يستخدم تنفيذ Starknet الأصلي في القاهرة لغة البرمجة المخصصة، القاهرة، لتعزيز قابلية التوسع وخفض التكاليف وتحسين أداء العقود الذكية. ومع ذلك، تنشأ التحديات من الحاجة إلى تبني المطورين على نطاق أوسع، وتوافق الأدوات، وموازنة الابتكار مع إمكانية الوصول عبر النظام البيئي.

المقدمة: ستارك نت وإعدام القاهرة

Starknet هو بروتوكول Ethereum Layer 2 (L2) الذي يستفيد من أدلة STARK (حجج المعرفة الموجزة والشفافة) المشفرة لتشغيل الحوسبة القابلة للتحقق على نطاق واسع. مثل سلاسل الكتل L2 الأخرى، فإن Starknet قادرة على تقديم قابلية التوسع والأمان بشكل مفيد لمعاملات L2 مع الحفاظ على اللامركزية.

في قلب Starknet توجد آلة القاهرة الافتراضية (VM)، وهي بيئة تنفيذ مصممة خصيصًا للاستفادة من قدرات الإثبات التشفيري لـ STARKs. وعلى عكس الآلات الافتراضية الأخرى، تم تصميم آلة القاهرة الافتراضية الخاصة بـ Starknet لتشغيل برامج قابلة للإثبات - مما يقلل من النفقات العامة المرتبطة بتوليد الإثباتات للتحقق من الحساب. وهذا يسمح لـ Starknet بمعالجة عدد كبير من المعاملات مع الحفاظ على التحقق بدون ثقة.

ومع ذلك، فإن المقياس الحقيقي لأداء ستارك نت ــ كما شهده المستخدمون النهائيون ــ يعتمد على السرعة التي يعالج بها جهاز التسلسل المعاملات ويؤكد نتائج التنفيذ. والمعروف أيضاً باسم "التأكيدات الناعمة"، فإن تأكيد جهاز التسلسل لنجاح المعاملة (أو فشلها) مفيد للمستخدمين الذين يهتمون بالوقت ويريدون تجنب الانتظار حتى تنتهي المعاملات على إيثريوم L1 قبل معرفة حالة المعاملة.

في الوقت الحالي، يعتمد معدل إنتاج المعاملات في Starknet بشكل كبير على كفاءة جهاز التسلسل. جهاز التسلسل مسؤول عن تلقي المعاملات وتنظيمها وإثباتها قبل إرسالها إلى Ethereum للتحقق النهائي. على الرغم من أن Starknet تستخدم جهاز تسلسل واحد حاليًا، إلا أنها تخطط لإلغاء مركزية جهاز التسلسل لتحسين مقاومة الرقابة وزيادة تحمل الفشل (لا يمكن لجهاز تسلسل واحد غير متصل بالإنترنت أن يعطل الشبكة).

في 29 أكتوبر، سجلت Starknet متوسط ​​127 معاملة في الثانية (TPS) على مدار فترة 24 ساعة متواصلة. لم يكن هذا مجرد ذروة لمرة واحدة بل كان إنجازًا مستدامًا للإنتاجية تم تحقيقه أثناء العمليات العادية، مما يُظهر قدرة التجميع على التعامل مع أحجام معاملات عالية في ظل ظروف العالم الحقيقي. إلى جانب هذا الإنجاز، يتميز أداء Starknet بتأكيدات المعاملات السريعة للغاية (بمتوسط ​​أقل من ثانيتين) والرسوم المنخفضة للغاية (0.002 دولار لكل معاملة) - مما يجعلها حلاً فعالاً من حيث التكلفة لتوسيع نطاق Ethereum.

ومع ذلك، فإن الحفاظ على هذا المستوى من الأداء يتطلب ابتكارًا مستمرًا، وخاصة مع نمو الطلب من جانب المستخدمين. وهنا يأتي دور التحسينات القادمة التي ستدخلها شركة Starknet على نموذج التنفيذ الخاص بها، حيث ستقدم تحسينات لا تعد بمعالجة أسرع للمعاملات فحسب، بل وأيضًا باستخدام أكثر كفاءة للموارد. وتمثل هذه التطورات خطوة حاسمة نحو الارتقاء ببيئة التنفيذ الخاصة بشركة Starknet لتلبية متطلبات النظام البيئي سريع التطور.

