Starknet Technologie

STARK Proofs: Das Rückgrat der Skalierbarkeit von Starknet

STARK-Proofs sind eine zentrale Innovation. Diese skalierbaren, transparenten Informationen des Wissens wurden entwickelt, um die Skalierbarkeit der Blockchain durch eine effiziente Verifizierung von Berechnungen zu stärken. StarkWare, das Unternehmen hinter Starknet, hat die STARK-Technologie entwickelt und unterstreicht damit ihre Rolle beim Schutz der Integrität und Vertraulichkeit von Berechnungen auf Blockchains. Dieser kryptografische Ansatz ermöglicht es einem einzelnen Off-Chain-STARK-Prüfer, Berechnungen durchzuführen, wobei die Ergebnisse on-chain von einem STARK-Verifizierer verifiziert werden.
STARKs bringen mehrere wichtige Vorteile mit sich

• Zero-Knowledge: Die Technologie gewährleistet die Privatsphäre der Benutzer, indem sie die Eingaben, die bei den Off-Chain-Berechnungen verwendet werden, nicht offenlegt.
• Skalierbarkeit: Sie ermöglicht die Durchführung großer Berechnungen außerhalb der Kette, was die Kosten für die Überprüfung auf der Kette erheblich reduziert.
• Transparenz: Im Gegensatz zu anderen kryptografischen Beweisen benötigen STARKs kein vertrauenswürdiges Setup und vermeiden somit den sogenannten „giftigen Müll“.
• Argument of Knowledge: Beweise können nur von einem Beweiser generiert werden, der tatsächlich die Berechnung durchgeführt hat und so die Integrität des Prozesses gewährleistet

Im Kontext von Starknet erleichtern STARKs die Bündelung von Transaktionen und deren Überprüfung on-chain durch einen einzigen Nachweis, wodurch die Kosten pro Transaktion dramatisch gesenkt und die Sicherheit von Ethereum gewährleistet wird. Diese Technologie ermöglicht nicht nur eine höhere Transaktionsdurchsatz, sondern eröffnet auch neue Anwendungen, die aufgrund von on-chain Beschränkungen zuvor unpraktisch waren.

Die Wechselwirkung zwischen STARK-Beweisen und den Layer-2-Lösungen von Starknet, StarkEx und Starknet, zeigt einen umfassenden Ansatz zur Skalierung von Ethereum. Während StarkEx eine anwendungsspezifische Skalierung bietet, bietet Starknet eine permissionless Plattform zur Bereitstellung von Smart Contracts. Beide nutzen die Skalierbarkeit und Sicherheit von STARK-Beweisen, aber decken unterschiedliche Bedürfnisse innerhalb des Blockchain-Ökosystems ab.

Durch die Bewältigung der kritischen Herausforderungen der Skalierbarkeit, Privatsphäre und Effizienz stellen STARK-Beweise eine grundlegende Komponente der Mission von Starknet dar, das Ethereum-Netzwerk zu verbessern. Ihre Implementierung in der Architektur von Starknet unterstreicht einen bedeutenden Fortschritt in der Suche nach einer skalierbareren und zugänglicheren Blockchain-Infrastruktur.

Einführung in Kairo

Cairo, eine speziell für Starknet entwickelte Programmiersprache, markiert einen bedeutenden Fortschritt in der Entwicklung der Blockchain-Technologie. Im Gegensatz zu traditionellen Programmiersprachen, die für physische Hardware optimiert sind, ist Cairo für eine virtuelle CPU konzipiert, wobei die Designprinzipien in kryptografischen anstelle von physischen Einschränkungen verwurzelt sind. Diese Ausrichtung ermöglicht es Cairo, komplexe Berechnungen effizient zu verarbeiten und überprüfbare Beweise für ihre Korrektheit zu generieren, eine entscheidende Funktion für die Ausführung von Operationen auf nicht vertrauenswürdigen Maschinen und gleichzeitig schnelle und kostengünstige Überprüfung auf vertrauenswürdigen Maschinen.

Kairo steht für "CAlculus of IRrational Operations", was seine einzigartige Fähigkeit widerspiegelt, Berechnungen in einer Art und Weise durchzuführen, die sowohl skalierbar als auch nachweislich korrekt ist. Es repräsentiert eine höhere Sprache, die in Sierra, eine Zwischenrepräsentation, compiliert, die wiederum zu einem sicheren Teilsubset der Cairo Assembly (CASM) compiliert. Die Entwicklung von Cairo 0 zu Cairo 1, mit der Einführung von Sierra, zielt darauf ab sicherzustellen, dass jedes generierte CASM nachweislich korrekt ist, selbst bei Berechnungsfehlern.

