《L2 Summer 将至？一文掌握 StarkNet 技术原理及生态》
来源：
「Biteye」社区
1. Layer2 Summer 的前奏
Arbitrum 的 DeFi 生态已初具规模，其发放空投的决定更是让自身坐稳 Layer2 生态头把交椅。自发布空投规则到开启认领，Arbitrum One 的 TVL 已经占据整个 layer2 生态的 66.61%，活跃用户在两周内暴涨四十万。
（数据来源：https://l2beat.com/scaling/tvl）
（数据来源：https://dune.com/Henrystats/arbitrum-metrics）”>
曾经的 layer2 四大天王：Optimism、Arbitrum、zkSync、StarkNet，已仅剩后两者没有宣布空投。Optimism 和 Arbitrum 先后实践了生态积累 + 空投抢用户的打法，结果已经在 Layer2 生态的市场份额中得到体现。随着 Layer2 生态愈发成熟，加之 EIP-4844 将大幅降低 Rollup 费用，抢占用户将成为 Layer2 制胜的核心因素。在现行的市场格局下，留给 zkSync 和 StarkNet 抢占市场时间已经不多，项目间的竞争和用户的 fomo 带来的财富效应已经让 Layer2 Summer 呼之欲出。
（注：EIP-4844 是对以太坊网络的一次改进提案，有望将 Rollup 的开销降低 10-100 倍。它将向以太坊引入一种新的交易类型，这种交易类型可以携带短暂存在的被称为 blob 的数据。之前以 Calldata 形式存储的数据可用性可以改为由 blob 进行存储，而 blob 的存储成本比 calldata 便宜得多。在用户体验层面，用户最直观的感知就是 L2 费用大幅降低，这将为 L2 生态的爆发提供重要基础。）
作为 Layer2 四大天王中估值最高（母公司 StarWare 估值 80 亿美金）的项目，StarkNet 生态项目的含金量不用多说，从近期的交易活跃度就可见一斑。
StarkNet 已经于 2022 年 11 月 16 日宣布在以太坊主网上部署了其原生代币$STRK，用于投票、质押和支付费用，代币分配仍待决定。下文将介绍 StarkNet 及其生态内重点项目。如果对生态项目比较感兴趣的小伙伴可以直接阅读第三部分。
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（数据来源：https://l2beat.com/scaling/activity）”>
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2. StarkWare 介绍
2.1 项目概况
StarkNet 的母公司 StarkWare 成立于 2018 年, 总部位于以色列，两个主要产品为基于以太坊主网构建的扩容引擎 StarkEx 和 通用型 ZK-Rollup StarkNet。StarWare 技术团队已经在 ZKP 领域拥有十多年的研究与工程经验，于 2018 年率先提出采用 SATRK 有效性证明解决以太坊可扩展性难题，实现解锁大规模可扩展性。
StarkEx：为应用程序设计的二层可扩展性引擎，StarkEx 为每一个应用提供专门的 Rollup 技术服务，自 2020 年就已正式上线以太坊主网，相对成熟。目前基于 StarkEX 开发的项目有 Sorare、immutableX、dYdX、ApeX 等著名项目。
StarkNet：可以部署任意的智能合约的通用型 Rollup，无需为特定应用做定制开发。StarkNet 于 2021 年 11 月上线以太坊主网，目前有 50+项目上线主网，100+项目上线测试网。
StarkWare 在 7 轮融资中累计已获得 2.73 亿美元融资，2018 年 1 月完成 600 万美元种子轮融资，同年 7 月获得以太坊基金会的 1200 万美元赠款；2021 年 3 月份完成 Paradigm 领投的 7500 万 B 轮融资，同年 11 月份完成 5000 万美元 C 轮融资，投资方包括 Paradigm、Alameda Research、Three Arrows Capital 等；2022 年 5 月 25 日，StarkWare 以 80 亿美元估值完成 1 亿美元 D 轮融资，Greenoaks Capital、Coatue、Tiger Global 和其他参与者领投。
