A execución nativa do Cairo de Starknet utiliza a súa linguaxe de programación personalizada, Cairo, para aumentar a escalabilidade, reducir custos e mellorar o rendemento dos contratos intelixentes. Non obstante, os desafíos xorden da necesidade dunha adopción máis ampla dos desenvolvedores, compatibilidade de ferramentas e equilibrar a innovación coa accesibilidade en todo o ecosistema.

Introdución: execución de Starknet e do Cairo

Starknet é un protocolo Ethereum Layer 2 (L2) que aproveita as probas criptográficas STARK (Succinct Transparent Arguments of Knowledge) para potenciar a computación verificable a escala. Do mesmo xeito que outras cadeas de bloques L2, Starknet é capaz de ofrecer unha escalabilidade e seguridade significativas para as transaccións L2 preservando a descentralización.

No núcleo de Starknet atópase a máquina virtual (VM) do Cairo, un ambiente de execución deseñado especialmente para aproveitar as capacidades de proba criptográfica dos STARK. A diferenza doutras máquinas virtuales, a máquina virtual Cairo de Starknet está deseñada para executar programas comprobables, o que reduce a sobrecarga asociada á xeración de probas para verificar o cálculo. Isto permite que Starknet procese un gran número de transaccións mantendo unha verificación sen confianza.

Dito isto, a verdadeira medida do rendemento de Starknet, como a experimentan os usuarios finais, depende da velocidade á que o seu secuenciador procesa as transaccións e confirma os resultados de execución. Tamén coñecidas como "confirmacións suaves", a confirmación do secuenciador do éxito (ou fallo) da transacción son útiles para os usuarios sensibles ao tempo que queren evitar esperar a que as transaccións finalicen en Ethereum L1 antes de coñecer o estado dunha transacción.

Tal e como está hoxe, o rendemento das transaccións de Starknet depende en gran medida da eficiencia do secuenciador. O secuenciador é responsable de recibir, organizar e probar as transaccións antes de envialas a Ethereum para a verificación final. Aínda que Starknet usa un único secuenciador actualmente, planea descentralizar o secuenciador para conseguir unha mellor resistencia á censura e unha maior tolerancia aos fallos (un secuenciador fóra de liña non pode eliminar a rede).

O 29 de outubro, Starknet rexistrou unha media de 127 transaccións por segundo (TPS) durante un período continuo de 24 horas. Este non foi só un pico puntual, senón un fito de rendemento sostido logrado durante as operacións normais, que mostra a capacidade do paquete acumulado para xestionar grandes volumes de transaccións en condicións reais. Xunto a este logro, o rendemento de Starknet destaca polas súas confirmacións de transaccións ultrarrápidas (con unha media inferior a dous segundos) e as tarifas ultra baixas (0,002 dólares por transacción), o que o converte nunha solución rendible e eficiente para escalar Ethereum.

Non obstante, manter este nivel de rendemento require unha innovación constante, especialmente a medida que crece a demanda dos usuarios. Aquí é onde entran en xogo as próximas melloras de Starknet no seu modelo de execución, introducindo optimizacións que prometen non só un procesamento de transaccións máis rápido, senón tamén un uso máis eficiente dos recursos. Estes desenvolvementos marcan un paso crítico para elevar o ambiente de execución de Starknet para satisfacer as demandas dun ecosistema en rápida evolución.

Starknet xa introduciu actualizacións transformadoras na súa arquitectura para mellorar o rendemento e reforzar a UX (por exemplo, execución paralela e empaquetado de bloques mediante a actualización de Bolt). Estas innovacións reduciron drasticamente os tempos de procesamento de transaccións e os custos de gas ao permitir que o secuenciador manexa as transaccións de forma máis eficiente. Para obter máis información sobre a actualización de Bolt e como mellora a escalabilidade de Starknet, le o noso explicativo de Starknet Bolt .

Partindo desta base, Starknet céntrase agora en optimizar aínda máis o seu ambiente de execución con Cairo-Native. As próximas melloras redefinirán como se procesan as transaccións, pasando da emulación baseada en máquinas virtuais á execución nativa. Estes cambios prometen melloras significativas na velocidade de procesamento e na eficiencia dos recursos, o que garante que Starknet poida satisfacer as crecentes demandas dos usuarios.

Na seguinte sección, analizaremos o ambiente de execución de Starknet e afondaremos en como se están a reimaxinar a máquina virtual de Cairo e a arquitectura máis ampla para soportar a seguinte fase de escalabilidade e eficiencia. Mergullémonos!

