作者：echo_z，链茶馆
在以太坊的扩容路线中，ZKRollup一直被寄予厚望。由于ZKRollup能够生成极其简洁的证明，相比OptimisticRollup进一步压缩了链上存储需求，因此能够释放更大的链上空间。
按照V神的估算，ZKRollup理论上可以将主网TPS提升~100倍，这也远远强过能够提升TPS~20倍的分片方案。
来源：https://vitalik.ca/general/2021/01/05/rollup.html
ZK系Rollups有两大龙头项目，一是StarkWare，二是ZKSync。二者都有较强的技术能力，也在测试网上有不少生态项目，但由于分别采用了不同的ZKRollup技术，产品能力和进度上各有千秋。
其中，StarkWare有着更耀眼的资本背景：近期以80亿美元的估值完成1亿美元的D轮融资，位居四大主流Rollups项目之首。
主流L2项目一览，链茶馆制作
StarkWare为何能够如此受资本青睐，其技术能力可以实现怎样的扩容效果呢？链茶馆将在本文尝试解析StarkWare的架构和生态，理解其未来前景。
1.产品体系
StarkWare的产品体系分为两部分。
其一是作为ToB服务的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。
其二是作为通用L2的StarkNet，可以部署任意的智能合约、而不像StarkEx那样需要为特定应用做定制开发，StarkNet已于去年6月上线测试网、去年11月上线以太坊主网，但生态项目仍在测试网上运行。
二者所使用的底层技术是相通的，StarkEx相当于通过单个App中心化运营的方式提前使用了ZKRollup技术，而StarkNet则承担了建立节点网络的去中心化任务。
以下将会首先介绍StarkWare所采用的基础架构，以及在两种产品体系之下的执行差异；其次，将介绍除了ZKRollup之外，StarkWare有趣的创新点。
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1.1通用工作流
下图是StarkEx的工作流，和StarkNet相通，我们将以此为概要，梳理StarkWare的技术要点。
来源https://docs.starkware.co/starkex-v4/overview
1）Applications：用户向App发送交易请求，App将交易请求发送到StarkExService模块中。图中的「Executing」，不是很确定指的是什么，可能是指一些前端的处理或预处理。
2）StarkExService：这一模块会验证交易的有效性，如确认用户身份与资产是否相符、用户账户上是否有足够余额、该笔交易此前是否已经执行过等；确认过后，将会打包足量的有效交易，并运行Cairo程序来执行这些交易。
值得注意的是这其中的「Cairo」编程语言，这是StarkWare对于ZKRollup所面临的共同挑战的解决方案：在现存的多数证明系统中，必须首先将计算结果转化为一个特定域的多项式方程，而困难就在于，智能合约的执行结果有千千万，如何能够统一成可以验证的多项式方程。
StarkWare的一个重大贡献，就在于通过Cairo这一图灵完备的语言，将所有的智能合约计算结果转化成了可证明的多项式方程，由此让智能合约与ValidityProof相兼容。
在这一方面，ZKSync也用原创的方案做到了，但是与StarkWare各有取舍。StarkWare采用的证明系统是STARK，这是StarkWare团队所开创的证明系统，优点是在单位空间内能够证明的交易更多、且更安全；而ZKSync采用SNARK系统，是一个相对成熟的证明系统，优点在于更容易做到EVM兼容，ZKSync2.0也确实做到了EVM兼容。
V神：预测市场的结果解析层和市场层正在分离:V神在推特表示，预测市场正在分离：结果解析层（如果发生某些事件，给1美元的代币，没有发生返回0代币）与市场层（如何交易这些代币）分离。[2020/9/26]
StarkWare的原生Cairo语言对STARK证明系统非常友好，可以说是为了运用STARK证明系统而产生的语言，但随之而来的问题则是对开发者来说学习成本较高，现有的Eth生态难以直接迁移。为此，StarkWare正在与第三方团队Nethermind合作，开发Solidity到Cairo的编译器Warp。
