StarkEx是一個在以太坊主網上運行的第2層擴展引擎，由StarkWare開發，專為加密貨幣交易所設計。它使交易所能夠以更低的成本和更高的流動性，進行大量非託管交易。目前，StarkEx支持ETH、ERC-20和ERC-721代幣，並且能夠輕鬆適配其他兼容EVM的區塊鏈代幣。

StarkEx簡介

StarkEx是一個框架，旨在幫助開發特定應用和許可的擴展解決方案。它是一個可擴展的引擎，專門針對應用程序的獨特需求而設計，特別是在遊戲和去中心化金融（DeFi）領域。StarkEx是以太坊主網上的Validium第2層擴展引擎，專門為特定的許可Dapp進行了優化。像dYdX、ImmutableX、DeversiFi等項目都在使用StarkEx來實現他們的想法，主要集中在交易應用上。大多數協議都是基於這個特定的第2層構建的，它負責實際交易量的生成和交易的執行。StarkEx通過採用STARK零知識證明技術，為加密貨幣交易所提供了可擴展的非託管交易功能。

StarkEx背景

StarkEx是一個成熟的平臺，自2020年6月起在以太坊主網上運行，並採用了軟件即服務（SaaS）商業模式。它是Starkware的產品，這是一家成立於2018年的ZK-rollup公司，由Eli Ben-Sasson、Michael Riabzev、Uri Kolodny和Alessandro Chiesa創辦。Eli是STARK、FRI和Zerocash的共同發明人，也是Zcash的創始科學家。他自2001年在希伯來大學獲得理論計算機科學博士學位以來，一直致力於密碼學和零知識證明的研究。

Uri Kolodny是一位連續創業者，曾共同創辦多家科技公司，如OmniGuide和Mondria。Michael是StarkWare的共同創始人，負責開發和實施零知識計算完整性的zk-STARK系統。Alessandro同樣是StarkWare的共同創始人，參與發明Zerocash協議，並編寫了Libsnark，這是一個領先的開源零知識證明工具。

Starkware在零知識基礎的rollup設計領域處於領先地位。在StarkEx上部署的應用實例包括dYdX（永續交易）、Immutable和Sorare（NFT鑄造和交易）、DeversiFi（現貨交易）以及Celer（DeFi池）。在主網正式部署之前，StarkEx在公共和私有以太坊測試網上處理了超過5000萬筆交易。

Starkware產品：StarEx、StarkNet和 ZK-STARK

STARK（可擴展透明知識證明）是一種證明系統，旨在支持計算的驗證與確認。它能夠處理複雜的計算，生成計算結果的正確性證明，並在幾個步驟內完成證明的驗證。StarkWare提供兩種基於STARK的以太坊擴展解決方案：StarkEx和StarkNet。

StarkEx

StarkEx是一個專為特定應用設計的以太坊擴展解決方案，旨在降低成本並提高集成DApp的交易速度。StarkWare團隊負責StarkEx的管理，該平臺於2020年6月正式啟動主網。StarkEx通過將多個交易合併為一個區塊來提升以太坊的效率。它使用一種稱為零知識rollup的技術，提供數學證據以證明交易的有效性。根據具體應用的需求，StarkEx的交易處理速度可以達到每秒15,000到50,000筆交易（tps）。

StarkNet

StarkWare團隊還開發了StarkNet，該平臺於2021年11月推出了alpha主網。與StarkEx不同，StarkNet不在StarkWare團隊的直接監督之下。StarkNet是一個去中心化的以太坊二層擴展解決方案，類似於以太坊等公共網絡，且無需任何許可。

通過零知識（zk）技術，StarkNet改善了以太坊上的用戶體驗，並降低了使用成本。StarkNet使用一種名為Cairo的本地編程語言。該協議的一個重要特性是對賬戶抽象的支持，使用戶能夠通過智能合約來管理自己的賬戶。目前，StarkNet生態系統的總鎖定價值（TVL）為2.5195億美元。

StarkEx與StarkNet

StarkEx和StarkNet都是基於STARK技術的擴展解決方案。它們都提供可擴展性、低gas費用和安全性，但在互操作性模式和操作要求上有所不同。StarkEx可能更適合那些主要自包含的應用，並且與StarkEx提供的API兼容。而StarkNet則可能更適合需要與其他協議進行同步交互或其需求超出StarkEx的協議。

