StarkNet：發布性能路線圖，為改進TPS做好準備_STA

概要

●?L2不受與L1相同的吞吐量限制。這為L2ValidityRollup帶來更高的TPS。

●?StarkNet性能路線圖解決了系統中的一個關鍵元素：定序器。

●?我們在此展示性能改進的路線圖：

定序器并行化Cairo-VM的新Rust實現Rust中的定序器重新實現●?驗證者，可以處理比現在更多的事情。

介紹

大約一年前，StarkNet在主網發布。一開始，我們主要集中構建StarkNet功能性。目前，我們將重點轉移至通過一系列步驟提高性能，而這將有助于增強StarkNet體驗。

在這篇文章中，我們將解釋為什么廣泛的優化只適用于ValidityRollup，并分享我們在StarkNet上實施這些步驟的計劃。其中一些步驟已經在StarkNetAlpha0.10.2中實現，該版本于測試網和主網發布。但在我們討論解決方案之前，讓我們回顧一下區塊受限問題及其原因。

Axie Infinity Builders推出“Mavis Hub：Greenlight”計劃:金色財經報道，作為 Axie Infinity 構建者計劃的一部分，Sky Mavis 推出了 Mavis Hub：Greenlight。該計劃旨在培養 Axie 生態系統中的新游戲開發者，為他們提供一個與社區分享早期游戲版本的平臺。它還提供了額外的工具和潛在的資金來支持他們的游戲開發工作。Mavis Hub 還引入了投票系統，促進社區參與和在平臺上列出 Axie 游戲的競爭。[2023/8/9 21:33:31]

區塊空間限制：ValidityRollup與L1

在保持出塊時間不變的情況下，提高區塊鏈可擴展性和TPS的一種潛在方法是解決區塊限制。這將需要區塊生產者付出更多努力，需要更有效地實施這些組件。為此，我們現在將重點轉移到StarkNet定序器優化上，我們將在以下部分中對此進行更詳細的描述。

這里自然而然會出現一個問題。為什么定序器優化僅限于ValidityRollup，也就是說，為什么我們不能在L1上實現相同的改進并完全避免ValidityRollup的復雜性？在下一部分，我們將解釋兩者之間存在的根本區別，允許對不適用于L1的L2進行廣泛的優化。

觀點：加密行業目前缺乏與產品市場相匹配的應用程序:金色財經報道，Jason Yanowitz在Bell Curve播客提問，每個人都在建設基礎設施，沒有應用程序。Mike Ippolito回答，在基礎架構和應用程序之間有一個滯后期，你實際上需要良好的基礎架構來構建應用程序。Web3基礎設施與應用開發之間的關系類似于雞生蛋、蛋生雞的問題。要開發優秀的應用程序，就需要能支持這些應用程序的基礎設施。但歸根結底，基礎設施應該為應用程序服務。到目前為止，加密行業似乎還缺乏一樣東西，一種與產品市場相匹配的應用程序，以推動基礎設施的發展，但它即將到來。[2023/7/31 16:07:46]

為什么L1吞吐量有限？

不幸的是，解除對L1的區塊限制會遇到一個重大陷阱。通過提高區塊鏈的增長率，我們也增加了對全節點的需求，他們試圖跟上最新的狀態。由于L1全節點必須重新執行所有歷史記錄，區塊區間的大幅增加會給它們帶來巨大壓力，再次導致較弱的機器退出系統并將保留運行全節點的能力歸向足夠大的實體。最終，用戶將無法自己驗證狀態，以及以去信任方式參與網絡。

OSC：超過30%的加拿大人未來一年計劃購買加密貨幣:金色財經報道，加拿大安大略省證券委員會（OSC）首席執行官Grant Vingoe重申了該監管機構對加密貨幣的技術中立立場，同時表示許多加拿大人計劃在不久的將來成為HODLers。他說，股票和債券的監管基本原理同樣適用于加密貨幣，“絕大多數基于加密貨幣的實體”都屬于安大略省證券委員會的管轄范圍。監管機構主要認為比特幣（BTC）和以太坊（ETH）為商品，而“交易平臺與投資者達成的協議”則構成證券。

Vingoe說：“我們從自己的研究中得知（本月晚些時候公布），超過30%的加拿大人未來一年計劃購買加密資產。禁止不合規的公司在加拿大提供服務是一個挑戰。以有限的預算和有限的執法工作人員來覆蓋我們的整個資本市場，我們能做的只有這么多。但我們正在取得進展。”（Cointelegraph）[2022/10/7 18:41:32]

這讓我們明白L1吞吐量應該受到限制，以維護一個真正去中心化和安全的系統。

Exberry和Velmie向加密交易所提供企業軟件:金色財經報道，交易所技術和市場先驅Exberry與數字核心銀行平臺Velmie合作，為加密貨幣交易所和交易平臺提供尖端和全面的技術。兩家公司已經建立了一個尖端技術解決方案，支持高端加密交易平臺，這些平臺需要可擴展且靈活的環境，這些環境需要輕量且快速地部署、云原生并以 SaaS 模式交付。[2022/8/17 12:31:44]

