs égards, notamment en termes de surcoût d'exécution et d'avantages. L'exécution par le prouveur reflète celle d'autres langages, bien que avec un surcoût de performance en raison de la nature virtualisée du Caire. Cependant, ce surcoût n'est pas la principale préoccupation en matière d'optimisation. La vérification des preuves générées, effectuée par le vérificateur, est optimisée pour l'efficacité des coûts, en exploitant la non-déterminisme parmi d'autres fonctionnalités pour améliorer les performances. Par exemple, trier un tableau en Caire est aussi rentable que simplement le copier car le vérificateur ne vérifie que l'ordre trié au lieu d'effectuer l'opération de tri.

Une autre caractéristique déterminante du Caire est son modèle de mémoire immuable, qui pose des défis et des opportunités uniques pour les développeurs dans la gestion des données et l'optimisation des performances. Cette immuabilité nécessite une approche réfléchie de la gestion des structures de données et de l'utilisation de la mémoire.

Le Caire et les contrats intelligents

Cairo et Starknet offrent collectivement une plateforme puissante pour le développement et le déploiement de contrats intelligents. Contrairement aux contrats intelligents traditionnels, qui sont principalement axés sur les transactions financières, les capacités de Cairo s'étendent à un plus large éventail d'applications, notamment la DeFi, la tokenisation, les systèmes de vote, et plus encore. La conception du langage, optimisée pour les preuves cryptographiques, ouvre de nouvelles possibilités pour la construction d'applications décentralisées qui sont sécurisées, évolutives et efficaces.

Pour les développeurs et les passionnés désireux d'explorer Le Caire et ses applications au sein de Starknet, une multitude de ressources, y compris la documentation et les forums communautaires, sont disponibles pour faciliter l'apprentissage et le développement. La combinaison des caractéristiques uniques du Caire et des solutions de scalabilité de la couche 2 de Starknet promet de faire progresser la technologie de la blockchain et d'élargir ses cas d'utilisation au-delà des limites actuelles.

Pour approfondir Le Caire et son intégration avec Starknet, envisagez d'explorer le Documentation Starknetetles ressources de StarkWaresur le Caire.

Architecture de Starknet

Le séquenceur Starknet

Vidéo complète ici : https://www.youtube.com/watch?v=ZTomvlzta78

Le séquenceur Starknet est un composant essentiel de l’architecture de Starknet, jouant un rôle central dans l’amélioration de l’évolutivité et de l’efficacité du réseau par rapport à la solution de couche 1 d’Ethereum. En introduisant une nouvelle approche du traitement des transactions, le séquenceur augmente considérablement la capacité de Starknet à gérer les transactions à une échelle sans précédent.

Rôle et fonctionnalité du séquenceur Starknet

• Validation et exécution des transactions : Le séquenceur Starknet assume la tâche cruciale de valider et d'exécuter les transactions soumises au réseau Starknet. Il agit comme un gardien de portail, garantissant que seules les transactions valides, conformes aux règles de Starknet et aux exigences des contrats intelligents, sont traitées. Ce processus de validation empêche les transactions invalides ou malveillantes de surcharger le réseau et potentiellement d'affecter son intégrité.
• Regroupement des transactions en blocs: Une fois que les transactions sont validées, le Séquenceur les regroupe en blocs. Ce processus est analogue à la façon dont les transactions sont regroupées dans les réseaux de blockchain traditionnels, mais avec une efficacité accrue. En regroupant les transactions, le Séquenceur optimise le débit du réseau, permettant à Starknet de traiter un volume beaucoup plus important de transactions que la capacité actuelle d'Ethereum.
• Filtrage des transactions non réussies : Une fonction essentielle du Séquenceur est de filtrer les transactions qui échouent en raison d'erreurs ou du non-respect des conditions des contrats intelligents. Ce filtrage sélectif garantit que seules les transactions réussies sont incluses dans les blocs, simplifiant le processus de vérification et maintenant le débit élevé du réseau.
• Accélérer le traitement des transactions : L'introduction du Séquenceur Starknet marque un bond significatif en termes de vitesse de traitement des transactions par rapport à Ethereum. En validant, exécutant et regroupant efficacement les transactions, le Séquenceur réduit le temps global nécessaire pour finaliser les transactions. Cette efficacité est cruciale pour les applications qui exigent des temps de confirmation de transaction rapides, ouvrant de nouvelles possibilités pour les applications décentralisées en temps réel (dApps) sur Starknet.

