StarkEx é um mecanismo de escalabilidade Layer-2 que está ativo na rede principal Ethereum. A StarkWare desenvolveu o StarkEx, um mecanismo de escalabilidade para exchanges de criptomoedas. A StarkEx permite que as bolsas ofereçam negociação não custodial em grandes volumes com custos reduzidos e alta liquidez. Atualmente, o StarkEx suporta tokens ETH, ERC-20 e ERC-721, e pode facilmente suportar tokens em outros 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 Validium L2 na mainnet Ethereum que foi adaptado para acomodar Dapps específicos com permissão. Projetos como dYdX, ImmutableX, DeversiFi e numerosos outros colaboradores o utilizam para implementar suas ideias, principalmente para casos de uso de negociação. A maioria dos protocolos é construída nesse L2 específico, que é responsável pela geração de volume real de negociação e pela execução de transações. StarkEx introduz negociação não custodial escalável para bolsas de criptomoedas usando a tecnologia de prova de conhecimento zero STARK.

Antecedentes do StarkEx

StarkEx é uma plataforma madura implantada na Ethereum Mainnet desde junho de 2020 e introduzida num modelo de negócio SaaS. É um produto da Starkware, uma empresa 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 da Zcash. Ele tem estado a explorar a criptografia e provas de conhecimento zero de integridade computacional desde que obteve o seu doutoramento em Ciência da Computação Teórica pela Universidade Hebraica em 2001.

Uri Kolodny é um empreendedor em série que co-fundou muitas empresas tecnológicas, 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.

A Starkware é pioneira no design de rollup baseado em conhecimento-zero. Exemplos de aplicações implantadas no StarkEx incluem dYdX (negociação perpétua), Immutable e Sorare (criação e negociação de NFTs), DeversiFi (negociação à vista) e Celer (pooling DeFi). Mais de 50 milhões de transações StarkEx foram resolvidas em testnets Ethereum públicas e privadas 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 extensiva, a geração de uma prova para a corretude da computação e a subsequente verificação da prova em poucas etapas. A StarkWare oferece duas soluções para a escalabilidade do Ethereum com STARKs: StarkEx e Starknet.

StarkEx

StarkEx é uma solução de dimensionamento Ethereum específica para aplicativos destinada a reduzir custos e aumentar a velocidade das transações para dApps incorporados. A equipe da StarkWare é responsável pela administração do StarkEx, que lançou sua mainnet em junho de 2020. StarkEx melhora a eficiência do Ethereum consolidando inúmeras transações em um único bloco. Ele utiliza uma tecnologia conhecida como zero-knowledge rollup, 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 equipa da StarkWare também projetou o Starknet, que lançou a sua mainnet alfa em novembro de 2021. Ao contrário do StarkEx, o Starknet está fora da supervisão da equipa da StarkWare. O Starknet é uma solução de escala descentralizada para a camada 2 da Ethereum que opera de forma análoga às redes públicas, como a Ethereum, sem permissão.

Usando a tecnologia de conhecimento zero (zk), o Starknet melhora a experiência do usuário no Ethereum e reduz os custos de utilidade. Ele utiliza o Cairo, uma linguagem de programação nativa. O suporte do protocolo para abstração de conta é uma característica notável. Essa função permite que os usuários administrem suas contas utilizando 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 baseadas em STARK. Ambas oferecem escalabilidade, custos de gás mínimos e segurança; no entanto, os seus padrões de interoperabilidade e requisitos operacionais diferem. StarkEx pode ser a solução ótima para uma aplicação principalmente autocontida e alinha-se com as APIs que StarkEx oferece. Starknet pode ser mais apropriado para um protocolo que necessita de interação síncrona com outros protocolos ou tem requisitos que excedem os de StarkEx.

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

Funcionalidades do StarkEx

StarkEx oferece uma solução de escalabilidade que inclui alta taxa de transferência, taxas de gás baixas, segurança de nível Ethereum, auto custódia e integração rápida, entre outras características e benefícios. 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 função executa transações fora da cadeia em uma sidechain, como StarkEx, em vez de execução na cadeia, como Optimistic Rollups, sob o protocolo Validium. O ZK rollup reduz o tempo de interligação entre L1 e L2 para minutos, em oposição a uma semana, como no Optimistic Rollup.

