Starknets Cairo-indfødte udførelse bruger dets brugerdefinerede programmeringssprog, Cairo, til at øge skalerbarheden, reducere omkostningerne og forbedre smart kontraktydelse. Udfordringer opstår imidlertid fra behovet for bredere udvikleradoption, værktøjskompatibilitet og balancering af innovation med tilgængelighed på tværs af økosystemet.

Introduktion: Starknet og Cairo henrettelse

Starknet er en Ethereum Layer 2 (L2) protokol, der udnytter kryptografiske STARK-beviser (Succinct Transparent Arguments of Knowledge) til at drive verificerbar beregning i skala. Ligesom andre L2-blockchains er Starknet i stand til at tilbyde meningsfuld skalerbarhed og sikkerhed for L2-transaktioner, samtidig med at decentraliseringen bevares.

Kernen i Starknet ligger den virtuelle Cairo-maskine (VM), et specialbygget eksekveringsmiljø designet til at udnytte STARKs kryptografiske bevisfunktioner. I modsætning til andre VM'er er Starknets Cairo VM designet til at køre bevisbare programmer - hvilket reducerer de overhead, der er forbundet med at generere beviser for at verificere beregninger. Dette gør det muligt for Starknet at behandle et stort antal transaktioner og samtidig opretholde tillidsfri verifikation.

Når det er sagt, afhænger det sande mål for Starknets ydeevne – som oplevet af slutbrugere – af den hastighed, hvormed dens sequencer behandler transaktioner og bekræfter eksekveringsresultater. Sekvenserens bekræftelse af transaktionssucces (eller fiasko) er også kendt som "bløde bekræftelser", og er nyttige for tidsfølsomme brugere, der ønsker at undgå at vente på, at transaktioner afsluttes på Ethereum L1, før de kender en transaktions status.

Som det ser ud i dag, afhænger Starknets transaktionsgennemstrømning i høj grad på effektiviteten af ​​sequenceren. Sekvenseren er ansvarlig for at modtage, organisere og bevise transaktioner, før de indsendes til Ethereum til endelig verifikation. Selvom Starknet bruger en enkelt sequencer i øjeblikket, planlægger det at decentralisere sequenceren for bedre censurmodstand og højere fejltolerance (én offline sequencer kan ikke fjerne netværket).

Den 29. oktober registrerede Starknet et gennemsnit på 127 transaktioner i sekundet (TPS) over en sammenhængende 24-timers periode. Dette var ikke bare et engangs-top, men en vedvarende milepæl for gennemstrømning, der blev opnået under normale operationer, hvilket viste rollup'ets evne til at håndtere store transaktionsvolumener under virkelige forhold. Ved siden af ​​denne præstation skiller Starknets ydeevne sig ud for sine lynhurtige transaktionsbekræftelser (i gennemsnit under to sekunder) og ultralave gebyrer ($0,002 pr. transaktion) – hvilket gør det til en omkostningseffektiv og effektiv løsning til at skalere Ethereum.

At opretholde dette præstationsniveau kræver dog konstant innovation, især efterhånden som brugernes efterspørgsel vokser. Det er her, Starknets kommende forbedringer af sin eksekveringsmodel kommer i spil, og introducerer optimeringer, der lover ikke kun hurtigere transaktionsbehandling, men også mere effektiv ressourceanvendelse. Disse udviklinger markerer et kritisk skridt i retning af at hæve Starknets eksekveringsmiljø til at opfylde kravene fra et hurtigt udviklende økosystem.

Starknet har allerede introduceret transformative opgraderinger til sin arkitektur for at forbedre ydeevnen og styrke UX (f.eks. parallel eksekvering og blokpakning via Bolt-opgradering). Disse innovationer har drastisk reduceret transaktionsbehandlingstider og gasomkostninger ved at gøre det muligt for sequenceren at håndtere transaktioner mere effektivt. For at lære mere om Bolt-opgraderingen, og hvordan den forbedrer Starknets skalerbarhed, kan du læse vores Starknet Bolt-forklaring .

