STARK 發(fā)展歷程，精神傳承，和未來之路

本篇博客內(nèi)容基于 StarkWare 聯(lián)合創(chuàng)始人兼執(zhí)行總裁 Eli Ben-Sasson 教授在以色列舉辦的 StarkWare 2023 大會(huì)上的演講。

成就如何實(shí)現(xiàn)的？

STARK 技術(shù)基于證明，更準(zhǔn)確地說是完整性證明。C.S.Lewis 教授曾將完整性定義為「即使無人監(jiān)督也會(huì)做正確的事情」。完整性是目標(biāo)，而證明則是達(dá)成目標(biāo)的方式。STARK 利用數(shù)學(xué)保證完整性，即使在無人監(jiān)督的情況下，也能確保計(jì)算能以正確的方式進(jìn)行。

László Babai、Lance Fortnow、Leonid Levin 和 Mario Szegedy 在 1991 年的一篇文章中提出，用一臺(tái)可靠的計(jì)算機(jī)去監(jiān)控一組不可靠的超級(jí)計(jì)算機(jī)。這種「概率可檢驗(yàn)證明」（Probabilistically Checkable Proofs，簡稱 PCP）技術(shù)利用數(shù)學(xué)來監(jiān)控和確保大型計(jì)算的完整性，下文將闡述它的運(yùn)行模式。

計(jì)算聲明可以轉(zhuǎn)化為數(shù)獨(dú)式的謎題，其約束條件通過各種方式交錯(cuò)重疊。每個(gè)聲明都會(huì)導(dǎo)致一個(gè)獨(dú)特的謎題，提出聲明的實(shí)體稱為證明器，它所提交的證明相當(dāng)于一個(gè)已填好的數(shù)獨(dú)題（如下圖所示）。正確聲明所提交的解決方案需要滿足與謎題相關(guān)的各種約束條件，而 PCP 最神奇的一個(gè)特點(diǎn)（也是在數(shù)學(xué)上最難確定的部分），即對(duì)于錯(cuò)誤的計(jì)算聲明，任何提交的解決方案都將違反至少 99% 的數(shù)獨(dú)謎題約束條件。驗(yàn)證器是一臺(tái)可靠但計(jì)算能力較弱的計(jì)算機(jī)，它知道需要解決的難題，以便證明一個(gè)聲明的真實(shí)性。但驗(yàn)證器不會(huì)完整讀取證明器提交的解決方案，而是會(huì)隨機(jī)「抽樣」一個(gè)約束條件，并檢查該條件是否被滿足，從而決定接受或拒絕該解決方案。鑒于真實(shí)聲明（滿足所有條件）和錯(cuò)誤聲明（無法滿足超過 1% 的條件）之間的明顯差異，可以利用統(tǒng)計(jì)和抽樣的原理來進(jìn)行驗(yàn)證。例如，驗(yàn)證器可以隨機(jī)抽取 6 個(gè)約束條件并檢查是否被滿足。這樣驗(yàn)證器就幾乎可以確定計(jì)算是否完整（出錯(cuò)概率控制在萬億分之一）。可擴(kuò)展性所需的最后一個(gè)神奇的特質(zhì)是，即使數(shù)獨(dú)謎題與計(jì)算中的步驟數(shù)量巨大，驗(yàn)證器也可以非?？焖俚爻闃印⒆x取并檢查隨機(jī)約束。事實(shí)上，這些所需的計(jì)算量遠(yuǎn)小于數(shù)獨(dú)謎題的大小！

走進(jìn) STARK

PCP 技術(shù)于 20 世紀(jì) 90 年代開發(fā)，而 STARK 是其調(diào)整版本。兩者的一個(gè)關(guān)鍵區(qū)別是，STARK 不是單純的生成和填寫數(shù)獨(dú)謎題，而是在生成數(shù)獨(dú)謎題和驗(yàn)證器填寫完成的過程中，重復(fù)了數(shù)次。然后驗(yàn)證器從這個(gè)多維數(shù)獨(dú)挑戰(zhàn)中抽樣一個(gè)約束條件，判斷并決定是否接受或拒絕該聲明。通過采用 STARK 技術(shù)，普通人也能檢查并確保一些大公司、壟斷企業(yè)或政府的正常運(yùn)作。

這里的重點(diǎn)是這項(xiàng)技術(shù)將來可以在哪些實(shí)際場(chǎng)景中應(yīng)用。在傳統(tǒng)的情況下，很難找到這樣一種情景：需要一臺(tái)可靠但計(jì)算能力低的電腦來監(jiān)控一組不可靠且不可信的超級(jí)電腦。我們?cè)谀睦锟梢哉业娇煽康牡陀?jì)算能力、每個(gè)人都信任的電腦情景呢？