لقد قدمت شركة Starknet بالفعل ترقيات تحويلية إلى بنيتها لتحسين الأداء وتعزيز تجربة المستخدم (على سبيل المثال، التنفيذ المتوازي وتعبئة الكتل عبر ترقية Bolt). وقد أدت هذه الابتكارات إلى تقليل أوقات معالجة المعاملات وتكاليف الغاز بشكل كبير من خلال تمكين جهاز التسلسل من التعامل مع المعاملات بكفاءة أكبر. لمعرفة المزيد حول ترقية Bolt وكيف تعمل على تحسين قابلية التوسع في Starknet، اقرأ شرحنا لـ Starknet Bolt .

وبناءً على هذا الأساس، تركز شركة Starknet الآن على تحسين بيئة التنفيذ الخاصة بها بشكل أكبر باستخدام برنامج Cairo-Native. وستعيد التحسينات القادمة تعريف كيفية معالجة المعاملات، والانتقال من المحاكاة القائمة على الآلة الافتراضية إلى التنفيذ الأصلي. وتعد هذه التغييرات بتحسينات كبيرة في سرعة المعالجة وكفاءة الموارد، مما يضمن قدرة Starknet على تلبية المتطلبات المتزايدة للمستخدمين.

في القسم التالي، سنلقي نظرة عن كثب على بيئة تنفيذ Starknet ونتعمق أكثر في كيفية إعادة تصور آلة القاهرة الافتراضية والهندسة المعمارية الأوسع لدعم المرحلة التالية من قابلية التوسع والكفاءة. دعنا نتعمق أكثر!

مقدمة لطيفة عن تنفيذ أحكام الإعدام في القاهرة

لقد تطورت بيئة تنفيذ Starknet بشكل كبير بمرور الوقت لتحسين الأداء وضمان السلامة. في البداية، اعتمدت Starknet على خط أنابيب مباشر حيث تم تجميع كود القاهرة عالي المستوى مباشرة في CASM (Cairo Assembly) للتنفيذ. وبينما نجح هذا النهج، إلا أنه ترك الشبكة عرضة لانعدام الكفاءة ومخاطر الأمان. على سبيل المثال، لم يكن من الممكن إثبات أن الكود غير صالح، وكان جهاز التسلسل معرضًا لهجمات الحرمان من الخدمة المحتملة بسبب الافتقار إلى الضمانات في محاسبة الغاز.

لمعالجة هذه المشكلات، قدم تحديث القاهرة 1.0 Sierra، وهو تمثيل وسيط (IR) يفرض الأمان من خلال التصميم. مستوحى من لغات مثل Rust، يضمن Sierra للمطورين اتباع أنماط ترميز أكثر صرامة، مما يزيل أخطاء وقت التشغيل بشكل فعال ويمكّن من المحاسبة الدقيقة للغاز. هذا التحديث موجود بالفعل على الشبكة الرئيسية لشركة Starknet ويمثل خطوة حاسمة نحو بيئة تنفيذ أكثر قوة وأمانًا.

يعتمد برنامج Cairo-Native على هذا التقدم ويعزز أداء Starknet بشكل أكبر من خلال تمكين التنفيذ الأصلي. ويمثل التنفيذ الأصلي انحرافًا عن النمط السابق لتنفيذ البرامج في آلة القاهرة الافتراضية ويمثل القفزة التالية للأمام من حيث الأداء لشركة Starknet.

كيف يعمل تنفيذ القاهرة الأصلية؟

في السابق، كان جهاز تسلسل Starknet ينفذ البرامج باستخدام آلة افتراضية تحاكي التعليمات البرمجية، الأمر الذي أدى إلى زيادة التكلفة الإجمالية وإبطاء معالجة المعاملات. وتتضمن المحاكاة في هذا السياق برمجة وحدة المعالجة المركزية لتتصرف مثل وحدة المعالجة المركزية النظرية في القاهرة، وتفسير التعليمات خطوة بخطوة. ورغم أن هذه العملية عملية، إلا أنها غير فعالة بطبيعتها لأنها تمنع وحدة المعالجة المركزية من الاستفادة الكاملة من قدراتها الأصلية وأساليب تنفيذها.

