StarkEx é um mecanismo de escalabilidade de Camada 2 que está ativo na Ethereum Mainnet. A StarkWare desenvolveu o StarkEx, um mecanismo de escalabilidade para as exchanges de criptomoedas. O StarkEx permite que as exchanges ofereçam negociações não custodiais em grandes volumes com custos reduzidos e alta liquidez. O StarkEx atualmente suporta tokens ETH, ERC-20 e ERC-721, e pode facilmente suportar tokens em outras blockchains compatíveis com EVM.

O que é StarkEx?

StarkEx é uma estrutura que facilita o desenvolvimento de soluções de dimensionamento específicas de aplicativos e com permissão. StarkEx é um mecanismo escalável especificamente projetado para atender aos requisitos exclusivos de aplicativos, incluindo jogos e DeFi. StarkEx é o mecanismo de dimensionamento L2 Validium na rede principal do Ethereum que foi adaptado para acomodar Dapps específicos com permissão. Projetos como dYdX, ImmutableX, DeversiFi e numerosos outros colaboradores o utilizam para implantar suas ideias, principalmente para casos de uso de negociação. A maioria dos protocolos é construída neste L2 específico, que é responsável pela geração do volume de negociação real e pela execução de transações. StarkEx introduz negociação não custodial escalável para exchanges de criptomoedas usando a tecnologia de prova de conhecimento zero STARK.

Background do StarkEx

StarkEx é uma plataforma madura implantada na Ethereum Mainnet desde junho de 2020 e introduzida em um modelo de negócio SaaS. É um produto da Starkware, uma empresa de ZK-rollup fundada em 2018 por Eli Ben-Sasson, Michael Riabzev, Uri Kolodny e Alessandro Chiesa. Eli co-inventou STARK, FRI e Zerocash e é um cientista fundador do Zcash. Ele tem explorado criptografia e provas de conhecimento zero de integridade computacional desde que recebeu seu Ph.D. em Ciência da Computação Teórica pela Universidade Hebraica em 2001.

Uri Kolodny é um empreendedor em série que co-fundou muitas empresas de tecnologia, incluindo OmniGuide e Mondria. Michael co-fundou a StarkWare e desenvolveu e implementou o sistema zk-STARK para integridade computacional de conhecimento zero. Alessandro co-fundou a StarkWare, co-inventou o protocolo Zerocash e escreveu o Libsnark, a principal ferramenta de código aberto para provas concisas de conhecimento zero.

Starkware é um pioneiro em design de rollup baseado em conhecimento zero. Exemplos de aplicativos implantados no StarkEx incluem dYdX (negociação perpétua), Immutable e Sorare (criação e negociação de NFTs), DeversiFi (negociação spot) e Celer (agrupamento DeFi). Mais de 50 milhões de transações StarkEx foram resolvidas em testnets Ethereum públicos e privados antes da implantação da Mainnet.

Produtos Starkware: StarEx, StarkNet e ZK-STARK

STARKs (Scalable, Transparent Argument of Knowledge) é um sistema de prova que facilita a verificação e validação de computação. Ele permite o processamento de uma computação extensa, a geração de uma prova para a correção da computação e a subsequente verificação da prova em poucas etapas. A StarkWare oferece duas soluções para escalar o Ethereum com STARKs: StarkEx e Starknet.

StarkEx

StarkEx é uma solução de dimensionamento Ethereum específica do aplicativo destinada a reduzir custos e aumentar a velocidade das transações para dApps incorporados. A equipe StarkWare é responsável por administrar o StarkEx, que lançou sua mainnet em junho de 2020. O StarkEx melhora a eficiência do Ethereum ao consolidar várias transações em um único bloco. Ele utiliza uma tecnologia conhecida como rollup de conhecimento zero, que oferece evidências matemáticas de que as transações são legítimas. Dependendo dos requisitos específicos do aplicativo, o StarkEx pode realizar transações a uma taxa de 15.000 a 50.000 por segundo (tps).

StarkNet

A equipe da StarkWare também projetou o Starknet, que lançou sua mainnet alpha em novembro de 2021. Ao contrário do StarkEx, o Starknet está fora da supervisão da equipe da StarkWare. O Starknet é uma solução de escala descentralizada para a camada 2 do Ethereum que opera de forma análoga a redes públicas como o Ethereum sem permissão.