與StarkEx不同，在StarkEx中，應用程序負責發送交易，而在StarkNet中，排序器會批量處理交易並將其發送進行處理和驗證。（StarkWare目前負責運營StarkNet的排序器，以便未來實現去中心化。）StarkNet支持rollup數據可用性模式，即將rollup的狀態與STARK證明一起寫入以太坊。

StarkEx特性

StarkEx提供了一種擴展解決方案，具有高吞吐量、低gas費用、與以太坊相當的安全性、自我託管和快速集成等多種特性和優勢。StarkEx使得智能合約能夠為特定用例（如交易和NFT）執行任意邏輯。

數據可用性：Rollup與Validium

這一特性允許在側鏈（如StarkEx）上執行交易，而不是像樂觀Rollup那樣在鏈上執行，遵循Validium協議。ZK Rollup顯著縮短了L1和L2之間的橋接時間，從一週減少到幾分鐘。

Volition

StarkEx不限制用戶使用特定的數據可用性選項，用戶可以根據自己的安全需求和gas費用，在Rollups和Validium之間進行選擇，以進行定製化交易。

大規模擴展

StarkEx的巨大擴展潛力源於其離線證明者與鏈上驗證者之間的非對稱計算分配。離線證明者負責處理大量交易批次並生成STARK證明，而鏈上驗證者則通過一系列計算程序對STARK證明進行評估。這使得大規模的離線擴展成為可能，能夠執行大量計算，並在鏈上以最低的處理要求維護其完整性。

自我託管

StarkEx支持自我託管的去中心化應用，採用先進的反審查技術，確保用戶的資產始終掌握在他們自己手中。

ZK-STARK

ZK-STARK是“零知識可擴展透明知識論證”的縮寫。StarkWare開發了ZK-STARKs，利用現代代數和新型密碼學證明來保護區塊鏈計算的隱私與完整性。ZK-STARK允許區塊鏈將計算任務發送給一個單獨的離鏈STARK證明者，後者再通過鏈上的STARK驗證者來驗證這些計算的完整性。

ZK-STARK的優勢

ZK-STARK提供了一些獨特的優勢：

可擴展性

ZK-STARK在處理較大見證大小時，能夠更快地生成和驗證證明。zk-STARK的可擴展性依賴於三個關鍵因素：

• 證明者的複雜性
• 通信的複雜性

這些因素以及其他相關因素共同決定了zk-STARK的效率和運行速度。證明者生成證明所需的計算資源和時間被稱為證明者複雜性，而驗證者複雜性則是指驗證者驗證證明所需的時間和資源。通信複雜性則是指在證明驗證過程中，證明者和驗證者之間交換的數據量。ZK-STARK旨在簡化這一通信過程。

透明性

ZK-STARK通過公開可驗證的隨機化生成公共參數，減少了對中心化的依賴，提升了透明度。zk-STARK利用公開可驗證的隨機性生成證明系統所需的參數，從而消除了對可信準備階段的需求。這使得系統更加透明，同時也消除了因參與者被妥協而帶來的風險。

後量子安全

量子計算是一種利用量子力學原理來處理信息的全新範式，這種處理方式是經典計算機無法實現的，這被稱為後量子安全。量子計算機能夠以指數級速度執行某些特定類型的計算，遠超經典計算機的能力。zkSTARK被設計為能夠抵禦量子計算機的攻擊，這些攻擊可能會破壞某些密碼學方案，因此zkSTARK為應對量子計算技術的進步提供了更有效的防護。

STRK代幣是什麼？

STRK是用於支付費用的機制，支持網絡的運營、維護和安全，通過允許質押來實現共識，並通過投票治理Starknet的價值觀和技術目標。

最初，Starknet的費用僅通過以太幣（ETH）支付，STRK作為交易費使用。目前，STRK和ETH是網絡交易費用的支付方式。接收排序器會將部分以STRK支付的費用轉換為ETH，以覆蓋以太坊L1的gas費用，這些費用必須按照以太坊協議的規定以ETH支付。