وعلى النقيض من ذلك، يعمل التنفيذ الأصلي على إزالة هذا الحرج، مما يسمح للبرامج بالعمل مباشرة على نظام التشغيل في مجموعة التعليمات الأصلية لوحدة المعالجة المركزية. ويؤدي هذا التغيير إلى تحسين سرعة التنفيذ وكفاءة الموارد بشكل كبير، مما يتيح لشركة Starknet معالجة المعاملات بشكل أسرع من أي وقت مضى.

لتحقيق ذلك، يدمج تنفيذ Cairo-Native تقنيات التجميع المتقدمة مثل MLIR ( التمثيل الوسيط متعدد المستويات ) وLLVM ( الآلة الافتراضية منخفضة المستوى ). تُستخدم هذه الأدوات على نطاق واسع في تطوير البرامج الحديثة لتجميع التعليمات البرمجية إلى تعليمات مُحسَّنة على مستوى الآلة.

يقوم برنامج Cairo-Native بأخذ برامج Sierra وتنظيمها في شكل وسيط، MLIR، والذي يسمح أيضًا بإجراء تحسينات معقدة، بينما يقوم برنامج LLVM بتجميعها إلى ملفات قابلة للتنفيذ أصلية مصممة خصيصًا لنظام التشغيل الأساسي. تضمن عملية التجميع ثنائية الطبقات هذه أن تكون الملفات القابلة للتنفيذ الناتجة سريعة وفعالة وجاهزة للتنفيذ المباشر دون أي تكلفة إضافية.

إن تأثير هذا التحديث على أداء جهاز التسلسل (والشبكة بشكل عام) عميق:

• زيادة السرعة: من خلال إزالة الحاجة إلى محاكاة الآلة الافتراضية، يسمح التنفيذ الأصلي للمسلسل بمعالجة المعاملات بشكل أسرع بكثير، مما يقلل من زمن الوصول عبر الشبكة.
• استخدام أفضل للموارد: تعمل الملفات القابلة للتنفيذ المحسنة التي تم إنشاؤها بواسطة LLVM على استخدام موارد النظام بشكل أفضل، مما يتيح للمسلسل التعامل مع أحجام معاملات أعلى.
• انخفاض التكاليف: في حين أن التنفيذ الأسرع وحده لا يترجم على الفور إلى رسوم غاز مخفضة بسبب غياب آلية الرسوم، تواصل Starknet إظهار كفاءة التكلفة. على سبيل المثال، خلال الأداء القياسي لـ Starknet، بلغ متوسط ​​رسوم الغاز حوالي 0.002 دولار لكل معاملة. يتضمن التحديث 0.13.4، الذي يقدم Cairo-Native، أيضًا تحسينات متعلقة بالتسعير. ومع ذلك، فإن هذه التحسينات لا ترتبط بشكل مباشر بـ Cairo-Native نفسها. في حين لم يتم تحقيق الإمكانات الكاملة لقابلية التوسع في Cairo-Native على رسوم المعاملات بعد، فإن الجمع بين قابلية التوسع هذه مع التحسينات المستقبلية المتعلقة بالرسوم يضع Starknet كحل ميسور التكلفة وقابل للتوسع للغاية لإيثريوم.
• الابتكار المعزز: إن مكاسب الأداء من التنفيذ الأصلي تمكن التطبيقات الأكثر تعقيدًا وديناميكية من النجاح على Starknet، مما يفتح الباب أمام حالات الاستخدام المبتكرة والفرص للمطورين.

على الرغم من أن التنفيذ الأصلي يجلب تحسينات كبيرة في السرعة، إلا أن هناك مخاوف طبيعية لدى المطورين فيما يتعلق بسير عمل التنفيذ المزدوج بين المُسلسل والمُثبت. وبينما يستفيد المُسلسل من تشغيل المعاملات باستخدام القطع الأثرية الأصلية للسرعة، لا يزال المُثبت يعتمد على آلة القاهرة الافتراضية لتنفيذ المعاملات خطوة بخطوة، مما يضمن إمكانية إثباتها لمُتحقق STARK الخاص بـ Ethereum.