Usando a tecnologia de conhecimento zero (zk), Starknet aprimora a experiência do usuário no Ethereum e reduz os custos de utilidade. Ele emprega Cairo, uma linguagem de programação nativa. O suporte do protocolo para abstração de contas é um recurso notável. Essa função permite que os usuários administrem suas contas usando um contrato inteligente. O ecossistema Starknet atualmente possui um valor total bloqueado (TVL) de $251.95 milhões.

StarkEx e StarkNet

StarkEx e Starknet são ambas soluções de escalabilidade que são baseadas em STARK. Ambas oferecem escalabilidade, custos mínimos de gás e segurança; no entanto, seus padrões de interoperabilidade e requisitos operacionais diferem. StarkEx pode ser a solução ideal para uma aplicação principalmente autocontida e alinha-se com as APIs que StarkEx oferece. Starknet pode ser mais apropriado para um protocolo que exige interação síncrona com outros protocolos ou tem requisitos que excedem os de StarkEx.

Em contraste com o StarkEx, onde as aplicações são responsáveis por transmitir transações, os sequenciadores do Starknet agrupam transações e as enviam para serem processadas e verificadas. (Atualmente, a StarkWare é responsável por operar os sequenciadores do Starknet para descentralizá-los no futuro.) O Starknet suporta o modo de disponibilidade de dados de rollup, que implica escrever o estado do rollup no Ethereum em conjunto com as provas de STARK.

Recursos do StarkEx

A StarkEx oferece uma solução de escalabilidade que inclui alta taxa de transferência, baixas taxas de gás, segurança no nível Ethereum, auto custódia e integração rápida, entre outros recursos e benefícios. A StarkEx facilita a execução de qualquer lógica arbitrária por contratos inteligentes para casos de uso específicos, incluindo negociação e NFTs.

Disponibilidade de dados: Rollup, Validium

Essa funcionalidade executa transações fora da cadeia em uma sidechain, como StarkEx, em vez de execução na cadeia, como Rollups Otimistas, sob o protocolo Validium. O rollup ZK reduz o tempo de ponte entre L1 e L2 para minutos, ao contrário de uma semana, como no Rollup Otimista.

Volition

StarkEx não limita os usuários a uma opção específica de disponibilidade de dados, o que significa que os usuários podem escolher entre duas opções (Rollups ou Validium) para realizar transações adaptadas às suas exigências de segurança e taxas de gás.

Escala massiva

A chave para o potencial de dimensionamento substancial do StarkEx reside na alocação assimétrica de computação entre o Prover off-chain e o Verificador on-chain. O Prover off-chain lida com lotes extensos de transações e produz uma prova STARK. O verificador on-chain avalia a prova STARK por meio de uma série de procedimentos computacionais. Isso facilita o dimensionamento extenso off-chain, no qual executamos cálculos substanciais, cuja integridade é então mantida on-chain com requisitos mínimos de processamento.

Auto-guarda

StarkEx facilita aplicações descentralizadas auto custodiadas e utiliza métodos avançados de anti-censura para garantir que os ativos dos usuários permaneçam constantemente sob seu controle.

ZK-STARK

ZK-STARK significa Zero-Knowledge Scalable Transparent Argument of Knowledge. A StarkWare desenvolveu ZK-STARKs, que usam álgebra contemporânea e novas provas criptográficas para proteger a privacidade e integridade das computações em blockchain. ZK-STARKs permitem que blockchains enviem computações para um único provador off-chain STARK, que utiliza um Verificador STARK on-chain para verificar a integridade dessas computações.

Benefícios do ZK-STARK

ZK-STARKs fornecem benefícios únicos:

Escalável

ZK-STARKs demonstram geração e verificação mais rápidas de prova para tamanhos de testemunha maiores. A escalabilidade do zk-STARK depende de três fatores críticos:

• a complexidade do provador
• a complexidade do verificador
• a complexidade da comunicação

Essas dimensões e outros fatores determinam coletivamente a eficiência e o ritmo da operação do zk-STARK. Os recursos computacionais e o tempo necessários para o provador produzir uma prova são chamados de complexidade do provador. A complexidade do verificador é a quantidade de tempo e recursos computacionais necessários para o verificador validar a prova do provador. A complexidade da comunicação é a quantidade de dados trocados entre o provador e o verificador durante a verificação da prova. O ZK-STARK pretende ser simples em termos de comunicação.