Med udgangspunkt i dette grundlag fokuserer Starknet nu på yderligere at optimere sit eksekveringsmiljø med Cairo-Native. De kommende forbedringer vil omdefinere, hvordan transaktioner behandles, og skifter fra virtuel maskine-baseret emulering til indbygget eksekvering. Disse ændringer lover betydelige forbedringer i behandlingshastighed og ressourceeffektivitet, hvilket sikrer, at Starknet kan imødekomme brugernes voksende krav.

I det følgende afsnit vil vi se nærmere på Starknets eksekveringsmiljø og dykke dybere ned i, hvordan Cairo VM og den bredere arkitektur genskabes for at understøtte den næste fase af skalerbarhed og effektivitet. Lad os dykke ned!

En blid introduktion til Cairo-indfødte henrettelse

Starknets udførelsesmiljø har udviklet sig betydeligt over tid for at forbedre ydeevnen og sikre sikkerheden. Til at begynde med stolede Starknet på en ligetil pipeline, hvor Cairo-kode på højt niveau blev kompileret direkte i CASM (Cairo Assembly) til udførelse. Mens denne tilgang virkede, efterlod den netværket sårbart over for ineffektivitet og sikkerhedsrisici. For eksempel kunne ugyldig kode ikke bevises, og sequenceren blev udsat for potentielle DoS-angreb på grund af manglen på sikkerhedsforanstaltninger i gasregnskabet.

For at løse disse problemer introducerede Cairo 1.0-opgraderingen Sierra, en mellemrepræsentation (IR), der håndhæver sikkerhed ved design. Inspireret af sprog som Rust sikrer Sierra, at udviklere følger strengere kodningsmønstre, hvilket effektivt eliminerer runtime-fejl og muliggør nøjagtig gasregnskab. Denne opgradering er allerede live på Starknets mainnet og markerer et afgørende skridt mod et mere robust og sikkert eksekveringsmiljø.

Cairo-Native bygger på dette fremskridt og forbedrer Starknets ydeevne yderligere ved at muliggøre indbygget eksekvering. Native eksekvering er en afvigelse fra det tidligere mønster for afvikling af programmer i Cairo VM og repræsenterer det næste spring fremad med hensyn til ydeevne for Starknet.

Hvordan fungerer henrettelse fra Cairo-indfødte?

Tidligere udførte Starknet-sequenceren programmer ved hjælp af en virtuel maskine, der emulerede kode, hvilket introducerede betydelig overhead og bremsede transaktionsbehandlingen. Emulering i denne sammenhæng involverer programmering af CPU'en til at opføre sig som en teoretisk Cairo CPU, der fortolker instruktioner trin for trin. Selvom den er funktionel, er denne proces i sagens natur ineffektiv, fordi den forhindrer CPU'en i fuldt ud at udnytte dens oprindelige muligheder og udførelsesstile.

I modsætning hertil eliminerer native udførelse denne akavethed, hvilket tillader programmer at køre direkte på operativsystemet i CPU'ens native instruktionssæt. Denne ændring forbedrer eksekveringshastigheden og ressourceeffektiviteten dramatisk, hvilket gør Starknet i stand til at behandle transaktioner hurtigere end nogensinde.

For at opnå dette integrerer Cairo-Native-udførelse avancerede kompileringsteknologier som MLIR ( Multi-Level Intermediate Representation ) og LLVM ( Low Level Virtual Machine ). Disse værktøjer er meget brugt i moderne softwareudvikling til at kompilere kode til optimerede instruktioner på maskinniveau.

Cairo-Native tager Sierra-programmer og organiserer dem i en mellemform, MLIR, der også giver mulighed for sofistikerede optimeringer, mens LLVM yderligere kompilerer dette til native eksekverbare filer, der er skræddersyet til det underliggende operativsystem. Denne to-lags kompileringsproces sikrer, at de genererede eksekverbare filer er hurtige, effektive og klar til direkte eksekvering uden yderligere overhead.