2.2 技术架构与其他
基于有效性证明的 zk-rollup 方案类似，StarkNet 与 StarkEx 也采用「链下计算-生成 zk 证明-链上验证」的形式来实现对以太坊的扩容。
但其通过独创的 zk-STARK 零知识证明算法、zk 友好的编程语言 Cairo、SHARP 共享验证器、多样化数据可用性来实现高交易处理速度、低成本等特性。
2.2.1 基于 STARK 的有效性证明
zk-STARK 由 StarkWare 的创始人 Eli Ben Sasson 在 2018 年的一篇论文中提出，其是 Zero-Knowledge Scalable Transparent Argument of Knowledge 的缩写，具有可拓展、透明等优良特性。
透明性：ZK-STARK 可以在没有公共参考字符串 (CRS：Common Reference String ) 的可信设置的情况下工作。相反，使用可公开验证的随机性来建立证明者和验证者之间的交互，这减少了用户的信任假设并提高了基于 STARK 的协议的安全性。
可拓展性：STARK 具有验证的对数压缩特性，可以实现更快的验证速度，即当证明一个命题需要的时间为 T 时，验证证明所需要的时间仅为 log(T)，该特性能让 STARK 通过递归来实现低成本与降低大型组合命题延迟等特性，实现可拓展。
（图片来源：https://medium.com/coinmonks/zk-starks-create-verifiable-trust-even-against-quantum-computers-dd9c6a2bb13d）
STARK 的优点也伴随着一系列权衡：
STARK 的证明尺寸比 SNARK 大，因此当 Layer2 交易量较低难以分摊证明成本时，就会出现较大的确认延迟，目前 StarkNet 的交易最终确认时间在 8 小时左右，原因就在于 StarkNet 目前交易量较低，需要收集足够的交易笔数才能均摊一次有效性证明的成本；同时 zk-STARK 需要配合 Cairo 来为交易生成有效性证明，对开发者有一定的学习门槛。
2.2.2 Cairo 编程语言
Cairo 为 StarkWare 团队于 2020 年发布的图灵完备编程语言，让不了解 STARK 的开发者也能够 Cairo 来使用 STARK 实现可验证计算。在现存的多数证明系统中，对于每一个业务逻辑，即每一次计算，都需要生成一组代表特定计算的多项式约束，其困难在于如何将多样化的智能合约的执行结果统一成可以验证的多项式方程。
通过 Cairo 编写的程序，可以将计算结果通过 STARK 证明器直接转化成可证明的多项式方程，由此让智能合约与零知识证明实现良好的兼容性。Cairo 是为 STARK 而生的编程语言，两者相结合可以最大程度释放 STARK 的潜力，但其与 EVM 生态的割裂一直是需要被解决的问题。EVM 兼容是各种 zk 扩容方案争抢的高地，StarkWare 团队也在为此努力。
2022 年 10 月末，StarkNet 便宣称使用 Cairo 开发出 ZK-EVM，同时以太坊客户端 Nethermind 正致力于开发 Solidity 到 Cairo 的编译器 Warp，以实现 StarkWare 对 EVM 的兼容性。团队宣称目前 Wrap 已经支持将 Uniswap V3 重写为 Cairo 代码。随着 StarkNet 真正投入生产环境，不同方案兼容性的实际效果将会得到检验。
2.2.3 SHARP 共享证明器
SHARP 即共享证明器 (SHARed Prover)，是 StarkEx 和 StarNet 生成零知识证明的 Prover。SHARP 可同时为 StarkEx 和 StarNet 生成有效性证明，因此可以聚合不同的 StarkEx 应用以及 StarkNet 上发生的交易，并在一个单一的 STARK 证明中证明，以此实现更快填满 STARK 证明的容量，从而提高交易处理速度和降低延迟。
递归证明是下一代前沿技术，不仅适用于一些硬编码逻辑，而且适用于通用计算。SHARP 与 STARK 结合后，能够让整个 StarkWare 生态内的交易良好实现递归的性质，带来极致的可拓展性。