Was Kairo ermöglicht

Die Architektur von Kairo ermöglicht die Durchführung vertrauenswürdiger Berechnungen auf nicht vertrauenswürdigen Maschinen. Eine entscheidende Anwendung von Kairo liegt in Starknet, einer Layer-2-Skalierungslösung, die auf Ethereum aufbaut. Starknet nutzt Kairo, um einem Knoten, dem Beweiser, die Ausführung von Programmen und die Erzeugung kryptografischer Beweise für die Korrektheit zu ermöglichen. Diese Beweise werden dann von einem Ethereum-Smart-Vertrag überprüft, was die Rechenlast und die Kosten im Zusammenhang mit der direkten Ausführung auf Ethereum erheblich reduziert. Dieser Mechanismus erhöht die Durchsatzleistung und senkt die Transaktionsgebühren, während das Sicherheitsniveau von Ethereum aufrechterhalten wird.

Besondere Merkmale von Kairo

Cairo unterscheidet sich in mehreren Aspekten von herkömmlichen Programmiersprachen, insbesondere in Bezug auf den Ausführungsaufwand und die Vorteile. Die Ausführung durch den Prüfer spiegelt die anderer Sprachen wider, wenn auch mit einem gewissen Leistungsaufwand aufgrund der virtualisierten Natur Kairos. Dieser Mehraufwand ist jedoch nicht das Hauptanliegen der Optimierung. Die Verifizierung der generierten Nachweise, die vom Verifizierer durchgeführt wird, ist auf Kosteneffizienz optimiert und nutzt unter anderem Nicht-Determinismus, um die Leistung zu verbessern. Zum Beispiel ist das Sortieren eines Arrays in Kairo genauso kostengünstig wie das bloße Kopieren, da der Verifizierer nur die sortierte Reihenfolge prüft, anstatt den Sortiervorgang durchzuführen.

Ein weiteres definierendes Merkmal von Cairo ist sein unveränderliches Speichermodell, das Entwickler vor einzigartige Herausforderungen und Möglichkeiten bei der Verwaltung von Daten und der Optimierung der Leistung stellt. Diese Unveränderlichkeit erfordert einen durchdachten Ansatz für die Verwaltung der Datenstruktur und die Speichernutzung.

Kairo und Smart Contracts

Cairo und Starknet bieten gemeinsam eine leistungsstarke Plattform für die Entwicklung und den Einsatz von Smart Contracts. Im Gegensatz zu herkömmlichen Smart Contracts, die sich in erster Linie auf Finanztransaktionen konzentrieren, erstrecken sich die Fähigkeiten von Cairo auf eine breitere Palette von Anwendungen, darunter DeFi, Tokenisierung, Abstimmungssysteme und mehr. Das Design der Sprache, das für kryptografische Beweise optimiert ist, eröffnet neue Möglichkeiten für die Erstellung dezentraler Anwendungen, die sicher, skalierbar und effizient sind.

Für Entwickler und Enthusiasten, die begierig sind, Kairo und dessen Anwendungen innerhalb von Starknet zu erkunden, stehen eine Vielzahl von Ressourcen zur Verfügung, einschließlich Dokumentation und Community-Foren, um das Lernen und die Entwicklung zu erleichtern. Die Kombination aus Cairös einzigartigen Funktionen und Starknets Layer 2 Skalierungslösungen verspricht, die Blockchain-Technologie voranzubringen und ihre Anwendungsfälle über die aktuellen Grenzen hinaus zu erweitern.

Um tiefer in Kairo und seine Integration mit Starknet einzutauchen, empfehlen wir die Erkundung des Starknet Dokumentation und StarkWare-Ressourcen über Kairo.

Architektur von Starknet

Der Starknet Sequenzer

Vollständiges Video hier: https://www.youtube.com/watch?v=ZTomvlzta78

Der Starknet Sequencer ist eine wichtige Komponente in der Architektur von Starknet und spielt eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der Skalierbarkeit und Effizienz des Netzwerks gegenüber der Layer-1-Lösung von Ethereum. Durch die Einführung eines neuartigen Ansatzes für die Transaktionsverarbeitung erhöht der Sequencer die Fähigkeit von Starknet, Transaktionen in einem noch nie dagewesenen Umfang abzuwickeln, erheblich.