Virkningen af ​​denne opgradering på sequencerens ydeevne (og netværket generelt) er stor:

• Øget hastighed: Ved at fjerne behovet for VM-emulering giver indbygget eksekvering mulighed for, at sequenceren kan behandle transaktioner betydeligt hurtigere, hvilket reducerer latens på tværs af netværket.
• Bedre ressourceudnyttelse: De optimerede eksekverbare filer, der genereres af LLVM, udnytter systemressourcerne bedre, hvilket gør det muligt for sequenceren at håndtere større transaktionsvolumener.
• Lavere omkostninger: Mens hurtigere eksekvering alene ikke umiddelbart oversættes til reducerede gasgebyrer på grund af fraværet af en gebyrmekanisme, fortsætter Starknet med at demonstrere omkostningseffektivitet. For eksempel, under Starknets rekordstore præstation, var gasgebyrer i gennemsnit omkring $0,002 pr. transaktion. 0.13.4-opdateringen, som introducerer Cairo-Native, inkluderer også prisrelaterede forbedringer. Disse forbedringer er dog ikke direkte relateret til selve Cairo-Native. Selvom det fulde potentiale i Cairo-Natives skalerbarhed på transaktionsgebyrer endnu ikke er realiseret, positionerer kombinationen af ​​denne skalerbarhed med fremtidige gebyrrelaterede forbedringer Starknet som en yderst overkommelig og skalerbar løsning for Ethereum.
• Forbedret innovation: Ydeevnegevinster fra indbygget eksekvering gør det muligt for mere komplekse og dynamiske applikationer at trives på Starknet, hvilket åbner døren til innovative use cases og muligheder for udviklere.

Selvom indbygget eksekvering medfører betydelige hastighedsforbedringer, opstår der en naturlig bekymring for udviklere med hensyn til arbejdsgangen med dobbelt eksekvering mellem sequenceren og beviseren. Mens sequenceren drager fordel af at køre transaktioner ved hjælp af native artefakter for hastighed, stoler proveren stadig på Cairo VM til at udføre transaktioner trin for trin, hvilket sikrer, at de kan bevises for Ethereums STARK-verifikator.

CASM bruges stadig i denne proces, da det er repræsentationen valideret af STARK-verifikatoren på Ethereum. Denne dualitet – at udføre de samme transaktioner gennem to forskellige systemer – kan rejse gyldige spørgsmål om konsistens og korrekthed. Specifikt, hvordan kan vi være sikre på, at resultaterne fra indfødt eksekvering og Cairo VM-udførelse altid vil matche?

Det korte svar ligger i streng test og validering. Specifikt gennemførte LambdaClass -teamet omfattende replay-tests, en proces, hvor historiske Starknet-blokke genudføres under det nye system for at sikre, at hver transaktion giver de samme resultater.

Genafspilningstest er en kritisk metode til at verificere, at selv med to adskilte eksekveringsstier forbliver output konsistente. Udviklere kan derfor være sikre på, at denne omfattende valideringsproces minimerer risikoen for uoverensstemmelser betydeligt.

Derudover er det værd at bemærke, at Starknet altid har opereret med to separate eksekveringsflows. Selv før Cairo-Native stolede sequenceren ikke fuldt ud på Cairo VM til opgaver som syscalls eller statsadgang. Disse blev allerede håndteret anderledes, hvor beviseren fokuserede på at producere kryptografiske beviser for at opdatere Starknets tilstand på Ethereum.

I denne forstand repræsenterer indførelsen af ​​native henrettelse en evolution – ikke en afvigelse – fra Starknets etablerede arkitektur. Dette betyder også, at udviklere bør have få problemer med at designe applikationer til at fungere med Starknets nye eksekveringsmodel.

Samlet set låser Cairo-Native et nyt niveau af skalerbarhed og hastighed op for Starknet. Ved at skifte fra VM-baseret emulering til native udførelse kan netværket understøtte flere brugere, håndtere større transaktionsvolumener og levere en problemfri oplevelse for både udviklere og slutbrugere. Denne transformation styrker Starknets position som en førende L2-løsning og baner vejen for større innovation i Ethereum-økosystemet.