Volition

A 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 necessidades de segurança e taxas de gás.

Escala Massiva

A chave para o potencial de escalabilidade substancial do StarkEx reside na alocação assimétrica de computação entre seu 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 uma escalabilidade extensa off-chain, na qual executamos cálculos substanciais, cuja integridade é mantida on-chain com requisitos mínimos de processamento.

Auto-guarda

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

ZK-STARK

ZK-STARK significa Zero-Knowledge Scalable Transparent Argument of Knowledge. A StarkWare desenvolveu ZK-STARKs, que utilizam álgebra contemporânea e novas provas criptográficas para salvaguardar a privacidade e integridade das computações em blockchain. ZK-STARKs permitem que as blockchains enviem computações para um único provador STARK off-chain, 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 uma geração mais rápida de provas e verificação para tamanhos maiores de testemunha. 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 que o provador produza uma prova são chamados de complexidade do provador. A complexidade do verificador é a quantidade de tempo e recursos computacionais necessários para que o verificador valide 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. 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 ao empregar 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 que é impossível para 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 imunes 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 permitir a operação da rede, manter e garantir a rede, permitindo o staking para consenso e decidir sobre os valores e objetivos tecnológicos da Starknet votando em propostas de governação.

Inicialmente, as taxas da 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 da rede. O sequenciador receptor converte uma parte das taxas pagas em STRK para ETH para cobrir os custos de gás do Ethereum L1. Esses custos devem ser pagos em ETH devido às 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 determinados serviços essenciais para a segurança e funcionalidade do Starknet. Pode haver vários provedores para sequenciamento, provisionamento de disponibilidade de dados, serviços de prova STARK e consenso temporário L2 antes da finalidade L1.

Um limiar mínimo de suporte de token pode ser necessário para propostas de aprimoramento do Starknet. A votação, seja diretamente ou por meio de delegação, será necessária para implementar alterações no protocolo que são críticas para sua segurança, funcionalidade e manutenção.

Angariação de Fundos e Investidores

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

Distribuição e Fornecimento

StarkWare inicialmente gerou 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 pretende ser a seguinte:

Todos os tokens alocados aos investidores e colaboradores iniciais estão sujeitos ao seguinte cronograma de bloqueio, onde as percentagens 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 motor escalável projetado especificamente 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 do Validium. Quando o StarkEx está em "modo rollup", o Ethereum é atualizado para refletir as mudanças nos saldos dos usuários. Os dados são publicados no modo "validium" para o Data Availability Committee (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 de status para o componente on-chain. Além disso, este componente é responsável pelo estado do sistema e ativos e transferência de confirmação. A seguir estão os procedimentos que a StarkEx emprega:

Validando

O operador (por exemplo, uma exchange) processa transações de utilizadores enviadas para o serviço StarkEx. O StarkEx valida as transações em duas fases: 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 na validação inicial, o usuário pode ter certeza de que a transação será executada e de que a transação está completa. Os usuários podem apresentar a transação como um todo na interface do aplicativo sem precisar esperar pela finalização na cadeia de blocos.

Agrupamento

O StarkEx valida e agrupa todas as transações de acordo com critérios mais complexos. 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 a agrupamento das transações.

Verificação em cadeia

Um contrato inteligente de verificador on-chain recebe a prova STARK após 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 aplicações para integrar seu próprio StarkEx com suas aplicações. StarkEx é utilizado por jogadores proeminentes da indústria, incluindo Sorare, Dydx, Immutable X, Opera e DeversiFi. Quando o desenvolvedor começa a trabalhar com StarkEx, é concedido o 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 a aplicação não estiver funcionando corretamente e que têm controle sobre seus fundos.