Rolle und Funktionsweise des Starknet Sequencers

• Transaktionsvalidierung und -ausführung: Der Starknet Sequenzer übernimmt die entscheidende Aufgabe, Transaktionen zu validieren und auszuführen, die an das Starknet-Netzwerk übermittelt werden. Er fungiert als Gate.iokeeper und stellt sicher, dass nur gültige Transaktionen, die den Regeln von Starknet und den Anforderungen von Smart Contracts entsprechen, verarbeitet werden. Dieser Validierungsprozess verhindert, dass ungültige oder bösartige Transaktionen das Netzwerk verstopfen und seine Integrität beeinträchtigen.
• Gruppierung von Transaktionen in Blöcke: Sobald Transaktionen validiert sind, gruppiert der Sequenzer sie in Blöcke. Dieser Prozess ist analog dazu, wie Transaktionen in traditionellen Blockchain-Netzwerken gebündelt werden, jedoch mit verbesserter Effizienz. Durch die Gruppierung von Transaktionen optimiert der Sequenzer die Durchsatzrate des Netzwerks und ermöglicht es Starknet, ein wesentlich größeres Transaktionsvolumen als die aktuelle Kapazität von Ethereum zu verarbeiten.
• Filtern von nicht erfolgreichen Transaktionen: Eine wesentliche Funktion des Sequenzers besteht darin, Transaktionen herauszufiltern, die aufgrund von Fehlern oder mangelnder Einhaltung von Bedingungen des Smart Contracts fehlschlagen. Dieses selektive Filtern stellt sicher, dass nur erfolgreiche Transaktionen in die Blöcke aufgenommen werden, wodurch der Verifizierungsprozess optimiert und die hohe Durchsatzrate des Netzwerks aufrechterhalten wird.
• Beschleunigung der Transaktionsverarbeitung: Die Einführung des Starknet-Sequenzers bedeutet einen erheblichen Fortschritt in der Geschwindigkeit der Transaktionsverarbeitung im Vergleich zu Ethereum. Durch effiziente Validierung, Ausführung und Bündelung von Transaktionen reduziert der Sequenzer die insgesamt erforderliche Zeit zur Finalisierung von Transaktionen. Diese Effizienz ist entscheidend für Anwendungen, die schnelle Transaktionsbestätigungszeiten erfordern, und eröffnet neue Möglichkeiten für Echtzeit-dezentrale Anwendungen (dApps) auf Starknet.

Vorteile gegenüber Ethereum

Der Ansatz des Starknet Sequencers zur Transaktionsverarbeitung behebt mehrere wesentliche Einschränkungen der aktuellen Layer-1-Infrastruktur von Ethereum:

• Höhere Durchsatzleistung: Durch die Aggregation von Transaktionen in Blöcken und die Nutzung der Layer-2-Skalierungsfähigkeiten von Starknet erreicht der Sequenzer eine Durchsatzleistung, die die nativen Fähigkeiten von Ethereum bei weitem übertrifft. Diese erhöhte Kapazität ist entscheidend, um ein wachsendes Ökosystem von dApps zu unterstützen, ohne prohibitiv hohe Gasgebühren oder Netzwerküberlastung zu verursachen.
• Verringerte Gasgebühren: Die Effizienz des Sequencers führt auch zu niedrigeren Gasgebühren für Benutzer und Entwickler. Da Transaktionen effizienter verarbeitet werden, kann das Netzwerk deutlich reduzierte Transaktionsgebühren anbieten, was Starknet zu einer attraktiven Plattform für die Entwicklung und Bereitstellung von dApps macht.
• Verbesserte Skalierbarkeit: Die Fähigkeit des Sequencers, erfolglose Transaktionen herauszufiltern, bevor sie vom breiteren Netzwerk verarbeitet werden, reduziert die Rechenlast auf Starknet. Diese präventive Filterung in Kombination mit der effizienten Transaktionsbündelung des Sequencers verbessert die Skalierbarkeit des Netzwerks und stellt sicher, dass es wachsen kann, um die steigende Nachfrage aufzunehmen, ohne die Leistung oder Sicherheit zu beeinträchtigen.

Zusammenfassend ist der Starknet-Sequenzer ein grundlegendes Element der Architektur von Starknet, das eine skalierbare, effiziente und kostengünstige Lösung für die Verarbeitung von Transaktionen bietet. Sein Design adressiert nicht nur die wichtigsten Herausforderungen, mit denen Ethereum konfrontiert ist, sondern setzt auch einen neuen Standard für die Transaktionsverarbeitung in dezentralen Netzwerken.