2.2.4 多样化数据可用性
有效性证明的一般逻辑是「链下计算-生成 zk 证明-链上验证」，即用户在 Layer2 上发送交易->Sequencer 收集进行排序和执行，计算完成后的交易将递交 Prover->Prover 生成有效性证明，递交给主网上的 Verifier 合约->Verifier 合约对证明的有效性进行验证，若验证通过，则状态被主网确认。
数据可用性：在 Rollup 模式下，Prover 生成的证明被验证后，新状态获得有效性，状态的具体信息（如账本余额）将被写进主网，用户可以无需信任地基于被主网确认过的状态信息发起新的转账，因为主网有最新的用户余额，即数据可用性在链上。
实际上，主网消耗的 gas 成本大部分用于数据可用性的储存，而非验证证明，即主网拥有数据可用性将产生大量成本。因此 StarkNet 提出了将数据可用性转移到链下储存的方案 Validium，链上只保存被验证过的状态的哈希值。
该方案中，数据可用性由数据可用性委员会 (Data Availability Committee, DAC) 存储，该委员会由法定人数的独立成员组成，负责监督状态正确更新，并保留已处理数据的副本。当用户想要在新状态下提取 Layer2 资金时，需要 DAC 签名来提供具体的账本信息。Validium 能够大幅降低 Rollup 成本，但同时其牺牲了去中心化，适合用于非重要交易的数据可用性。
基于 Rollup 和 Validium 两种基础模式，StarkWare 还提供了 Volition 模式，让用户能够在交易层级从 Validium 和 Rollup 模式之间选择数据可用性的存储方式。用户可以在每个单笔交易中选择用 Validium 或 Rollup 模式进行保存。总结起来，StarkWare 提供的三种数据可用性（DA）模式可以让 dApp 和用户根据数据重要程度进行选择，团队称目前三种方式都已在生产中可用。但无论使用的哪一种 DA 模式，所有的交易有效性都会由 STARK 有效性证明保障。
Rollup：账本直接发布在区块链上
Validium：数据可用性协会 (DAC) 确保账本安全，只有哈希值保存在链上
Volition：应用程序让用户在发起每笔交易时都可以选择该笔交易的 DA 模式，Rollup 或 Validium
2.3 工作流程
2.3.1 StarkNet 工作流程
1. 用户发起交易，并将交易发送给 Squencer 进行验证、排序和执行，并打包批次。目前 StarkNet 系统中只有一个 StarkWare 官方掌握的 Sequencer，但 StarkWare 团队计划后续将 Squencer 去中心化；Squencer 通过 Cairo OS 来执行交易，扮演了 EVM 的角色。
2. Squencer 将执行交易的踪迹递交给 Prover，由 Prover 对计算完整性生成一个有效性证明。执行踪迹是生成 zkp 的核心，记录执行踪迹是 Cairo 语言的 zk 友好特性；这里的 Prover 也为 StarkEx 生成有效性证明，且可以聚合来自不同 StarkEx 应用和 StarkNet 的交易，实现共享。
3. Squencer 和 Prover 将有效性证明和全局状态变化发送给全节点进行记录。全节点基于 P2P 网络构建，负责记录整个 Layer2 网络的交易历史和以太坊主网上与 Layer2 相关的交易。
4. Prover 将有效性证明递交给主网上的 Verifier。Verifier 是部署在以太坊主网上的智能合约，负责收取并验证 Prover 提供的有效性证明。
5. Verifier 将验证过的结果发送至主网上的 StarkNet Core 合约进行记录和保存。StarkNet Core 合约部署在以太坊主网上，用于接收 Layer2 全局状态变化信息，包括状态哈希以及数据可用性；经过 Verifier 验证过的结果是一串状态哈希，由 Verifier 写入一笔新的 Layer1 交易，并传递给 Core 合约进行保存。
6. StarkNet Core 合约接收到验证结果（状态哈希）后，从 Layer2 接收「Call data」形式的数据可用性并保存。该数据会同步给 Layer2 的全节点进行解码，以保证全节点能够记录和重建 Layer2 的历史交易；在 Validium 方案中，StarkNet Core 合约不保存数据可用性，仅保存状态哈希。