لا يزال CASM مستخدمًا في هذه العملية، لأنه التمثيل الذي تم التحقق منه بواسطة محقق STARK على Ethereum. يمكن أن تثير هذه الثنائية - تنفيذ نفس المعاملات من خلال نظامين مختلفين - أسئلة صالحة حول الاتساق والصحة. على وجه التحديد، كيف يمكننا التأكد من أن النتائج من التنفيذ الأصلي وتنفيذ Cairo VM ستتطابق دائمًا؟

تكمن الإجابة المختصرة في الاختبارات الصارمة والتحقق. على وجه التحديد، أجرى فريق LambdaClass اختبارات إعادة تشغيل مكثفة، وهي عملية يتم فيها إعادة تنفيذ كتل Starknet التاريخية بموجب النظام الجديد لضمان أن تنتج كل معاملة نفس النتائج.

تُعد اختبارات إعادة التشغيل طريقة بالغة الأهمية للتحقق من ثبات النتائج حتى مع وجود مسارين مختلفين للتنفيذ. وبالتالي، يمكن للمطورين أن يطمئنوا إلى أن عملية التحقق الشاملة هذه تقلل بشكل كبير من خطر التناقضات.

بالإضافة إلى ذلك، يجدر بالذكر أن Starknet كانت تعمل دائمًا بتدفقين منفصلين للتنفيذ. حتى قبل Cairo-Native، لم يعتمد التسلسل بشكل كامل على Cairo VM للمهام مثل استدعاءات النظام أو الوصول إلى الحالة. تم التعامل مع هذه المهام بالفعل بشكل مختلف، مع تركيز المثبت على إنتاج أدلة تشفيرية لتحديث حالة Starknet على Ethereum.

بهذا المعنى، يمثل تقديم التنفيذ الأصلي تطورًا وليس انحرافًا عن بنية Starknet الراسخة. وهذا يعني أيضًا أن المطورين لن يواجهوا مشكلات كثيرة في تصميم التطبيقات للعمل مع نموذج التنفيذ الجديد الخاص بـ Starknet.

بشكل عام، يفتح Cairo-Native مستوى جديدًا من قابلية التوسع والسرعة لشركة Starknet. من خلال الانتقال من المحاكاة القائمة على VM إلى التنفيذ الأصلي، يمكن للشبكة دعم المزيد من المستخدمين، والتعامل مع أحجام معاملات أكبر، وتقديم تجربة سلسة للمطورين والمستخدمين النهائيين على حد سواء. يعزز هذا التحول مكانة Starknet كحل L2 رائد ويمهد الطريق لمزيد من الابتكار في نظام Ethereum البيئي.

القاهرة-Native مقابل القاهرة: مقارنة بين نماذج تنفيذ Starknet

تمثل Cairo-Native تحسنًا رائدًا في بيئة تنفيذ Starknet - وهي بيئة توفر تسريعًا كبيرًا مقارنة بـ Cairo VM التقليدية. من خلال معايير شاملة أجرتها LambdaClass و Nethermind، تم قياس مكاسب الأداء من التنفيذ الأصلي، مما يسلط الضوء على قدرة Cairo-Native على تحسين سرعات معالجة المعاملات والعقود بشكل كبير.

معايير التنفيذ

كشفت معايير الأداء أن برنامج Cairo-Native يحقق متوسط ​​سرعة 5x مقارنة ببرنامج Cairo VM، مع مكاسب في الأداء تتراوح من 1.5x إلى 20x، اعتمادًا على العقد المحدد. هذه النتائج ليست مجرد أرقام، بل توضح كيف أن التنفيذ الأصلي يفيد المستخدمين والمطورين بشكل مباشر.

على سبيل المثال، لم تكتمل عملية نقل STRK بسيطة بين حسابين من Argent بسرعة أكبر بمقدار 2.3 مرة فحسب، بل أظهرت أيضًا سرعة أكبر بمقدار 4.8 مرة في منطق عقد ERC-20. بالنسبة للمستخدمين، يعني هذا أوقات انتظار أقل للمعاملات وتفاعلات أكثر سلاسة مع التطبيقات اللامركزية (dApps). بالنسبة للمطورين، تضمن هذه التحسينات أداء تطبيقاتهم بشكل أسرع وأكثر موثوقية، حتى في ظل الحمل الثقيل على الشبكة.

