StarkNet性能路線圖：如何攻克排序器難題？_STA

原文：《StarkNetPerformanceRoadmap》

編譯：wesely

路線圖中的并行化、Rust等改進，都是為接下來StarkNet提升TPS所做的準備。

rollups的有效性不受限于L1的吞吐量，使得L2的TPS可以很高。

在StarkNet的性能路線圖中，解決了系統中的一個關鍵因素——排序器。

性能的改進主要有以下幾點：

排序器的并行化

為Cairo虛擬機提供Rust語境下的實現

在Rust語境下的排序器

證明者并不是瓶頸，他們可以處理比現在更多的東西。

簡介

大約一年前，StarkNetAlpha正式上線了以太坊主網，這時，我們將重心放在了功能的構建上，現在，我們決定將重點轉移到提高性能之上，并計劃通過一系列的步驟來提高StarkNet上的用戶體驗。

跨鏈橋Stargate與Metis集成，首次在LayerZero生態系統外擴展區塊鏈:1月19日消息，跨鏈橋 Stargate 宣布已與以太坊 Layer 擴展解決方案 Metis 完成集成，這是其首次在 LayerZero 生態系統之外擴展區塊鏈，Metis 用戶能在 LayerZero 支持的多個區塊鏈上探索 DeFi 應用，并為探索資金管理和收益策略的項目提供更大靈活性。數據顯示，Metis 鏈上資產規模已經達到約 9500 萬美元，僅次于 Arbitrum、Optimism 和 Loopring，是當前第四大 Layer 2 網絡。[2023/1/20 11:21:53]

在這篇文章中，我將解釋為什么有很多優化措施只適用于有效性匯總，并分享StarkNet實施這些措施的計劃和步驟，其中一些計劃已經在StarkNetAlpha0.10.2中實現，在討論具體的細節之前，讓我們先來回顧一下限制鏈上性能的原因。

區塊限制：ValidityRollups與L1

Cobo安全團隊詳解Stargate漏洞：可能導致偽造的交易receipt通過MPT驗證:3月29日消息，Cobo安全團隊撰文對Stargate跨鏈橋底層協議LayerZero的安全漏洞進行分析，稱原始漏洞代碼在進行MPT 驗證時，沒有限制pointer 在proofBytes 長度內，這個漏洞有可能讓攻擊者偽造hashRoot，導致偽造的交易receipt 可以通過MPT 驗證。最終可造成的后果是，在預言機完全可信的前提下，Relayer 仍可以單方面通過偽造receipt 數據的方式來實現對跨鏈協議的攻擊。

值得注意的是，此次爆出漏洞的代碼是LayerZero協議中最核心的MPT交易驗證部分的代碼，是整個LayerZero及上層協議（例如Stargate）正常運作的基石。Cobo安全團隊還表示，LayerZero項目的關鍵合約目前大都還被EOA控制，沒有采用多簽機制或者時間鎖機制。如果這些特權EOA的私鑰一旦泄漏，也可能會導致所有上層協議的資產受到影響。[2022/3/29 14:24:49]

提高區塊鏈可擴展性和TPS的方法之一是：在解除區塊的限制同時，保持區塊生成時間的不變。這需要區塊生產者提供更高效的服務，因此就需要更有效地執行這些組件，因此，我們將重點轉移到StarkNet排序器的優化之上，在下文會詳述具體內容。

馬克·扎克伯格：NFT即將登陸 Instagram:金色財經報道，據Engadget高級編輯Karissa Bell在推特上稱，Meta (FB) 首席執行官馬克·扎克伯格表示，我們正在努力在短期內將NFTs引入Instagram，不過，我還沒有準備好今天就宣布具體的內容”。此前消息，Meta正在制定計劃，讓Facebook和Instagram的會員都能在他們的資料中顯示NFT。（Coindesk）[2022/3/16 13:59:03]

這里會有一個問題，為什么對排序器的優化僅僅對ValidityRollups有效，換句話說，為什么我們不能在L1上以相同的方法改進，避免有效性匯總有復雜性？在下一節內容中，對這一問題將進行回答。

為什么L1吞吐量有限

如果L1的區塊限制被解除，會遇到一個很大的問題，因為鏈的高吞吐帶來了鏈上區塊的高增長率，為了確保不同的節點跟上最新的全鏈狀態，就需要增加了更多的全節點。又由于L1全節點必須記錄所有歷史記錄，區塊大小的大幅增加會給全節點運營者帶來巨大壓力，并導致部分全節點因為機器性能落后而退出系統，結果，能夠運營全節點的都是一些比較大的實體，最終就是用戶無法以無信任的姿態驗證狀態并參與網絡。

混合算法Stablecoin USDs正式上線Arbitrum:12月24日消息，Sperax推特宣布由Sperax開發的混合算法Stablecoin USDs正式上線Layer2解決方案 Arbitrum，用戶可通過SPA等Token在對應平臺鑄造USDs。

據悉，Sperax 正在為USDs集成Curve質押收益功能，令USDs持有者獲得相應收益。[2021/12/24 8:01:42]

這也讓我們明白，從某種意義上來說正是L1吞吐量的限制，成就了一個真正去中心化的和相對安全的網絡系統。

上述問題為什么不會出現在ValidityRollups之上？

只有在考慮全節點的問題時，我們才能看到有效性匯總的優勢。正常情況下，一個L1全節點需要重新執行整個鏈的歷史以確保當前狀態的正確性，而StarkNet節點只需要驗證STARK證明，而且這種驗證需要的計算資源呈指數級下降。重點是，鏈上全節點狀態的驗證同步沒有涉及到執行；一個節點可以從另一個全節點那里接受當前狀態的轉儲，只需通過STARK證明來驗證這個狀態是否有效即可。這讓我們在增加網絡的吞吐量的同時，不用增加全節點的數量。