Unha suave introdución á execución nativa do Cairo

O ambiente de execución de Starknet evolucionou significativamente ao longo do tempo para mellorar o rendemento e garantir a seguridade. Inicialmente, Starknet confiaba nunha canalización sinxela onde o código do Cairo de alto nivel se compilaba directamente en CASM (Asemblea do Cairo) para a súa execución. Aínda que este enfoque funcionou, deixou a rede vulnerable a ineficiencias e riscos de seguridade. Por exemplo, non se puido probar un código non válido e o secuenciador estivo exposto a potenciais ataques DoS debido á falta de garantías na contabilidade do gas.

Para solucionar estes problemas, a actualización de Cairo 1.0 introduciu Sierra, unha representación intermedia (IR) que fai cumprir a seguridade desde o deseño. Inspirado en linguaxes como Rust, Sierra garante que os desenvolvedores seguen patróns de codificación máis estritos, eliminando de forma efectiva os erros de execución e permitindo unha contabilidade precisa do gas. Esta actualización xa está activa na rede principal de Starknet e supón un paso crucial cara a un ambiente de execución máis robusto e seguro.

Cairo-Native baséase neste progreso e mellora aínda máis o rendemento de Starknet ao permitir a execución nativa. A execución nativa é unha desviación do patrón anterior de execución de programas na máquina virtual de Cairo e representa o seguinte salto adiante en termos de rendemento para Starknet.

Como funciona a execución Cairo-Native?

Anteriormente, o secuenciador Starknet executaba programas usando unha máquina virtual que emulaba código, o que introducía unha sobrecarga significativa e retardaba o procesamento de transaccións. A emulación neste contexto implica programar a CPU para que se comporte como unha CPU do Cairo teórica, interpretando as instrucións paso a paso. Aínda que é funcional, este proceso é inherentemente ineficiente porque impide que a CPU utilice plenamente as súas capacidades e estilos de execución nativos.

Pola contra, a execución nativa elimina esta incomodidade, permitindo que os programas se executen directamente no sistema operativo no conxunto de instrucións nativo da CPU. Este cambio mellora drasticamente a velocidade de execución e a eficiencia dos recursos, o que permite que Starknet procese as transaccións máis rápido que nunca.

Para conseguilo, a execución Cairo-Native integra tecnoloxías de compilación avanzadas como MLIR ( Multi-Level Intermediate Representation ) e LLVM ( Máquina Virtual de Baixo Nivel ). Estas ferramentas úsanse amplamente no desenvolvemento de software moderno para compilar código en instrucións optimizadas a nivel de máquina.

Cairo-Native toma os programas Sierra e organízaos nunha forma intermedia, MLIR, que tamén permite optimizacións sofisticadas, mentres que LLVM compila isto en executables nativos adaptados ao sistema operativo subxacente. Este proceso de compilación de dobre capa garante que os executables xerados sexan rápidos, eficientes e listos para a execución directa sen sobrecarga adicional.

O impacto desta actualización no rendemento do secuenciador (e da rede en xeral) é profundo:

• Aumento da velocidade: ao eliminar a necesidade da emulación de VM, a execución nativa permite que o secuenciador procese transaccións significativamente máis rápido, reducindo a latencia en toda a rede.
• Mellor utilización dos recursos: os executables optimizados xerados por LLVM fan un mellor uso dos recursos do sistema, o que permite ao secuenciador xestionar volumes de transaccións máis elevados.
• Custos máis baixos: aínda que a execución máis rápida por si soa non se traduce inmediatamente en tarifas de gas reducidas debido á ausencia dun mecanismo de tarifas, Starknet segue demostrando a eficiencia dos custos. Por exemplo, durante o rendemento récord de Starknet, as taxas de gas promediaron uns 0,002 dólares por transacción. A actualización 0.13.4, que introduce Cairo-Native, tamén inclúe melloras relacionadas cos prezos. Non obstante, estas melloras non están directamente relacionadas co propio Cairo-Native. Aínda que todo o potencial da escalabilidade de Cairo-Native nas tarifas de transacción aínda non se realizou, a combinación desta escalabilidade con futuras melloras relacionadas coas tarifas sitúa a Starknet como unha solución altamente accesible e escalable para Ethereum.
• Innovación mellorada: as ganancias de rendemento da execución nativa permiten que aplicacións máis complexas e dinámicas prosperen en Starknet, abrindo a porta a casos de uso e oportunidades innovadoras para os desenvolvedores.

Aínda que a execución nativa trae importantes melloras de velocidade, xorde unha preocupación natural para os desenvolvedores en relación ao fluxo de traballo de execución dual entre o secuenciador e o probador. Aínda que o secuenciador se beneficia de executar transaccións usando artefactos nativos para a velocidade, o probador aínda depende da máquina virtual de Cairo para executar transaccións paso a paso, garantindo que se poidan probar co verificador STARK de Ethereum.