Nesse sentido, StarkEx oferece duas abordagens distintas para implementar soluções de camada dois: ZK-Rollup ou Validium de disponibilidade de dados. As aplicações StarkEx devem manter uma disponibilidade constante dos dados do usuário para garantir a custódia própria, redundância e confiabilidade. A disponibilidade de dados garante que o estado armazenado nos cofres dos usuários esteja totalmente sincronizado com o estado mantido pelo StarkEx, e a árvore de saldos completa esteja perpetuamente acessível, garantindo que os usuários possam verificar sua custódia de dinheiro caso o StarkEx pare de operar.

Modo de Disponibilidade de Dados

StarkEx acomoda os seguintes modos de disponibilidade de dados: ZK-Rollup e Validium, que o StarkEx Perpetual e o StarkEx Spot endossam. O modo Volition, que permite a utilização de cofres ZK-Rollup e Validium dentro da sua aplicação, permite aos utilizadores selecionar o intervalo do cofre para cada ativo que possuem, e também permite o armazenamento de dados. No entanto, é menos popular do que a opção anterior, uma vez que apenas o StarkEx Spot o suporta exclusivamente.

Pacotes cumulativos de conhecimento zero

Os rollups de conhecimento zero, ou ZK-rollups, empregam criptografia avançada e matemática denominadas "provas de conhecimento zero" para autenticar a legitimidade de cada transação. Os rollups ZK são a solução de escalonamento Ethereum preferida entre os defensores da descentralização e segurança. StarkEx e zkSync exemplificam soluções de Camada 2 que empregam pacotes cumulativos de conhecimento zero. No StarkEx ZK-Rollup, o programa Cairo garante que os dados necessários para a reconstrução dos balanços L2 Merkle Tree sejam disseminados on-chain como calldata.

Enquanto um ZK-rollup está em andamento, 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 recebido veio de um conjunto válido de transações. Isso torna impossível para o operador transmitir uma raiz de estado inválida. Os 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 fundos do usuário durante um evento de escape são acessíveis e transparentes na blockchain. Apesar desta vantagem, a desvantagem deste modo é que cada cofre modificado no lote incorre numa taxa de gás. Em lotes em que muitos estados de cofre se alteram, o custo de um evento de atualização de estado diz respeito principalmente à disponibilidade de dados em vez da verificação de prova.

Validium

O modo de disponibilidade de dados alternativo é o Validium. Uma prova criptográfica verifica que a computação foi executada com precisão neste modo de dados. Na utilização dos cofres Validium, os saldos dos usuários permanecem não divulgados na cadeia. Em vez disso, são enviados para várias entidades respeitáveis e confiáveis, como os membros do Comitê de Disponibilidade de Dados (DAC). Uma atualização de estado refletindo os saldos revisados de todas as contas de clientes após o processamento em lote de transações é considerada genuína e aceite 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 autorizaram o novo status.

Em contraste com ZK-rollups, que incorrem em taxas de gás, o pagamento por dados on-chain é desnecessário. Durante a atualização do estado on-chain, a maior parte do gás é gasta na verificação da 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 emprego de um DAC requer fé nos membros do comitê.

Sobre o Comitê de Disponibilidade de Dados (apenas Validium)

Um DAC compreende um coletivo de indivíduos ou organizações. Os membros do DAC comprometem-se a fornecer redundância e ausência de confiança no armazenamento de dados para aplicações alimentadas por StarkEx, garantindo a disponibilidade constante de dados. Os membros do DAC são terceiros autônomos que consentem em receber e reter cada atualização de estado em nome dos operadores. Um membro do DAC compromete-se a publicar as atualizações de estado na cadeia se um operador (ou StarkWare) ficar offline, garantindo que os utilizadores possam aceder consistentemente aos seus fundos, o que é essencial para a auto-guarda. O DAC é composto pela Consensys, Chainstack, StarkWare e inúmeras outras entidades respeitáveis.

Conclusão

StarkEx é uma coleção de ferramentas críticas que um projeto pode utilizar para obter computação off-chain eficiente em termos de custos. A solução L2 oferece escalabilidade, redução de preços de gás e segurança, mas possui requisitos operacionais distintos e estruturas de interoperabilidade.