（图片来源：https://david-barreto.com/starknets-architecture-review/#more-4602）
2.3.2 StarkEx 工作流程
1. 用户在应用内发起交互，由应用执行并生成交易，这些交易会被应用直接发送给 StarkEx 服务器。StarkEx 服务器是 StarkEx 为某应用定制的 Cairo 程序
2. StarkEx 服务器分批打包交易，并发送给 SHARP Prover，并生成有效性证明
3. Prover 将生成的有效性证明发送至链上的 Verifier 进行验证
4. 当验证通过后，Verifier 向 StarkEx 合约发送状态哈希；StarkEx 服务器将向主网上的 StarkEx 合约发送更新的整个状态在整个过程中，用户与应用的交互在链下进行，应用向 StarkEx 服务器发送交易的过程在链上进行。
（图片来源：https://docs.starkware.co/starkex/overview.html）
2.4 StarkNet 价值分析
StarkNet 是 StarkWare 推出的通用型 Layer2，其采取有效性证明方案来获得主网的安全性，在赛道上属于 zk-rollup。「zk-rollup 与 op-rollup 谁将占领未来」是一个老生常谈的话题，主流观点是 op-rollup 因为其技术实现难度小，EVM 兼容性好，将在短期占据主导地位；在长期，伴随着以太坊生态的进一步爆发，op-rollup 的交互式方案将会受到局限，zk-rollup 会凭借有效性证明的非交互性以及简洁性占据主导地位。
在 zk-rollup 的细分赛道中，StarkNet 并没有在火热的 zkEVM 方向上冲锋在前，而是通过 STARK+Cairo 开辟了一条新的道路，致力于将有效性证明技术发挥到极致，催生 StarkNet 原生的生态。
目前，整个 Web3 还并未实现 mass adoption，StarkNet 的生态也仅仅是初现雏形，交易量稀少让 StarkNet 难以积攒足够数量的交易来均摊有效性证明的成本，导致 StarkNet 的交易确认时间较长，无法发挥极致的可拓展性。
但随着 Web3 的渗透率逐步上升，StarkNet 会凭借其独特的技术优势承接大量用户与交易，为以太坊生态带来多样性的同时，让更多用户享受到良好的 Web3 体验。
3. 盘点 StarkNet 生态重点项目
StarkNet 官方显示：基于 StarkNet 部署并上线的项目有 100+个，其中 53 个已经上线主网，涵盖钱包、DID、跨链桥、DID、DeFi、NFT、Game 等多种项目类型。以下将选取重点类型中的重点项目进行介绍。更多项目可通过 StarkNet 生态列表自行了解。
3.1 钱包
3.1.1 Argent X
Argent X 是由 Argent 推出的 StarkNet 钱包，也是第一个支持 StarkNet 的钱包，其利用 StarkNet 原生的账户抽象特性来实现多重签名和无助记词特性，同时借助 StarkNet 优秀的性能实现更低的交易费用和更快的确认时间进行交易。
Argent X 的用户可以通过 ios 和谷歌插件两个方式使用 Argent。其内置的交换、质押、借贷等 DeFi 功能让用户能在钱包里完成 DeFi 的一站式操作。
Argent 还提供生物特征验证、守护者机制等功能让用户获得 web2 体验。Argent X 的合约安全性已经过 Trail of Bits, Solidified and G0 Group 三家审计公司的认证。
Argent 于 2022 年 4 月获得 4000 万美金的 B 轮融资，由 Fabric Ventures 和 Metaplanet 领投。
3.1.2 Bravvos
Bravvos 同样是一个运行在 StarkNet 上自托管账户抽象钱包。Bravvos 致力于提供提供无缝的 Web2.0 用户体验，可在 iOS、安卓以及多种浏览器上使用，同时消除了助记词，让用户能够恢复账户。