CASM aínda se usa neste proceso, xa que é a representación validada polo verificador STARK en Ethereum. Esta dualidade -executar as mesmas transaccións a través de dous sistemas diferentes- pode suscitar preguntas válidas sobre a coherencia e a corrección. En concreto, como podemos estar seguros de que os resultados da execución nativa e da execución da máquina virtual do Cairo sempre coincidirán?

A resposta curta reside en probas e validacións rigorosas. En concreto, o equipo de LambdaClass realizou extensas probas de repetición, un proceso no que os bloques históricos de Starknet se reexecutan baixo o novo sistema para garantir que cada transacción produce os mesmos resultados.

As probas de reprodución son un método crítico para verificar que aínda con dúas rutas de execución distintas, as saídas seguen sendo consistentes. Así, os desenvolvedores poden estar seguros de que este extenso proceso de validación minimiza significativamente o risco de discrepancias.

Ademais, paga a pena notar que Starknet sempre funcionou con dous fluxos de execución separados. Mesmo antes de Cairo-Native, o secuenciador non confiaba totalmente na máquina virtual de Cairo para tarefas como syscalls ou acceso ao estado. Estes xa foron tratados de forma diferente, co probador centrándose na produción de probas criptográficas para actualizar o estado de Starknet en Ethereum.

Neste sentido, a introdución da execución nativa supón unha evolución —non un afastamento— da arquitectura establecida de Starknet. Isto tamén significa que os desenvolvedores deberían ter poucos problemas ao deseñar aplicacións para traballar co novo modelo de execución de Starknet.

En xeral, Cairo-Native desbloquea un novo nivel de escalabilidade e velocidade para Starknet. Ao pasar da emulación baseada en VM á execución nativa, a rede pode soportar máis usuarios, xestionar maiores volumes de transaccións e ofrecer unha experiencia perfecta tanto para desenvolvedores como para usuarios finais. Esta transformación solidifica a posición de Starknet como solución líder L2 e allana o camiño para unha maior innovación no ecosistema Ethereum.

Cairo-Native vs Cairo: unha comparación dos modelos de execución de Starknet

Cairo-Native marca unha mellora revolucionaria no ambiente de execución de Starknet, que ofrece unha aceleración significativa sobre a máquina virtual de Cairo tradicional. A través de amplos benchmarks realizados por LambdaClass e Nethermind, cuantificáronse os beneficios de rendemento da execución nativa, destacando a capacidade de Cairo-Native para mellorar drasticamente as velocidades de procesamento de transaccións e contratos.

Puntos de referencia de execución

Os puntos de referencia revelaron que Cairo-Native logra unha aceleración media de 5 veces sobre a máquina virtual de Cairo, con ganancias de rendemento que van de 1,5x a 20x, dependendo do contrato específico. Estes resultados son máis que só números: ilustran como a execución nativa beneficia directamente aos usuarios e aos desenvolvedores.

Por exemplo, unha simple transferencia STRK entre dúas contas Argent non só completou 2,3 ​​veces máis rápido, senón que tamén mostrou unha aceleración de 4,8 veces na lóxica do contrato ERC-20. Para os usuarios, isto significa menores tempos de espera para as transaccións e interaccións máis fluidas con aplicacións descentralizadas (dApps). Para os desenvolvedores, estas melloras garanten que as súas aplicacións funcionen de forma máis rápida e fiable, mesmo con cargas de rede pesadas.

En escenarios máis esixentes como os intercambios STRK/ETH ou aplicacións de xogos como Influenceth , os beneficios son aínda máis evidentes. As transaccións de Influenceth rexistraron unha aceleración das transaccións de 10,5 veces, e algunhas execucións de contratos melloraron ata 70 veces. Estes avances permiten aos desenvolvedores crear aplicacións descentralizadas complexas e de alto rendemento, abrindo o camiño para experiencias de xogo máis ricas, protocolos DeFi avanzados e outros casos de uso intensivos en computación.

A transición da emulación á execución nativa sustenta estes avances. Ao compilar programas directamente en código nativo da máquina, Cairo-Native elimina as ineficiencias de emular instrucións de Cairo, onde a CPU esencialmente imita a outra CPU virtual. A execución nativa permite que o hardware funcione a plena capacidade, ofrecendo melloras de rendemento inigualables en todos os tipos de transaccións.