隨著質押機制的引入，用戶可以質押他們的STRK代幣來支持網絡運營並獲得獎勵。為了確保質押的有效性，某些對Starknet的安全性和功能至關重要的服務需要質押STRK。在L1最終性之前，可能會有多個提供者負責排序、數據可用性、STARK證明服務和臨時L2共識。

為增強Starknet，可能需要設定最低的代幣支持閾值。投票，無論是直接投票還是通過委託，都是實施對協議的安全性、功能性和維護至關重要的變更所需的。

融資與投資者

StarkNet吸引了33位投資者，其中Sequoia Capital和Paradigm是主要投資者。其他知名投資者還包括Tiger Global、Greenoaks、Coatue、Multicoin Capital、Vitalik Buterin、ConsenSys和Polychain Capital。迄今為止，StarkNet已籌集超過2.5億美元。2022年5月，該公司成功融資1億美元，使其估值從20億美元提升至80億美元。Sequoia Capital主導了這一輪融資，而在2021年11月，Alameda Research和Founders Fund則主導了5000萬美元的C輪融資。2021年3月24日，DVCV和Wing VC主導了StarkNet的B輪融資，成功獲得7500萬美元的投資。StarkNet在2018年9月的A輪融資中獲得了3000萬美元，由Paradigm主導。

分配與供應

StarkWare於2022年5月首次生成了100億個Starknet代幣，並於2022年11月30日在區塊鏈上進行鑄造。目前存在的這100億個代幣的分配方式已經或計劃如下：

所有分配給投資者和早期貢獻者的代幣都將遵循以下鎖倉計劃，百分比是基於總代幣供應量，以確保長期激勵與Starknet社區的利益保持一致：

• 從2024年4月15日起，每個月的15日將解鎖最多0.64%（6400萬個代幣），直到2025年3月15日，總計解鎖7.68%（7.68億個代幣）。
• 從2025年4月15日起，每個月的15日將解鎖最多1.27%（1.27億個代幣），直到2027年3月15日，總計解鎖30.48%（30.48億個代幣）。

StarkEx的工作原理

StarkEx是一個專門設計的可擴展引擎，旨在滿足應用程序（如遊戲和去中心化金融（DeFi））的獨特需求。實現二層解決方案有兩種主要方式：ZK-Rollup和Validium數據可用性。當StarkEx處於“rollup模式”時，以太坊會更新以反映用戶餘額的變化。而數據則以“validium”模式發佈給數據可用性委員會（DAC），這是一個由可信管理者組成的團隊。該系統包括外部組件和鏈上組件。外部或鏈下組件負責維護狀態、執行交易，並將狀態更新傳輸到鏈上組件。此外，該組件還負責系統的狀態和資產管理以及確認轉移。StarkEx所採用的程序如下：

驗證

運營商（如交易所）負責處理髮送到StarkEx服務的用戶交易。StarkEx的交易驗證分為兩個階段：順序驗證和並行無狀態驗證，包括數值範圍和格式的檢查。對於最多1000個並行發送的交易，響應延遲通常為100-200毫秒。

一旦網關確認交易已通過初步驗證，用戶就可以放心地認為該交易將被執行，並且交易已完成。用戶可以在應用程序界面中整體展示該交易，而無需等待鏈上最終確認。

批處理

StarkEx會根據更復雜的標準對所有交易進行驗證和批處理。由於交易的前因常常決定其有效性，因此這個驗證階段是順序進行的，而不是並行的。每個經過驗證的交易會被StarkEx服務分組到一個批次中，並更新相關的餘額。這個驗證階段的可觀察延遲可能從幾分鐘到四小時不等，具體取決於交易被插入的時間，是在隊列的開始還是結束時。

生成證明

StarkEx服務會生成一個STARK證明，證明批次中交易的有效性，並在對交易進行批處理後將該證明上傳到鏈上。

鏈上驗證

鏈上驗證智能合約在鏈上生成交易有效性證明後，會接收STARK證明。驗證通過後，新的餘額狀態承諾將被存儲在鏈上。

StarkEx應用程序和數據可用性

StarkEx為開發者提供了將其StarkEx集成到應用程序中的工具。許多知名行業參與者（如Sorare、Dydx、Immutable X、Opera和DeversiFi）都在使用StarkEx。當開發者開始使用StarkEx時，他們將獲得自己的L1 StarkEx合約以及在測試網中的StarkEx實例。然而，用戶需要注意的是，如果應用程序出現問題，他們可以隨時取回自己的資金，並且他們對資金擁有控制權。