Transparente

ZK-STARKs geram parâmetros públicos usando randomização publicamente verificável, o que reduz a dependência da centralização e aumenta a transparência. zkSTARK elimina a necessidade de uma fase de preparação confiável, empregando aleatoriedade publicamente verificável para gerar os parâmetros usados no sistema de prova. O sistema se torna mais transparente e a ausência de uma fase de configuração confiável em zkSTARK elimina o risco associado a participantes comprometidos.

Segurança Pós-Quântica

A computação quântica é um paradigma que utiliza os princípios da mecânica quântica para processar informações de uma maneira impossível para os computadores clássicos. Isso é conhecido como segurança pós-quântica. Essa propriedade permite que os computadores quânticos executem categorias específicas de cálculos de forma exponencialmente mais rápida do que os computadores clássicos. zkSTARKs são projetados para serem impenetráveis a ataques de computadores quânticos, que podem comprometer esquemas criptográficos específicos. zkSTARKs oferecem uma defesa mais eficaz contra a ameaça dos avanços da computação quântica.

O que é o token STRK?

STRK é o mecanismo para pagar taxas para possibilitar a operação da rede, manter e proteger a rede permitindo o staking para o consenso e decidindo sobre os valores e objetivos tecnológicos do Starknet votando em propostas de governança.

Inicialmente, as taxas do Starknet eram pagas apenas em Ether (ETH) pelo uso de STRK como taxa de transação. STRK e ETH são os métodos atuais de pagamento das taxas de transação de rede. O sequenciador receptor converte uma parte das taxas pagas em STRK para ETH para cobrir os custos de gás Ethereum L1. Esses custos devem ser pagos em ETH de acordo com as diretrizes do protocolo Ethereum.

Devido à introdução de mecanismos de staking, os usuários podem garantir seus tokens STRK para apoiar as operações de rede e receber recompensas. Para fornecer cobertura para fins de staking, é necessário fazer staking de STRK para certos serviços essenciais para a segurança e funcionalidade do Starknet. Múltiplos provedores para sequenciamento, provisão de disponibilidade de dados, serviços de prova STARK e consenso temporário L2 podem existir antes da finalidade L1.

Pode ser necessário um limite mínimo de suporte de tokens para propostas de melhoria do Starknet. A votação, seja direta ou por meio de delegação, será necessária para implementar alterações no protocolo que sejam críticas para sua segurança, funcionalidade e manutenção.

Captação de recursos e investidores

StarkNet tem 33 investidores, incluindo Sequoia Capital e Paradigm como os principais investidores. Outros investidores notáveis incluem Tiger Global, Greenoaks, Coatue, Multicoin Capital, Vitalik Buterin, ConsenSys e Polychain Capital. Até o momento, StarkNet arrecadou mais de $250 milhões. A empresa levantou $100 milhões em maio de 2022, aumentando sua avaliação para $8 bilhões de $2 bilhões. Sequoia Capital liderou a rodada, precedida por uma rodada de financiamento da Série C de $50 milhões liderada pela Alameda Research e Founders Fund em novembro de 2021. DVCV e Wing VC lideraram a rodada de financiamento da Série B da StarkNet em 24 de março de 2021, resultando em um investimento de $75 milhões. StarkNet garantiu $30 milhões na rodada da Série A em setembro de 2018, com Paradigm como o principal investidor.

Distribuição e Fornecimento

A StarkWare gerou inicialmente dez bilhões de tokens Starknet em maio de 2022, cunhados na blockchain em 30 de novembro de 2022. A distribuição dos dez bilhões de tokens que atualmente existem foi ou será feita da seguinte forma:

Todos os tokens alocados para investidores e contribuintes iniciais estão sujeitos ao seguinte cronograma de bloqueio, onde as porcentagens são baseadas no fornecimento total de tokens, para alinhar os incentivos de longo prazo com os interesses da comunidade Starknet:

• A partir de 15 de abril de 2024, até 0,64% (64 milhões de tokens) serão desbloqueados no dia 15 de cada mês até 15 de março de 2025, totalizando 7,68% (768 milhões de tokens).
• A partir de 15 de abril de 2025, até 1,27% (127 milhões de tokens) serão desbloqueados no dia 15 de cada mês até 15 de março de 2027, totalizando 30,48% (3,048 bilhões de tokens).