走進(jìn)區(qū)塊鏈

一種超越加密學(xué)和計(jì)算機(jī)的創(chuàng)新范疇在 2008 年橫空出世：中本聰在 2008 年發(fā)表的《比特幣，一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的電子現(xiàn)金系統(tǒng)》論文徹底革新區(qū)塊鏈領(lǐng)域。

橫貫歷史進(jìn)程，交易曾經(jīng)采用現(xiàn)金對(duì)商品的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式，現(xiàn)如今交易則是依靠 Apple Pay、Visa、Swift 等中心化平臺(tái)完成。用戶需要信賴這些平臺(tái)會(huì)透明公開的處理交易。

比特幣消除對(duì)中間人的信任，恢復(fù)貨幣交易的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)本質(zhì)。以太坊進(jìn)而推動(dòng)該概念，允許構(gòu)建社會(huì)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的通用程序。

兩條創(chuàng)新技術(shù)路線不斷融會(huì)貫通。一方面，我們采用單個(gè)低計(jì)算但可靠的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模計(jì)算完整性的 PCP（STARK 技術(shù)）；另一方面，將區(qū)塊鏈作為高度可靠的計(jì)算機(jī)，依靠數(shù)學(xué)驗(yàn)證大規(guī)模計(jì)算。并深刻認(rèn)識(shí)到：區(qū)塊鏈和數(shù)學(xué)實(shí)現(xiàn)完整性的完美結(jié)合。

視頻：計(jì)算完整性 — 比特幣的應(yīng)用（ZCash 早期背景）

走進(jìn) StarkWare

在 2018 年 StarkWare 率先提出采用 SATRK 有效性證明解決以太坊可擴(kuò)展性難題。鏈下證明器和鏈上驗(yàn)證器計(jì)算差異，實(shí)現(xiàn)解鎖大規(guī)?？蓴U(kuò)展性。鏈下證明器處理批量交易并生成 STARK 證明，驗(yàn)證器則使用最小化計(jì)算檢查鏈上證明。支持在鏈下處理大規(guī)模計(jì)算的同時(shí)用最低費(fèi)用確保鏈上完整性。

從那以后，StarkWare 實(shí)現(xiàn)一個(gè)又一個(gè)里程碑：

• StarkEx，基于 SaaS 商業(yè)模型，自 2020 年 6 月起投入生產(chǎn)，成為以太坊上最大的 L2 規(guī)模。

• Cairo 誕生的原因：需要一種用于編寫程序的通用型（圖靈完備）編程語言，不僅滿足開發(fā)者安全性和高效性，還能為程序的執(zhí)行引入高效 STARK 證明。Cairo 作為最高效的有效性證明編程語言，它對(duì)可擴(kuò)展性的重要程度不言而喻。

• Starknet 類似于以太坊，是首個(gè)投入生產(chǎn)，允許編寫自定義邏輯的去中心化網(wǎng)絡(luò)。

STARK 的精神是什么？

• 腳踏黃土，面朝藍(lán)天：我們采用雙管齊下的方式。StarkWare 團(tuán)隊(duì)熱愛技術(shù)、數(shù)學(xué)、創(chuàng)新，深耕于產(chǎn)品精益求精。

• 卓越成就卓越：StarekWare 首要成就是其深厚的人才基礎(chǔ)。

• 卓越能容大度：我們歡迎并支持其他團(tuán)隊(duì)共同推動(dòng)以太坊或 STARK 極限。

• 「一人行速，眾人行遠(yuǎn)」：最初 StarkEx、Cairo 甚至 Starknet 都在內(nèi)部完成，快速邁開腳步。下一步，我們將努力實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開源和去中心化，致力于將 STARK 技術(shù)打造成公共產(chǎn)品。

https://twitter.com/EliBenSasson/status/1628129930591539228

未來之路

Starknet 生態(tài)建設(shè)快速擴(kuò)張，擁有約 1000 位開發(fā)者和超 400 個(gè) Github 代碼資源庫。

StarkWare 將貫徹「一人行速，眾人行遠(yuǎn)」主旨：

• 讓 Starknet 成為由 Starknet 基金會(huì)管理的無需許可、去中心化有效性擴(kuò)容方案。

• 專注于 Starknet 去中心化各類型組件，如證明器、排序器和治理。

對(duì) STARK 強(qiáng)大功能和可擴(kuò)展性感興趣的用戶，歡迎學(xué)習(xí)開源 Cairo 語言，體驗(yàn)編寫程序樂趣。