因此，StarkEx提供了兩種不同的實現二層解決方案的方法：ZK-Rollup或Validium數據可用性。StarkEx應用程序必須保持用戶數據的持續可用性，以確保自我保管、冗餘和無信任性。數據可用性確保存儲在用戶保管箱中的狀態與StarkEx維護的狀態完全同步，同時完整的餘額樹始終可供訪問，這樣用戶在StarkEx停止運營時可以驗證他們的資金保管情況。

數據可用性模式

StarkEx支持兩種數據可用性模式：ZK-Rollup和Validium，這兩種模式都得到了StarkEx Perpetual和StarkEx Spot的支持。Volition模式則允許在應用程序中同時使用ZK-Rollup和Validium保管箱，使用戶能夠為他們擁有的每種資產選擇適合的保管箱範圍，並支持數據存儲。不過，Volition模式的受歡迎程度不如前者，因為它僅由StarkEx Spot獨家支持。

零知識彙總

零知識彙總（ZK-Rollups）利用被稱為“零知識證明”的高級密碼學和數學技術來驗證每筆交易的有效性。ZK-rollups是去中心化和安全性倡導者最青睞的以太坊擴展解決方案。StarkEx和zkSync是採用零知識彙總的二層解決方案的代表。在StarkEx的ZK-Rollup中，Cairo程序確保重建L2餘額Merkle樹所需的數據作為calldata在鏈上進行傳播。

在ZK-rollup過程中，運營商會為狀態根生成有效性證明（SNARK或STARK）。這向以太坊上的彙總智能合約證明接收到的狀態根來自一組有效的交易，從而使運營商無法提交無效的狀態根。ZK-rollups使用兩種有效性證明：SNARK和STARK，ZK Sync、Scroll和Polygon ZkEVM使用SNARK，而StarkNet和StarkEx則使用STARK。

ZK-Rollup在無需信任的情況下運行，所有在逃逸事件中恢復用戶資金所需的數據都可以在區塊鏈上透明訪問。然而，這種模式的一個缺點是，每個在批處理中被修改的保管箱都會產生gas費用。在多個保管箱狀態發生變化的批次中，狀態更新事件的費用主要與數據可用性相關，而非證明驗證。

Validium

Validium是另一種數據可用性模式。在這種模式中，使用密碼學證明來確保計算的準確性。在Validium保管箱中，用戶的餘額不會在鏈上公開，而是發送給多個信譽良好且可靠的實體，例如數據可用性委員會（DAC）的成員。只有當委員會成員達到法定人數且支持該狀態更新時，反映所有客戶賬戶在交易批處理後更新的餘額狀態才會被視為有效並記錄在鏈上。他們會正式確認他們瞭解所有更新的保管箱餘額，並且可用性驗證者已經批准了新的狀態。

與需要支付gas費用的ZK-rollups不同，Validium在鏈上數據的支付是無需的。在鏈上狀態更新過程中，大部分gas費用用於證明的驗證。用戶的餘額信息由一個可信實體委員會在離鏈狀態下維護，而不是在鏈上。此選項的缺點在於，使用DAC需要對委員會成員的信任。

關於數據可用性委員會（僅限Validium）

數據可用性委員會（DAC）是由多個個人或組織組成的集體。DAC成員承諾為基於StarkEx的應用程序提供冗餘和無信任的數據存儲，以確保數據始終可用。DAC成員是獨立的第三方，他們同意代表運營商接收並保留每個狀態更新。如果運營商（或StarkWare）出現離線情況，DAC成員承諾將狀態更新發布到鏈上，確保用戶能夠持續訪問其資金，這對自我保管至關重要。DAC的成員包括Consensys、Chainstack、StarkWare及其他多個知名實體。

結論

StarkEx是一系列關鍵工具，項目可以利用這些工具實現高效的離鏈計算。該二層解決方案提供了良好的可擴展性、降低的gas費用和安全性，但也有其獨特的操作需求和互操作性框架。