為什么相同的問題不會影響ValidityRollup？

只有從全節點的角度考慮，我們才能看到ValidityRollup所提供的真正力量。L1全節點需要重新執行整個交易歷史，以確保當前狀態的正確性。StarkNet節點只需要驗證STARK證明，而該驗證所占用的計算資源量呈指數級下降。特別是，從頭開始同步不一定涉及執行；一個節點可能會從其對等節點接收到當前狀態的轉儲，并且只能通過STARK證明來驗證該狀態是否有效。這使我們能夠在不增加全節點要求的情況下增加網絡的吞吐量。

老虎全球管理基金今年累計損失達到52%:6月2日，市場消息：老虎全球管理基金今年累計損失達到52%。 （金十）[2022/6/2 3:59:15]

因此，我們得出結論，L2定序器會對整個優化范圍帶來影響，但這在L1上是不可能的。

未來的性能路線圖

在接下來的部分中，我們將討論目前哪些計劃用于StarkNet定序器。

定序器并行化

我們路線圖的第一步是將并行化引入交易執行。這是在昨天在主網上發布的StarkNetalpha0.10.2中引入的。我們現在深入了解什么是并行化。

那么“交易并行化”是什么意思？并行執行一個交易塊是不可能的，因為不同的交易可能是相互依賴的。這在以下示例中進行了說明。一個包含來自同一用戶的三筆交易的區塊：

●?交易A：將USDC換成ETH

●?交易B：為NFT支付ETH

●?交易C：USDT換BTC

顯然，TxA必須在TxB之前發生，但TxC完全獨立于兩者并且可以并行執行。如果每筆交易需要1秒來執行，那么通過引入并行化，出塊時間可以從3秒減少到2秒。

問題的癥結在于我們事先并不知道交易的依賴關系。實際上，只有當我們從示例中執行事務B時，我們才能看到它依賴于事務A所做的更改。進一步說，這一依賴性源于事務B從事務A寫入的存儲單元中讀取這一事實。我們可以將交易畫成一個依賴圖，其中存在從交易A執行至交易B，當且僅當A寫入一個由B讀取的存儲單元，因此必須在B之前執行。下圖顯示了依賴圖的示例：

在上面的示例中，每一列都可以并行執行，這是最佳安排。

為克服事先不知道依賴圖的事實，我們本著AptosLabs開發的BLOCK-STM的精神，將optimistic并行化引入到StarkNet定序器中。在該范式下，我們樂觀地嘗試并行運行事務并在發現沖突時重新執行。例如，我們可以并行執行圖1中的交易1-4，之后才發現Tx4依賴于Tx1。因此，它的執行是無用的。在這種情況下，我們將重新執行Tx4。https://malkhi.com/posts/2022/04/block-stm/

請注意，我們可以在optimistic并行化之上添加許多優化。例如，與其天真地等待每次執行結束，我們轉而可以在發現使它無效的依賴項時中止執行。

另一個例子是優化重新執行哪些交易的選擇。假設包含圖1中所有事務的塊被送入具有五個CPU內核的定序器。首先，我們嘗試并行執行交易1-5。如果完成順序是Tx2，Tx3，Tx4，Tx1，最后是Tx5，那么只有在Tx4已經執行完之后，我們才會發現依賴Tx1→Tx4——說明應該重新執行。天真地，我們可能也想重新執行Tx5，因為考慮到Tx4的新執行，它的行為可能會有所不同。然而，我們可以遍歷由執行已經終止的交易構建的依賴圖，只重新執行依賴于Tx4的交易，而不是僅僅重新執行現在無效的Tx4之后的所有交易。

Cairo-VM的新Rust實現

StarkNet中的智能合約是在Cairo中編寫的，并在Cairo-VM中執行，該規范出現在Cairo白皮書中。目前，定序器正在使用Cairo-VM的python實現。為優化VM實現性能，我們發起使用Rust重寫VM的工作。感謝Lambdaclass的出色工作，他們現在是StarkNet生態系統中一個非常寶貴的團隊，這項工作很快就會取得成果。

VM的rust實現，cairo-rs，現在可以執行原生Cairo代碼。下一步是處理智能合約的執行，以及與pythonic定序器的集成。一旦與cairo-rs集成，定序器的性能有望顯著提高。

Rust中的定序器重新實現

我們從python到rust以提高性能的轉變不僅限于CairoVM。除了上述改進之外，我們還計劃用Rust從頭開始，重寫定序器。除了Rust的先天優勢之外，這還為序列器的其他優化提供了想象空間。舉幾個例子，我們可以享受cairo-rs的好處，而無需為python-rust通信支付費用，我們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，我們都沒有提到ValidityRollup中最知名的元素——證明者。可以想象，作為可以說是架構中最復雜的組件，它應該是瓶頸，因此也是優化的重點。有趣的是，現在StarkNet的瓶頸是更“標準”的組件。今天，特別是對于遞歸證明，我們可以將比測試網/主網上的當前流量更多的交易放入證明中。事實上，目前，StarkNet區塊與StarkEx交易一起得到證明，后者有時會產生數十萬NFT鑄造交易。

總結

并行化、Rust等——為即將到來的StarkNet版本中改進的TPS做好準備。

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