3）SHARP：在Cairo程序执行完成后，结果将会发送到SHARP，即「共享验证者」。这也是StarkWare开发的一套程序，基于STARK证明系统，将Cairo程序的执行结果生成一个证明，并发送到L1上，由L1的矿工节点调用验证合约来做验证。
4）STARKVerifier和5）StarkExContract都是部署在L1的智能合约，前者负责验证SHARP提交的证明，后者负责存储更新的交易状态和其他必要信息。只有当L1的矿工节点运行Verifier、验证通过后，在StarkExService模块中提交的状态更新才会被L1接受，更新StarkExContract内存储的交易状态，由此完成交易。
总结来说，最核心的模块在于StarkExService和SHAPR中。StarkExService对交易进行有效性验证、打包、调用Cairo程序执行，随后提交到SHARP生产证明，最后再将证明提交到L1的智能合约，以供L1节点验证。
Cairo程序和SHARP证明体系构成了StarkWare的核心技术，整套技术基于StarkWare自创的STARK证明系统，具有证明量大且更安全的特性，但是为了适应STARK的Cairo语言不天然兼容EVM，对开发者有较高的学习成本。
那么，上述工作流中的环节，分别是由哪些角色来执行的呢？1.2和1.3小节将会对此详述。
1.2StarkEx架构及数据可用性
在StarkEx中，所有链下的工作，即包含交易打包、调用Cairo程序、生成证明，全部都由每个应用自己运行完成，是一个完全中心化的运营方式。此外，由于StarkEx是定制化的ToB服务，针对每个应用有专门的ZK电路，加强了运行性能，因此使用StarkEx引擎的项目能够做到非常高的TPS。
动态 | EOS疑似将推出基于EOS的HandShake DNS解析服务:EOS疑似将推出基于EOS 的 HandShake DNS解析服务，一位开发者的Github显示正在开发EOS-handshake服务。Cosmos社区总监Chjango Unchained4月30日发推表示发现EOS开发者正在复用 Handshake 的开源代码。EOS或许会加入域名解析服务，生态会进一步扩大。（IMEOS）[2019/4/30]
StarkEx还提供了两种数据可用性的模式：ZKRollup和Validium，供每个应用取舍。
数据可用性在区块链的场景中至关重要，指的是链上节点是否能够获取到每一笔交易执行的全部相关数据，如果只能获取到交易结果、而没有执行过程数据，那么这笔交易的有效性就无法在链上验证，而只要有任意单一笔交易的数据有效性有问题，那么整条链上的交易历史都存在隐患。多种Layer2所取舍的一个关键点，就是存放多少数据在链上，由此也形成了不同的安全性。
下图是四种主流L2模式，所对应的证明系统和数据可用性方案。可以看到，ZKRollup和Vailidium都采用有效性证明，区别在于完整数据放在链上还是链下。
来源：https://twitter.com/vitalikbuterin/status/1267455602764251138
在Validium模式下，只有更新后的状态会发送到L1上，L1节点无法通过链上数据复原完整交易历史。在这种模式下，交易的完整执行数据会由SHARP先发送给一个链下的「数据可用性委员会」，这是一个由ConsenSys、Infura、Nethermind、Cephalopod、Iqlusion和StarkWare共同组成的中心化的委员会，负责接受链下数据并做验证，随后将签名发送到L1上，L1上的节点通过验证签名来确认链上状态的更新。Validium模式牺牲了安全性来换取更节约的存储空间，用户使用的前提是信任该委员会。
而在ZKRollup模式下，除了新的状态外，还会将状态变化前后的区别一同发送到链上，L1节点利用链上数据就可以复原完整交易历史，实现了安全级别最高的Rollup。
动态 | 日本Catabira推出基于区块链的数据解析平台:据Prtimes消息，日本信息服务商Catabira宣布推出基于区块链的商业服务级数据解析平台Catabira Insights For Blockchain，将利用区块链技术不可篡改的特性保证调查数据的真实性。[2018/11/8]
目前采用StarkEx的四个项目中，只有dydx采用了ZKRollup的数据可用性模式，其余三个项目都采用Validium模式。
来源：https://l2beat.com/
??1.3StarkNet架构及成熟度
StarkNet相对于StarkEx最主要的架构变化，就在于链下工作从应用手中移交到了矿工手中。