في السيناريوهات الأكثر تطلبًا مثل عمليات تبادل STRK/ETH أو تطبيقات الألعاب مثل Influenceth ، تكون الفوائد أكثر وضوحًا. سجلت معاملات Influenceth تسريعًا للمعاملات بنسبة 10.5x، مع تحسن بعض عمليات تنفيذ العقود بما يصل إلى 70x. تمكن هذه التطورات المطورين من إنشاء تطبيقات لامركزية معقدة وعالية الأداء، مما يمهد الطريق لتجارب ألعاب أكثر ثراءً وبروتوكولات DeFi المتقدمة وحالات استخدام أخرى مكثفة حسابيًا.

إن الانتقال من المحاكاة إلى التنفيذ الأصلي يدعم هذه التطورات. فمن خلال تجميع البرامج مباشرة في كود أصلي للآلة، يعمل برنامج Cairo-Native على التخلص من عدم كفاءة محاكاة تعليمات Cairo، حيث تحاكي وحدة المعالجة المركزية بشكل أساسي وحدة معالجة مركزية افتراضية أخرى. ويتيح التنفيذ الأصلي للأجهزة العمل بكامل طاقتها، مما يوفر تحسينات أداء لا مثيل لها عبر جميع أنواع المعاملات.

معايير التجميع

يقدم برنامج Cairo-Native خط أنابيب تجميع أكثر تقدمًا، ويضيف عدة خطوات لترجمة كود Sierra إلى ملفات قابلة للتنفيذ. ويتضمن ذلك عمليات مثل تحويل Sierra إلى MLIR، وتحسين الكود، وأخيرًا تجميعه إلى تعليمات أصلية للآلة. وفي حين قد يبدو هذا الخط الأنابيب الأكثر تعقيدًا وكأنه من شأنه زيادة وقت التجميع الإجمالي، إلا أن المعايير القياسية تُظهر أن الخطوات الإضافية تساهم بأقل من 15% من إجمالي وقت التجميع، مما يدل على أن العملية تظل فعالة.

من الجدير بالذكر أيضًا أن الملفات القابلة للتنفيذ الأصلية أكبر حجمًا مقارنة بأدوات CASM. تعكس هذه الزيادة التفاصيل الإضافية والتحسين المطلوب للكود الأصلي للآلة ولكنها لا تؤثر على أداء الشبكة. من المهم أن يتم تنفيذ التجميع مرة واحدة فقط، في وقت نشر العقد على الشبكة، مما يضمن عدم تأثير هذه الخطوة على أداء التسلسل في الوقت الفعلي

ما هي تداعيات إعدام مواطن القاهرة على ستاركنيت؟

إن التأثيرات المترتبة على نظام Cairo-Native على النظام البيئي الخاص بشركة Starknet بعيدة المدى. فمن خلال تمكين تنفيذ المعاملات بشكل أسرع وأكثر كفاءة، من المقرر أن يعمل هذا الترقية على تحسين تجربة المستخدم بشكل كبير لجميع التطبيقات على الشبكة. ومن المتوقع أن تتعامل الشبكة مع ما يقرب من 1000 معاملة في الثانية (TPS) بحلول نهاية عام 2024، ستصبح Starknet واحدة من أكثر سلاسل L2 قابلية للتطوير والاستجابة في النظام البيئي الخاص بشبكة Ethereum.

بالنسبة للمستخدمين، تعني ترقية شبكة Cairo-Native تأكيدًا أسرع للمعاملات وتكاليف أقل. خلال الأداء القياسي الذي حققته شركة Starknet في وقت سابق من هذا العام، بلغ متوسط ​​رسوم الغاز حوالي 0.002 دولار لكل معاملة. ومن المتوقع أن تنخفض هذه التكاليف بشكل أكبر مع ترقية شبكة Cairo-Native، مما يعزز من مكانة شبكة Starknet كواحدة من أكثر شبكات الطبقة الثانية بأسعار معقولة.