Como funciona o StarkEx?

StarkEx é um mecanismo escalável especialmente projetado para atender aos requisitos exclusivos de aplicativos, incluindo jogos e DeFi. Existem dois métodos distintos para implementar as soluções de camada dois: ZK-Rollup ou disponibilidade de dados Validium. Quando o StarkEx está no modo "rollup", o Ethereum é atualizado para refletir as alterações nos saldos dos usuários. Os dados são publicados no modo "validium" para o Comitê de Disponibilidade de Dados (DAC), um grupo de administradores confiáveis. Um componente externo e um componente on-chain compõem este sistema. O componente externo ou off-chain mantém o status, executa as transações e transmite a atualização do status para o componente on-chain. Além disso, esse componente é responsável pelo estado e ativos do sistema e pela transferência de confirmação. As seguintes são os procedimentos que o StarkEx emprega:

Validando

O operador (por exemplo, uma exchange) processa as transações do usuário transmitidas para o serviço StarkEx. O StarkEx valida as transações em duas etapas: validações sequenciais e validações paralelas sem estado, como intervalos de valores e formatação. A latência de resposta é de 100-200 milissegundos para até 1.000 transações enviadas em paralelo.

Após o gateway confirmar que a transação passou pela validação inicial, o usuário pode ter certeza de que a transação será executada e que ela está completa. Os usuários podem apresentar a transação como um todo na interface do aplicativo sem precisar esperar pela finalização na blockchain.

Batching

StarkEx valida e agrupa todas as transações de acordo com critérios mais intrincados. Como os antecedentes de uma transação frequentemente determinam sua validade, essa etapa de validação é sequencial, em vez de paralela. Cada transação validada é agrupada em um lote pelo serviço StarkEx, que atualiza os saldos pertinentes. A latência observável dessa fase de validação pode ser de alguns minutos ou até quatro horas, dependendo de quando a transação é inserida, no final ou no início da fila.

Gerando Prova

O serviço StarkEx gera uma prova STARK que atesta a validade das transações no lote e a transmite na cadeia após o agrupamento das transações.

Verificação on-chain

Um contrato inteligente de verificador on-chain recebe a prova STARK depois de gerar a prova da validade das transações pretendidas on-chain. Um compromisso com os novos estados de saldo é armazenado on-chain após a verificação da prova.

Aplicação StarkEx e Disponibilidade de Dados

StarkEx fornece aos desenvolvedores aplicativos para integrar seu próprio StarkEx com suas aplicações. StarkEx é utilizado por importantes players do setor, incluindo Sorare, Dydx, Immutable X, Opera e DeversiFi. Quando o desenvolvedor começa a trabalhar com StarkEx, ele recebe seu contrato L1 StarkEx e uma instância StarkEx na testnet. No entanto, os usuários devem estar cientes de que podem recuperar seus fundos a qualquer momento se o aplicativo não estiver funcionando corretamente e que eles têm controle sobre seus fundos.

À luz disso, StarkEx fornece duas abordagens distintas para implementar soluções de camada dois: ZK -Rollup ou disponibilidade de dados Validium. As aplicações StarkEx devem manter a disponibilidade constante dos dados do usuário para garantir autoguarda, redundância e ausência de confiança. A disponibilidade de dados garante que o estado armazenado nos cofres dos usuários esteja totalmente sincronizado com o estado mantido pela StarkEx, e a árvore de saldos completa está perpetuamente acessível, garantindo que os usuários possam verificar sua guarda de dinheiro se a StarkEx deixar de operar.