链下工作包含两部分，一是StarkExService所承担的验证交易有效性、打包交易、调用Cairo程序执行的工作，在StarkNet中执行者为Sequencer；二是SHAPR所承担的生成证明的工作，在StarkNet中有独立的Prover。
Sequencer+Prover相当于ETH网络中的矿工，完成了从交易池中挑选交易、执行交易、生成证明的过程，由此也就生成了StarkNet上的区块。至于Sequencer和Prover的角色会合并还是分开，官方还没有给出方案。这里有个复杂的问题：Prover给出证明所需要的时间远远长于Sequencer生产区块所需要的时间，所以生成区块和生成证明之间会有一个长达数小时的时间差，如何利用分工来解决时间差问题，将会是个不小的难题。
来源：https://www.youtube.com/watch?v=wFZ_YIetK1o
作为通用L2，StarkNet的应用场景当然比StarkEx广泛，但是作为产品本身而言，成熟度还不够高。
其一，StarkNet的性能并不够好。这是由于，StarkNet要做的是ZK通用电路，而StarkEx做的是针对每个应用定制开发的电路，StarkNet处理的问题复杂度远远高于StarkEx。
官方没有公布过StarkNet的TPS数据，但是从区块浏览器来看，不论是在主网还是测试网上，大概只能实现每小时300~400笔或每分钟15笔交易，TPS仅为0.1~0.25。当然，这个数字可能也是由于用户量少造成的，但整体TPS不高应该是现状。
动态 | 浙江大学携手剑桥大学发布区块链生态深层解析报告:近期，浙江大学互联网金融研究院携手剑桥大学新兴金融研究中心发布区块链生态深层解析报告《Distributed Ledger Technology Systems-A Conceptual Framework》的中文版——《分布式账本技术系统:一个概念框架》。浙大AIF副院长杨小虎指出，该报告不仅阐明了如何识别DLT系统，分析和比较现有的DLT系统，还通过六个实例为新系统设计提供有用的借鉴。[2018/8/17]
来源：https://voyager.online/；https://goerli.voyager.online/
其二，StarkNet还没有做到去中心化。目前，Sequencer和Prover都由StarkWare官方团队运营，没有搭建好去中心化的矿工节点。不过在这一点上，其实Optimistic和Arbitrum也都是由中心化的Sequencer节点运营的，是L2所面临的共同问题。
官方在2月时发布过一篇博客，认为StarkNet目前已经实现了可用性，接下来分别要达到的目标是提升性能并实现去中心化，在性能这一方面，要在2022年的下半部分实现比ETH高一个数量级的TPS。
?1.4未来构想
除了基于STARK证明系统的扩容方案外，StarkWare还构想过不少其他创新，如跨L2的联合LP池：用户可以在多个L2的LP池中交换代币以增强流动性。不过这样做的代价是会增加无常损失的风险，未必是个理想的方案。
但是，StarkWare有一个设计构想，展现了一个很宏伟的未来：通过L3来实现分形分层。简单来说，即在StarkNet上用分形的设计层层构造ZKRollups，使得性能翻倍。而且据官方Medium，未来StarkEx也将会迁移到StarkNet上，作为一层L3服务其他协议。
来源：https://medium.com/starkware/dydx-now-on-mainnet-c21c84d8e342
如果Ln的分形分层设计真的能实现，那么TPS的提升将至少以百倍计算，甚至以太坊可能不再需要Sharding。当然，这一构想必定会面临诸多难题，比如L2生成证明就有延时，分层的延时是否会更严重、如何处理，以及每一层的安全性如何保障，等等。分形分层的实现，恐怕还比较遥远。
2.生态运营
在ToB服务侧，StarkEx提供的服务比较成熟，目前TVL~10亿美元，其中dYdX占95%以上。
来源：https://starkware.co/starkex/；https://l2beat.com/
在ToC服务L2这一侧，目前还没有TVL等数据，但是可以看到StarkWare具有很强的生态吸引力。官方收集了60多个正在搭建的项目，其中以Defi、Games和NFT为主。
来源：https://starkware.notion.site/Projects-Building-on-StarkNet-a33dee55778a4515a9be9bdae02ee682