Cairo-Native vs Cairo: En sammenligning af Starknet-udførelsesmodeller

Cairo-Native markerer en banebrydende forbedring i Starknets eksekveringsmiljø – en, der leverer betydelige speedups i forhold til den traditionelle Cairo VM. Gennem omfattende benchmarks udført af LambdaClass og Nethermind er præstationsgevinsterne ved indbygget eksekvering blevet kvantificeret, hvilket fremhæver Cairo-Natives evne til drastisk at forbedre transaktions- og kontraktbehandlingshastigheder.

Udførelse benchmarks

Benchmarks afslørede, at Cairo-Native opnår en gennemsnitlig speedup på 5x i forhold til Cairo VM, med præstationsgevinster på fra 1,5x til 20x, afhængigt af den specifikke kontrakt. Disse resultater er mere end blot tal – de illustrerer, hvordan indbygget eksekvering direkte gavner brugere og udviklere.

For eksempel gennemførte en simpel STRK-overførsel mellem to Argent-konti ikke kun 2,3x hurtigere, men viste også 4,8x fremskyndelse i ERC-20 kontraktlogik. For brugerne betyder det lavere ventetider på transaktioner og smidigere interaktioner med decentrale applikationer (dApps). For udviklere sikrer disse forbedringer, at deres applikationer fungerer hurtigere og mere pålideligt, selv under stor netværksbelastning.

I mere krævende scenarier som STRK/ETH-swaps eller spilapplikationer som Influenceth , er fordelene endnu mere tydelige. Influenceth-transaktioner registrerede en transaktionshastighed på 10,5x, hvor nogle kontraktudførelser blev forbedret med så meget som 70x. Disse fremskridt giver udviklere mulighed for at skabe komplekse, højtydende decentraliserede applikationer, der baner vejen for rigere spiloplevelser, avancerede DeFi-protokoller og andre beregningsintensive use cases

Overgangen fra emulering til native udførelse understøtter disse fremskridt. Ved at kompilere programmer direkte i maskin-native kode, eliminerer Cairo-Native ineffektiviteten ved at emulere Cairo-instruktioner, hvor CPU'en i det væsentlige efterligner en anden virtuel CPU. Indbygget eksekvering gør det muligt for hardwaren at fungere med fuld kapacitet og levere uovertrufne præstationsforbedringer på tværs af alle transaktionstyper.

Compilation benchmarks

Cairo-Native introducerer en mere avanceret kompileringspipeline, der tilføjer flere trin til at oversætte Sierra-kode til native eksekverbare. Dette inkluderer processer som at konvertere Sierra til MLIR, optimere koden og til sidst kompilere den til maskinnative instruktioner. Selvom denne mere komplekse pipeline intuitivt kunne virke som om den ville øge den samlede kompileringstid, viser benchmarks, at de yderligere trin bidrager til mindre end 15 % af den samlede kompileringstid, hvilket viser, at processen forbliver effektiv.

Det er også værd at bemærke, at native eksekverbare filer er større i størrelse sammenlignet med CASM-artefakter. Denne stigning afspejler de ekstra detaljer og optimering, der kræves for maskin-native kode, men påvirker ikke netværkets ydeevne. Vigtigt er det, at kompilering kun udføres én gang på det tidspunkt, hvor kontrakten er implementeret på netværket, hvilket sikrer, at dette trin ikke påvirker realtidsydelsen af ​​sequenceren.

Hvad er konsekvenserne af henrettelse fra Cairo-indfødte for Starknet?

Konsekvenserne af Cairo-Native for Starknets økosystem er vidtrækkende. Ved at muliggøre hurtigere og mere effektiv transaktionsudførelse er denne opgradering sat til at forbedre brugeroplevelsen for alle applikationer på netværket. Med netværket, der forventes at håndtere næsten 1000 transaktioner i sekundet (TPS) ved udgangen af ​​2024, vil Starknet blive en af ​​de mest skalerbare og responsive L2-kæder i Ethereum-økosystemet.