Shadows Network將于3月2日在DuckStarter和Ignition進行雙平臺IDO:據官方消息，Shadows將于北京時間2021年3月2日22:00通過DuckStarter＆Ignition進行雙平臺IDO。

Shadows Network由RioFund投資，基于Substrate開發的DeFi合成資產發行協議，專注于將傳統金融資產映射合成上鏈。

Ignition是PAID Network的DEX產品，PAID Network是利用區塊鏈技術開發去中心化金融智能協議的波卡生態DApp，旨在讓商業活動的效率呈指數倍增加。

DuckStarter是DuckDAO的Token發行平臺，DuckDAO是一個由社區支持的區塊鏈孵化器平臺。[2021/3/2 18:06:51]

因此，在L2上，通過對排序器的優化可以對整個系統的性能進行提升，但這在L1上不能實現的。

StarkNet的未來性能路線圖

這一部分，我們將討論目前有哪些計劃用于對StarkNet排序器的優化。

排序器并行化

性能路線圖的第一步是為交易執行引入并行化。這個提議是在StarkNetalpha0.10.2中正式引入的，該版本于11月29日在以太坊主網上發布，我們現在來深入探討下什么是并行化。

一般來說，并行執行多個交易區塊是不可以的，因為不同的交易可能是相互依賴的。以下方示例中進行說明，我們假設有一個包含來自同一用戶的三筆交易的區塊：

TxA：將USDC兌換ETH

TxB：為某款NFT支付ETH費用

TxC：將USDT兌換BTC

顯然，交易A必須發生在交易B之前，但交易C完全獨立于兩者，是可以并行執行的。如果每個交易需要1秒執行，那么通過引入并行化處理之后，區塊生產時間可以從3秒減少到2秒。

問題的關鍵在于，我們事先并不知道不同交易之間的依賴性。在實踐中，只有當我們執行到示例中的TxB時，我們才會發現它是依賴于TxA所做的改變。更準確地說，這種依賴性源于TxB從TxA寫入的存儲單元中讀取這一動作。我們可以把不同的Tx看成是一個依賴圖，其中存在從交易A到交易B的一條邊，當且僅當A寫入一個由B讀取的存儲單元時，B才可能執行。下圖顯示了這種依賴之間的關系：

在上面的示例中，每一列都可以并行執行。

為了克服事先無法確定不同交易事件之間的依賴關系，我們根據AptosLabs推出的BLOCK-STM，將OP并行化引入到StarkNet排序器中。在這種模式下，會以樂觀地方式并行地處理事務，并在發現碰撞時重新執行。比如在上述示例圖中，我們可以并行執行TX1-4，但事后發現Tx4依賴于Tx1，因此這次執行是無效的，在這種情況下，將重新執行Tx4。

請注意，在上述這種樂觀并行化的基礎上我們也增加一些優化措施。例如，與其等待每個執行的結束，可以在發現一個使之運行結果無效的依賴關系時就中止執行。

另一個優化的例子是選擇哪些事務來重新執行。假設由上述示例圖的所有事務組成的區塊被送入一個擁有五核CPU的排序器。首先，我們嘗試并行執行tx1-5，如果完成的順序是Tx2、Tx3、Tx4、Tx1，最后是Tx5，那么我們將在Tx4已經執行后才發現依賴關系Tx1→Tx4，這表明它應該被重新執行。直觀地說，考慮到Tx4的重新執行，Tx5也需要重新執行，然而，我們可以遍歷由執行已經結束的事務構建的依賴圖，只重新執行依賴于Tx4的事務，而不是將失效Tx4之后的事務都重新執。

Rust語境下的Cairo-VM實現

StarkNet中的智能合約是通過Cairo語言編寫的，并在Cairo-VM虛擬機中執行。目前，排序器正在使用python語言在Cairo-VM上運行。為了優化虛擬機的實現性能，我們之前發起了用Rust重寫Cairo-VM虛擬機的工作。

目前，cairo-rs可以執行原生Cairo代碼，下一步是處理智能合約的執行和與pythonic排序器的集成，一旦與cairo-rs集成，排序器的性能有望進一步提高。

Rust語境下的排序器

通過python到rust的轉變以提高網絡性能，不僅限于Cairo-VM，StarkNet用Rust重寫了排序器相關的代碼。除了Rust的內部優勢之外，這還為排序器的其他優化提供了可能，比如，可以集合cairo-rs的優勢，而無需python-rust通信的開銷，也可以完全重新設計狀態的存儲和訪問方式。

證明者

在整篇文章中，沒有提到有效性匯總中核心元素之一——證明者。作為可以說是架構中最復雜的組件，證明者算是瓶頸，也是優化的重點。但現在，StarkNet的瓶頸是更加“標準”的組件，特別是對于遞歸證明，可以將當前測試網/主網上的更多交易放入證明中。事實上，StarkNet區塊與StarkEx交易一起得到有效的市場證明，后者有時會有數十萬NFT的鑄造事件。

總之，并行化、Rust等改進，都是為接下來StarkNet提升TPS所做的準備。

Tags：STASTARNETARKbitstamp交易平臺下載ASTAR價格Metaverse NetworkMochi.Market

Polygon