إن تقديم تنفيذ القاهرة الأصلي من شأنه أيضًا تعزيز حالات الاستخدام التالية:

تطبيقات الألعاب على السلسلة

لقد اكتسبت Starknet بالفعل زخمًا كمنصة للألعاب القائمة على blockchain، وتأخذها Cairo-Native إلى المستوى التالي. ستستفيد الألعاب مثل Influenceth ، التي تعتمد على المنطق المعقد والتفاعلات السريعة، بشكل كبير من تحسينات السرعة. تعمل أوقات التنفيذ الأسرع على تقليل زمن الوصول داخل اللعبة، مما يتيح تجارب أكثر سلاسة للاعبين.

يمكن للمطورين أيضًا تقديم آليات لعب أكثر تعقيدًا، مثل إمكانيات تعدد اللاعبين في الوقت الفعلي والتفاعلات الديناميكية مع NFT، دون القلق بشأن الاختناقات في الأداء. يمكن أن يؤدي هذا إلى ظهور فئة جديدة من تطبيقات الألعاب على السلسلة التي يمكن أن تنافس طريقة لعبها تلك التي تقدمها المنافسون التقليديون.

منصات التواصل الاجتماعي

تتطلب منصات التواصل الاجتماعي اللامركزية معدل إنتاجية مرتفعًا للمعاملات وزمن وصول منخفض لضمان تفاعل سلس للمستخدمين، مثل النشر والتعليق والتصويت. مع Cairo-Native، يمكن لهذه المنصات التوسع لدعم ملايين المستخدمين، وتقديم موجزات في الوقت الفعلي وردود أفعال فورية، مما ينافس أداء نظيراتها التقليدية من Web2. تعمل تكاليف الغاز المنخفضة على تعزيز إمكانية الوصول، مما يجعل وسائل التواصل الاجتماعي اللامركزية بديلاً أكثر قابلية للتطبيق للمنصات المركزية وإعدادها للتبني السائد.

التمويل اللامركزي (DeFi)

كما سيستفيد نظام DeFi على Starknet من مزايا Cairo-Native. تتطلب العمليات المالية المعقدة مثل المبادلات والإقراض وزراعة العائدات إنتاجية عالية ودقة. تضمن أوقات التنفيذ الأسرع حدوث الصفقات والتصفية في الوقت الفعلي، مما يقلل من الانزلاق ويوفر للمستخدمين نتائج أفضل. بالإضافة إلى ذلك، تتيح رسوم الغاز المنخفضة المعاملات الصغيرة، مما يجعل بروتوكولات DeFi أكثر سهولة في الوصول إليها لجمهور أوسع.

خاتمة

إن تنفيذ Cairo-Native يمثل علامة فارقة مهمة في خارطة طريق Starknet . فمن خلال تقديم مستوى جديد من التنفيذ، لا تعمل Starknet على تعزيز مكانتها كمنصة رائدة من الطبقة 2 فحسب، بل إنها تضع أيضًا سابقة لنظام Ethereum rollup البيئي الأوسع. يُظهر ابتكار Starknet كيف يمكن لعمليات التجميع تحقيق قابلية للتطوير والكفاءة لا مثيل لها، مما يساعد Ethereum على الاقتراب من رؤيتها للتبني الجماعي مع الحفاظ على مبادئ اللامركزية والأمان.

توفر شركة Cairo-Native للمطورين بيئة قوية وعالية الأداء تدعم تطبيقات أكثر ديناميكية وإبداعًا. ومن خلال تقليل أوقات التنفيذ والنفقات الإضافية للموارد، يمكن للمطورين التركيز على إنشاء تجارب أكثر ثراءً وتفاعلية كانت مقيدة سابقًا بقيود الشبكة.

كما هو مذكور في تغريدة ، لا يزال هناك إمكانية لمزيد من التحسين - مما يعني أن أداء Cairo-Native قد يستمر في التحسن بمرور الوقت. وبهذا المعنى، يمثل الترقية إلى تنفيذ Cairo-Native خطوة حاسمة نحو تحقيق الإمكانات الكاملة لـ Starknet كمنصة سريعة وقابلة للتطوير وصديقة للمطورين وتعزيز قدرات تقنية التجميع عبر نظام Ethereum البيئي.

تم نشر نسخة من هذه المقالة أصلا هنا .