Modo de Disponibilidade de Dados

StarkEx acomoda os seguintes modos de disponibilidade de dados: ZK-Rollup e Validium, que StarkEx Perpetual e StarkEx Spot endossam. O modo Volition, que permite a utilização de ambas as vaults ZK-Rollup e Validium dentro da sua aplicação, permite aos usuários selecionar o intervalo de vault para cada ativo que possuem. Também permite o armazenamento de dados. No entanto, é menos popular do que a opção anterior, pois apenas o StarkEx Spot o suporta exclusivamente.

Rollups de Conhecimento Zero

Zero-knowledge rollups, ou ZK-rollups, empregam criptografia avançada e matemática denominada "provas de conhecimento zero" para autenticar a legitimidade de cada transação. ZK rollups são a solução de escalabilidade Ethereum favorita entre defensores de descentralização e segurança. StarkEx e zkSync exemplificam soluções de Camada 2 que empregam zero-knowledge rollups. No StarkEx ZK-Rollup, o programa Cairo garante que os dados necessários para reconstruir a árvore Merkle de saldos L2 sejam disseminados na cadeia como calldata.

Enquanto um ZK-rollup está acontecendo, o operador cria uma prova de validade (SNARK ou STARK) para a raiz do estado. Isso mostra ao contrato inteligente rollup na Ethereum que a raiz do estado recebida veio de um conjunto válido de transações. Isso torna impossível para o operador transmitir uma raiz de estado inválida. ZK-rollups empregam duas formas de provas de validade: SNARK e STARK. ZK Sync, Scroll e Polygon ZkEVM utilizam SNARKs, enquanto StarkNet e StarkEx empregam STARKS.

ZK-Rollup opera sem a necessidade de confiança. Todos os dados necessários para recuperar os fundos do usuário durante um evento de escape são acessíveis e transparentes na blockchain. Apesar dessa vantagem, a desvantagem desse modo é que cada cofre modificado no lote incorre em uma taxa de gás. Em lotes em que vários estados de cofre se alteram, o custo de um evento de atualização de estado se refere predominantemente à disponibilidade de dados, em vez de verificação de prova.

Validium

O modo alternativo de disponibilidade de dados é o Validium. Uma prova criptográfica verifica que o cálculo foi executado com precisão nesse modo de dados. Na utilização dos cofres Validium, os saldos dos usuários permanecem não divulgados na cadeia. Em vez disso, eles são enviados para várias entidades respeitáveis e confiáveis, como os membros do Comitê de Disponibilidade de Dados (DAC). Uma atualização de estado que reflete os saldos revisados de todas as contas dos clientes após o processamento em lote de transações é considerada genuína e aceita na cadeia apenas se um quórum de membros do comitê endossar a atualização de estado. Eles confirmam formalmente que conhecem todos os saldos de cofres atualizados e que os verificadores de disponibilidade têm autorizado o novo status.

Ao contrário dos ZK-rollups, que incorrem em taxas de gás, o pagamento pelos dados on-chain não é necessário. Durante a atualização do estado on-chain, a maior parte do gás é gasto na verificação de prova. Confidencialmente, as informações de saldo dos usuários são mantidas off-chain por um comitê de entidades confiáveis em vez de on-chain. A desvantagem dessa opção é que o uso de um DAC exige confiança nos membros do comitê.

Sobre o Comitê de Disponibilidade de Dados (apenas para Validium)

Um DAC é composto por um grupo de indivíduos ou organizações. Os membros do DAC se comprometem a fornecer redundância e ausência de confiança no armazenamento de dados para aplicativos alimentados por StarkEx, garantindo disponibilidade constante de dados. Os membros do DAC são terceiras partes autônomas que consentem em receber e reter cada atualização de estado em nome dos operadores. Um membro do DAC se compromete a publicar as atualizações de estado na cadeia se um operador (ou StarkWare) ficar offline, garantindo que os usuários possam acessar consistentemente seus fundos, o que é essencial para a auto-custódia. O DAC é composto pela Consensys, Chainstack, StarkWare e inúmeras outras entidades respeitadas.

Conclusão

StarkEx é uma coleção de ferramentas críticas que um projeto pode utilizar para alcançar computação off-chain com custo efetivo. A solução L2 oferece escalabilidade, preços reduzidos de gás e segurança, mas possui requisitos operacionais distintos e estruturas de interoperabilidade.