Bravvos 也计划提供类似质押、借贷等 DeFi 服务。Braavos 还支持账户分割，通过支持提现限制和提现延迟时间，将长期（高金额）储蓄和日常（低金额）消费分开，并让用户能够查看每笔交易的明细，实现精细化管理链上资金。
Bravvos 于 2022 年 10 月宣布完成 1000 万美金融资，由 Pantera Capital 领投。
3.2 跨链桥
3.2.1 StarkGate
StarkGate 是由 StarkWare 开发的以太坊 Starknet 官方跨链桥，帮助用户在以太坊和 StarkNet 间实现 ETH 和 ERC-20 代币的跨链交易。
StarkGate 与以太坊之间的桥接器通过 StarkNet 的消息传递机制进行通信，并基于 STARK 的计算压缩能力实现低成本交互。
3.2.2 Orbiter Finance
Orbiter Finance 是一个去中心化的跨 Rollup 桥，能够让用户在 ETH 主网、StarkNet、 zkSync、Loopring、Arbitrum、Optimism、Polygon、ZKSpace、Immutable X、dYdX、Metis、BNB Chain 和 Boba 之间进行资产跨链。
Orbiter 桥通过独特的做市商模式，让用户获得了手续费低、速度快等优秀体验，但其目前仅支持 ETH、USDC、USDT、DAI 四个币种的转账。
Orbiter 于 2022 年 11 月完成首轮融资，Tiger Global、Matrixport、A&T Capital、StarkWare、Cobo、imToken、Mask Network、Zonff Partners 等参投，融资金额未披露。此外，Vitalik 还曾向其捐赠 16 ETH。
3.3 DID
3.3.1 StarkNet ID
StarkNet.id 是 StarkNet 的域名服务（.stark），让用户免费铸造基于 StarkNet 的去中心化身份。用户还可以将任何数据附加到 Starknet 身份上，包括从 Web2 的社交媒体帐户到 Web3 的 ENS 域名等身份标签，团队后续计划推出配套 StarkNet 身份仪表盘和更多功能，让用户能够更容易管理和构建更加全面的去中心化身份系统。
根据数据显示，目前被铸造出的 StarkNet.id 的总量 148.05K，持有用户数 85.28K，地板价为 0.015eth 左右，总交易量 1.16eth（2023.3.26）。
3.3.2 WIW Protocol
WIW 是一个注重隐私保护的链上身份协议，能够根据用户链上行为生成对应标签，帮助用户构建身份系统，主要涵盖三个应用场景：
个人品牌打造：WIW 能够帮用户展示链上成就，打造链上简历，通过构建用户的链上信用来让用户获得潜在的空投和信用借贷机会
社交活动：WIW 对用户身份的精准分析能够让用户找到并加入匹配的社区、认识知趣相同的人
为建设者提供工具：WIW 的标签能够让建设者在不触及用户隐私的情况下分析用户，还能精准开展营销活动
3.4 DeFi
3.4.1 10KSwap
10KSwap 是部署在 StarkNet 上的第一个开源 AMM 协议，旨在利用 rollup 的性能为 AMM 协议的性能，为 L2 世界带来更低的费用、更少的摩擦以及更好的流动性。
目前 10KSwap 支持了 ETH、USDC、DAI、WBTC、USDT 五种代币间的 swap，与传统 swap 类似，用户也可以向 10Kswap 提供流动性来赚取做市收益。
目前，10Kswap 的流动性约为 120w 美金，日交易量约为 82.86w 美金（2023.3.26），仍然处于早期阶段。
3.4.2 Nostra
Nostra 是基于 StarkNet 部署的去中心化借贷协议，是 StarkNet 首款支持闪电贷的协议，也提供了 StarkNet 第一个原生稳定币$UNO。
Nostra 旨在构建 StarkNet 的流动性层，由三个产品组成：Nostra 货币市场、UNO、Nostra Swap：
Nostra 货币市场：是流动性层的核心产品，为用户提供类似 MakerDAO 的铸币借贷服务（铸造$UNO）；Nostra 还提供了抵押物风险隔离、智能清算等特性，让用户的借贷体验进一步提升，获得更好的资产安全性；货币市场还为 Nostra Swap 和 UNO 铸造者提供收益，助力整个流动性系统完成逻辑闭环