Der Starknet-Beweiser

Vollständiges Video hier: https://www.youtube.com/watch?v=UIkph7jT9Qo

Der Starknet Prover spielt eine entscheidende Rolle in der Architektur von Starknet und gewährleistet die Sicherheit und Integrität von auf dem Netzwerk verarbeiteten Transaktionen. Dieses Komponente nutzt die Leistung von STARK-Proofs, einem Eckpfeiler der Skalierbarkeit und Effizienzverbesserungen von Starknet gegenüber herkömmlichen Blockchain-Systemen. Im Folgenden untersuchen wir die vielschichtigen Verantwortlichkeiten des Starknet Provers und wie er zur Leistung des Netzwerks beiträgt.

Generierung von STARK-Nachweisen für die Gültigkeit von Transaktionen

Die Hauptaufgabe des Starknet Proofs besteht darin, STARK-Beweise zu generieren, um die Gültigkeit aller Transaktionen innerhalb eines Blocks kryptografisch zu überprüfen. Bei diesen Beweisen handelt es sich um eine ausgeklügelte Form von Zero-Knowledge-Beweisen, die es dem Netzwerk ermöglichen, die Richtigkeit und Integrität von Transaktionen zu bestätigen, ohne die spezifischen Details der Transaktionen preiszugeben. Dieser Prozess stellt sicher, dass, obwohl die Berechnungen außerhalb der Kette durchgeführt werden, ihre Richtigkeit auf der Blockchain überprüfbar ist, wodurch die vertrauenswürdige Natur der Blockchain erhalten bleibt.

Erstellung eines Ausführungstrace

Ein Ausführungstrace wird vom Starknet Prover erstellt, um die sequentiellen Schritte der Transaktionsausführung aufzuzeichnen. Diese Ablaufverfolgung dient als detaillierte Roadmap des Berechnungsprozesses und dokumentiert die Eingabe-, Ausgabe- und Zwischenzustände jedes Vorgangs. Der Ausführungstrace ist entscheidend für das Verständnis des Weges der Transaktion und bildet die Grundlage für die Generierung eines STARK-Beweises, der sicherstellt, dass die Berechnung der vordefinierten Logik von Smart Contracts entspricht.

Erzeugen eines Zustandsunterschieds

Nach der Ausführung von Transaktionen generiert der Starknet-Beweiser eine „Zustandsdifferenz“. Diese Differenz spiegelt die Änderungen im Systemzustand nach der Transaktion wider und zeigt den Unterschied zwischen dem Systemzustand vor und nach der Verarbeitung der Transaktionen auf. Die Zustandsdifferenz ist entscheidend für die Aktualisierung des globalen Zustands des Netzwerks in einer transparenten, überprüfbaren und effizienten Weise, um sicherzustellen, dass alle Teilnehmer eine konsistente Sicht auf das Hauptbuch haben.

Verwendung von Zufallsprinzipien bei der Erstellung von STARK-Beweisen

Ein einzigartiger Aspekt des Betriebs des Starknet Provers ist die Verwendung eines Zufallsprozesses zur Erstellung eines STARK-Beweises aus einem Teil der erweiterten Ausführungsdaten. Diese Methode verbessert die Sicherheit und Effizienz des Beweisgenerierungsprozesses. Durch die Auswahl eines Teils der Daten kann der Beweiser kompakte, aber dennoch sehr sichere Beweise erstellen, die die Rechenlast im Netzwerk erheblich reduzieren, während die Integrität des Verifizierungsprozesses gewährleistet wird.

Durch diese Mechanismen stellt der Starknet Prover sicher, dass Starknet im Vergleich zu Layer 1 von Ethereum eine exponentiell größere Durchsatzleistung und niedrigere Transaktionskosten bieten kann, ohne die Sicherheit zu beeinträchtigen. Die Fähigkeit des Provers, überprüfbare, kryptographisch sichere Beweise zu generieren, bildet das Fundament für Starknets Versprechen, die Blockchain-Technologie für eine weit verbreitete Nutzung und komplexe Anwendungen zu skalieren.

Der Starknet-Prover verkörpert mit seinem ausgeklügelten Ansatz zur Generierung und Überprüfung von Transaktionsnachweisen den innovativen Geist von Starknet und zeigt einen großen Fortschritt bei der Zugänglichkeit, Effizienz und Sicherheit von Blockchain-Technologie für Entwickler und Nutzer gleichermaßen.