值得注意的是，AAVE、Maker这两个知名项目，也将会部署到StarkNet。两周前，Maker已经上线了DAI在主网和StarkNet之间的转账，AAVE近期也在社区内公告，预期6月会完成第一阶段的部署，在StarkNet上线aTokens。
除了成熟的Defi项目外，新项目中较为知名的是Jediswap，声称可以实现0手续费的交易，Twiiter上已有~10k粉丝。
团队似乎也较为重视游戏开发，核心逻辑是认为StarkNet可以承载较大的计算量，对于开发优质游戏非常有利。目前，已经有相对复杂的游戏如@LootRealms、@TheDopeWars等正在筹备上线，也有相对简单的游戏已经可以使用，如@briqNFT，这是一个用户可以自由绘制像素图片并生成NFT的项目。
此外，生态中还包括StarkNet原生钱包ArgentX、将Solidity编译为Cairo语言的开发工具Warp等。
3.团队与融资
StarkWare是一个来自以色列的团队，有很强的学术和技术背景，核心团队以工程师居多，共有4位合伙人。
联创及主席EliBen-Sasson，于2001年获得希伯来大学理论计算机科学博士学位，专攻密码学和零知识证明。他是STARK证明系统的发明人之一，参与建立过多个加密项目，其中包括Zcash。在联合创立StarkWare之前，Eli曾在以色列理工学院担任计算机正教授。
联创及CEOUriKolodny，在希伯来大学获得计算机科学学士学位、在MITSloan获得MBA。Uri是位连续创业者，曾联合创办过多家科技公司，包括医疗器械公司OmniGuide、大数据可视化开发工具Mondria等。此前，Uri曾在两家以色列VC担任EIR，也做过麦肯锡分析师。
联创及首席架构师MichaelRiabzev博士，是EliBen-Sasson带的博士生，也是ZK-STARK协议的共同发明者。
最后一名联创，也是首席科学家AlessandroChiesa，和EliBen-Sasson联合创办了Zcash，在UCBerkeley计算机系任教。
StarkWare也有非常强的资本支撑。就在刚刚过去的5月，StarkWare宣布以80亿美元的估值获得了1亿美元D轮融资。截止目前，StarkWare已经累计获得2.73亿美元融资，投资方包括Coatue、GreenoaksCapital、Sequoia、Paradigm、3Arrows、AlamedaResearch、EthereumFoundation等等，不仅受到以太坊社区支持，也大受资本青睐。
4.优势与挑战
StarkWare具有非常明显的优势：
1）创始团队继承自Zcash，既有强大的学术和技术背景、又有成功的加密领域创业经验，是非常难得的明星团队；
2）扩容潜力大，基于STARK的证明系统能够最大化压缩链上信息，在这一点上超过了ZKSync和OP系选手，且核心技术均为自研，对技术的掌控能力强；
3）优秀的声誉也有利于生态建设，目前已经吸引到了AAVE、Maker这样的成熟项目部署，可见对开发者具有较强的号召力。
StarkWare面临的主要挑战包括：
1）没有做EVM兼容，对开发者的门槛较高，这也是相对于ZKSync的一个关键区别。在这一方面，第三方团队Nethermind正在开发Solidity到Cairo的编译器Warp，对于生态发展速度来说会是一个关键变量；
2）目前StarkNet上的Sequencer仍由团队进行中心化运营，如何在做到去中心化的同时保证安全，也将会是一个难题。这个问题也同样摆在Arbitrum、Optimism等相对成熟的L2项目面前，二者目前的Sequencer也都以中心化的方式运营；而对于StarkNet来说，除了负责挑选交易、产出区块的Sequencer角色外，还有负责生成证明的Prover角色，且后者相对前者会有延时，这一问题将会更棘手。
StarkWare还没有发币，就已经达到了80亿美元的高估值，相比之下Optimism目前FDV为~25亿美元，在熊市下不排除StarkWare币价出现倒挂的可能。这也许会让StarkWare对于发币更加审慎，毕竟团队不差钱，且对用户而言ZKRollup的手续费天然较低，财务问题不如OP系凸出。当然，对于二级市场的散户投资者而言，或许会创造一个不错的进入机会。
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