For brugere betyder Cairo-Native-opgraderingen hurtigere transaktionsbekræftelse og endnu lavere omkostninger. Under Starknets rekordstore præstation tidligere i år var gasgebyrer i gennemsnit omkring $0,002 pr. transaktion. Med Cairo-Native forventes disse omkostninger at falde yderligere, hvilket styrker Starknet som et af de mest overkommelige Layer-2-netværk.

Indførelsen af ​​Cairo-indfødte henrettelse vil også overlade følgende brugssager:

Onchain gaming applikationer

Starknet har allerede vundet indpas som platform for blockchain-baserede spil, og Cairo-Native tager dette til næste niveau. Spil som Influenceth , der er afhængige af indviklet logik og hurtige interaktioner, vil drage betydelig fordel af hastighedsforbedringerne. Hurtigere eksekveringstider reducerer latenstid i spillet, hvilket muliggør jævnere oplevelser for spillere.

Udviklere kan også introducere mere kompleks spilmekanik, såsom multiplayer-funktioner i realtid og dynamiske NFT-interaktioner, uden at bekymre sig om flaskehalse i ydeevnen. Dette kan skabe en ny klasse af onchain-gamingapplikationer, hvis gameplay kan måle sig med traditionelle konkurrenters.

Sociale medieplatforme

Decentraliserede sociale medieplatforme kræver høj transaktionsgennemstrømning og lav latenstid for at sikre problemfri brugerinteraktion, såsom opslag, kommentarer og afstemning. Med Cairo-Native kan disse platforme skaleres til at understøtte millioner af brugere, og tilbyde feeds i realtid og øjeblikkelige reaktioner, der konkurrerer med traditionelle Web2-modparters ydeevne. Lavere gasomkostninger forbedrer tilgængeligheden yderligere, hvilket gør decentraliserede sociale medier til et mere levedygtigt alternativ til centraliserede platforme og forbereder det til mainstream-adoption.

Decentraliseret finans (DeFi)

DeFi-økosystemet på Starknet vil også høste fordelene ved Cairo-Native. Komplekse finansielle operationer som swaps, udlån og udbytteavl kræver høj gennemstrømning og præcision. Hurtigere eksekveringstider sikrer, at handler og likvidationer sker i realtid, hvilket minimerer glidning og giver brugerne bedre resultater. Derudover muliggør lavere gasgebyrer mikrotransaktioner, hvilket gør DeFi-protokoller mere tilgængelige for et bredere publikum.

Konklusion

Kairo-indfødte henrettelse er en kritisk milepæl i Starknet-køreplanen . Ved at introducere et nyt eksekveringsniveau befæster Starknet ikke kun sin position som en førende Layer-2-platform, men sætter også præcedens for det bredere Ethereum rollup-økosystem. Starknets innovation viser, hvordan rollups kan opnå uovertruffen skalerbarhed og effektivitet, og hjælper Ethereum med at komme tættere på sin vision om masseadoption og samtidig bevare sine principper om decentralisering og sikkerhed.

Cairo-Native giver udviklere et robust, højtydende miljø, der understøtter mere dynamiske og innovative applikationer. Ved at reducere eksekveringstider og ressourceoverhead kan udviklere fokusere på at skabe rigere, mere interaktive oplevelser, som tidligere var begrænset af netværksbegrænsninger.

Som nævnt i et tweet er der stadig potentiale for yderligere optimering - hvilket betyder, at Cairo-Natives ydeevne kan fortsætte med at forbedre sig over tid. I denne forstand repræsenterer opgraderingen til Cairo-Native-udførelse et afgørende skridt mod at realisere Starknets fulde potentiale som en hurtig, skalerbar og udviklervenlig platform og fremme mulighederne for rollup-teknologi på tværs af Ethereums økosystem.

En version af denne artikel blev oprindeligt offentliggjort her .