Avantages par rapport à Ethereum

L'approche du séquenceur Starknet pour le traitement des transactions aborde plusieurs limitations clés de l'infrastructure de couche 1 actuelle d'Ethereum :

• Débit supérieur : En agrégeant les transactions en blocs et en tirant parti des capacités de mise à l'échelle de la couche 2 de Starknet, le Séquenceur atteint un débit qui dépasse largement les capacités natives d'Ethereum. Cette capacité accrue est cruciale pour soutenir un écosystème croissant de dApps sans encourir des coûts de gaz prohibitifs ou une congestion du réseau.
• Coûts de gaz réduits: L'efficacité du séquenceur se traduit également par des coûts de gaz plus bas pour les utilisateurs et les développeurs. Comme les transactions sont traitées de manière plus efficace, le réseau peut offrir des frais de transaction considérablement réduits, ce qui rend Starknet une plateforme attrayante pour le développement et le déploiement de dApps.
• Évolutivité améliorée : La capacité du séquenceur à filtrer les transactions infructueuses avant qu’elles ne soient traitées par le réseau plus large réduit la charge de calcul sur Starknet. Ce filtrage préemptif, combiné à l’efficacité du traitement par lots des transactions du séquenceur, améliore l’évolutivité du réseau, garantissant qu’il peut évoluer pour répondre à la demande croissante sans sacrifier les performances ou la sécurité.

En résumé, le Séquenceur Starknet est un élément fondamental de l'architecture de Starknet, offrant une solution évolutive, efficace et rentable pour le traitement des transactions. Sa conception aborde non seulement les principaux défis auxquels est confronté Ethereum, mais établit également une nouvelle norme pour le traitement des transactions dans les réseaux décentralisés.

Le prouveur Starknet

Vidéo complète ici : https://www.youtube.com/watch?v=UIkph7jT9Qo

Le Starknet Prover joue un rôle essentiel dans l’architecture de Starknet, assurant la sécurité et l’intégrité des transactions traitées sur le réseau. Ce composant tire parti de la puissance des preuves STARK, une pierre angulaire des améliorations de l’évolutivité et de l’efficacité de Starknet par rapport aux systèmes blockchain traditionnels. Ci-dessous, nous explorons les multiples responsabilités du Starknet Prover et comment il contribue à la performance du réseau.

Génération de preuves STARK pour la validité des transactions

Le principal rôle du prouveur Starknet est de générer des preuves STARK pour vérifier cryptographiquement la validité de toutes les transactions au sein d'un bloc. Ces preuves sont une forme sophistiquée de preuves de connaissance nulle qui permettent au réseau de confirmer l'exactitude et l'intégrité des transactions sans révéler les détails spécifiques des transactions. Ce processus garantit que même si les calculs sont effectués hors chaîne, leur exactitude est vérifiable sur chaîne, maintenant ainsi la nature sans confiance de la blockchain.

Création d'une trace d'exécution

Une trace d’exécution est créée par le Starknet Prover pour enregistrer les étapes séquentielles de l’exécution de la transaction. Cette trace sert de feuille de route détaillée du processus de calcul, documentant les états d’entrée, de sortie et intermédiaires de chaque opération. La trace d’exécution est essentielle pour comprendre le parcours de la transaction et constitue la base de la génération d’une preuve STARK, garantissant que le calcul adhère à la logique prédéfinie des contrats intelligents.

Générer une différence d'état

Suite à l'exécution des transactions, le vérificateur Starknet génère une "différence d'état". Cette différence reflète les changements dans l'état du système après la transaction, mettant en évidence la différence entre l'état du système avant et après le traitement des transactions. La différence d'état est cruciale pour mettre à jour l'état global du réseau de manière transparente, vérifiable et efficace, garantissant que tous les participants ont une vue cohérente du grand livre.

Utilisation de la randomisation dans la création de preuves STARK

Un aspect unique du fonctionnement du prouveur Starknet est son utilisation d'un processus de randomisation pour créer une preuve STARK à partir d'un sous-ensemble des données d'exécution étendues. Cette méthode améliore la sécurité et l'efficacité du processus de génération de preuves. En sélectionnant un sous-ensemble des données, le prouveur peut produire des preuves compactes, mais hautement sécurisées, qui réduisent considérablement la charge de calcul sur le réseau tout en assurant l'intégrité du processus de vérification.

Grâce à ces mécanismes, le Prover Starknet garantit que Starknet peut offrir un débit exponentiellement plus élevé et des coûts de transaction plus bas par rapport à la couche 1 d'Ethereum, sans compromettre la sécurité. La capacité du Prover à générer des preuves vérifiables et cryptographiquement sécurisées sous-tend la promesse de Starknet de faire évoluer la technologie de la blockchain pour une adoption généralisée et des applications complexes.

Le prouveur Starknet, avec son approche sophistiquée de génération et de vérification des preuves de transaction, incarne l'esprit innovant de Starknet, démontrant un grand pas en avant dans la rendant la technologie de la blockchain plus accessible, efficace et sécurisée pour les développeurs et les utilisateurs.