Nostra Swap：是 Nostra 系统中的稳定币交易平台，类似 Curve，用来支持 UNO 的挂钩和增长。用户可以在 Nostra Swap 上提供 LP 来获得交易费和货币市场的利息，也可以实现$UNO 和其他稳定币的兑换
UNO：是第一个 Starknet 原生稳定币，可由用户超额抵押进行铸造或在 Nostra Swap 兑换获得；$UNO 将用于各种支持场景中的使用，包括 DeFi、游戏、NFT、现实世界支付等。
3.4.3 ZKX
ZKX 是 StarkNet 上第一个具有自我托管和社区治理的永续期货交易平台。该协议旨在通过分散的节点网络和升级的交易体验提供进一步的可扩展性，并向 StarkNet 和以太坊上的任何用户提供永续掉期和衍生品。
ZKX 出台了一系列措施来鼓励用户进行交易，包括交易和质押赚取 USDC，提高交易量解锁 ZKX 高级功能等。
ZKX 于 2022 年 7 月宣布完成了 450 万美金种子轮融资，投资方包括 StarkWare、Alameda Research、Huobi、Amber Group 和 Crypto.com 等。
3.5 NFT
3.5.1 Aspect
Aspect 是 StarkNet 生态中首个 NFT 交易平台，于 2022 年 8 月推出，用户可以在该平台上铸造、上传和买卖 NFT。目前其交易量仍然较小，处于早期阶段。
3.5.2 Mint Square
Mint Square 是另一个基于 StarNet 上的 NFT 创作与交易平台，致力于为用户提供更便宜、更快确认速度的 NFT 交易体验，其同时也部署在 zkSync Era 上。目前其交易量略高于 Aspect，但也比较早期。
3.6 Game
3.6.1 cartridge.gg
StarkNet 上的链游集成平台，类似 Web2 中的 Steam 游戏商城。一方面，Cartridge 能够帮助用户筛选链游、与好友进行互动。另一方面，Cartridge 作为链游基础设施也能够结合 DID、钱包等，为玩家提供更加丰富的链上体验。
3.6.2 Briq
Briq 是构建在 StarkNet 上的 3D 方块构建 NFT 类型链游，允许任何人构建单独虚拟世界存储链上，用户可以使用 Briqs 建造 ERC-1155 标准的 NFT、构建链游。
目前 Briq NFT 的总铸造数量为 119.11K，持有用户数 98.43K，地板价约为 0.12eth，总交易量 98.57eth（2023.3.26）。
3.6.3 Influence
Influence 是一款沉浸式太空战略沙盒 MMO，项目代币 $SWAY。玩家拥有专属的小行星，通过操纵不同职业的船员，进行采矿、建筑、贸易、研究、战斗等。目前 Influence 已进行三轮有奖测试，正在持续积极开发中，发布日期尚未最终确定。
目前 Influence Asteroids 资产的总交易量微 1384eth，地板价 0.0349eth（2023.3.26）
3.6.4 lootrealmsLoot Realms
由游戏工作室 Bibliotheca DAO 开发，是一个大型多人、链上可组合的策略类游戏生态，代币 $LORDS。玩法类似于 Web2 的军事沙盘游戏，如 EVE、率土之滨等，玩家需要搭建可持续的经济系统来生产资源，还要通过构建军事力量保护与争抢资源。
LootRealms 游戏世界由 8000 个 Realms（领土）组成，目前 Realms 总交易量 6532eth，地板价 0.4799eth（2023.3.26）。
总结
StarkNet 凭借其强大的技术优势和资本加持，在 Layer2 方案中走出了独特的道路。其通过 STARK+Cairo 充分激发了有效性证明的潜力，在处理大量交易时能够相对其他方案更加游刃有余。
StarkNet 暂时放弃了良好的 EVM 兼容性，但这也意味着 StarkNet 能够摆脱 EVM 框架的束缚，获得更加灵活的开发体验，吸引多元化的开发者。
在长期来看，其更有潜力来承接生态的爆发，同时也将为以太坊生态带来多元化的特性。目前，StarkNet 的生态已经初现雏形，但仍处于早期阶段，这对用户来说也是不错的入局机会。
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