Puntos de referencia de compilación

Cairo-Native introduce unha canalización de compilación máis avanzada, engadindo varios pasos para traducir o código Sierra a executables nativos. Isto inclúe procesos como converter Sierra en MLIR, optimizar o código e, finalmente, compilalo en instrucións nativas da máquina. Aínda que este pipeline máis complexo pode parecer intuitivamente que aumentaría o tempo de compilación global, os puntos de referencia mostran que os pasos adicionais contribúen a menos do 15 % do tempo total de compilación, o que demostra que o proceso segue sendo eficiente.

Tamén vale a pena sinalar que os executables nativos son de maior tamaño en comparación cos artefactos CASM. Este aumento reflicte o detalle e a optimización engadidos necesarios para o código nativo da máquina, pero non afecta o rendemento da rede. É importante destacar que a compilación só se realiza unha vez, no momento en que o contrato se desprega na rede, garantindo que este paso non afecte o rendemento en tempo real do secuenciador.

Cales son as implicacións da execución nativa do Cairo para Starknet?

As implicacións de Cairo-Native para o ecosistema de Starknet son de gran alcance. Ao permitir unha execución de transaccións máis rápida e eficiente, esta actualización está configurada para mellorar enormemente a experiencia do usuario para todas as aplicacións da rede. Coa rede proxectada para xestionar case 1000 transaccións por segundo (TPS) a finais de 2024, Starknet converterase nunha das cadeas L2 máis escalables e sensibles do ecosistema Ethereum.

Para os usuarios, a actualización de Cairo-Native significa unha confirmación da transacción máis rápida e custos aínda máis baixos. Durante o rendemento récord de Starknet a principios deste ano, as taxas de gas promediaron uns 0,002 dólares por transacción. Con Cairo-Native, espérase que estes custos diminúen aínda máis, consolidando a Starknet como unha das redes de capa 2 máis asequibles.

A introdución da execución nativa do Cairo tamén aumentará os seguintes casos de uso:

Aplicacións de xogos en cadea

Starknet xa gañou tracción como plataforma para xogos baseados en blockchain, e Cairo-Native leva isto ao seguinte nivel. Xogos como Influenceth , que dependen dunha lóxica complexa e interaccións rápidas, beneficiaranse significativamente das melloras de velocidade. Os tempos de execución máis rápidos reducen a latencia no xogo, o que permite aos xogadores experiencias máis fluidas.

Os desenvolvedores tamén poden introducir mecánicas de xogo máis complexas, como capacidades multixogador en tempo real e interaccións dinámicas de NFT, sen preocuparse polos pescozos de botella de rendemento. Isto pode xerar unha nova clase de aplicacións de xogos en cadea cuxo xogo pode rivalizar coa dos competidores tradicionais.

Plataformas de redes sociais

As plataformas de redes sociais descentralizadas requiren un alto rendemento de transaccións e unha baixa latencia para garantir unha interacción fluida dos usuarios, como publicar, comentar e votar. Con Cairo-Native, estas plataformas poden escalar para soportar millóns de usuarios, ofrecendo feeds en tempo real e reaccións instantáneas, rivalizando co rendemento dos tradicionais homólogos de Web2. Os custos máis baixos do gas melloran aínda máis a accesibilidade, facendo que as redes sociais descentralizadas sexan unha alternativa máis viable ás plataformas centralizadas e preparándoas para a súa adopción.

Finanzas descentralizadas (DeFi)

O ecosistema DeFi en Starknet tamén recollerá os beneficios de Cairo-Native. As operacións financeiras complexas como as permutas, os préstamos e a agricultura de rendemento requiren un alto rendemento e precisión. Os tempos de execución máis rápidos garanten que as operacións e liquidacións se realicen en tempo real, minimizando o deslizamento e proporcionando aos usuarios mellores resultados. Ademais, as tarifas de gas máis baixas permiten microtransaccións, facendo que os protocolos DeFi sexan máis accesibles para un público máis amplo.

Conclusión

A execución dos nativos do Cairo é un fito fundamental na folla de ruta de Starknet . Ao introducir un novo nivel de execución, Starknet non só consolida a súa posición como plataforma líder de capa 2, senón que tamén establece un precedente para o ecosistema máis amplo de rollup de Ethereum. A innovación de Starknet mostra como os rollups poden acadar unha escalabilidade e eficiencia incomparables, axudando a Ethereum a achegarse á súa visión de adopción masiva mantendo os seus principios de descentralización e seguridade.

Cairo-Native ofrece aos desenvolvedores un ambiente robusto e de alto rendemento que admite aplicacións máis dinámicas e innovadoras. Ao reducir os tempos de execución e a sobrecarga de recursos, os desenvolvedores poden centrarse en crear experiencias máis ricas e interactivas que antes estaban limitadas polas limitacións da rede.

Como se indicou nun tweet , aínda hai potencial para unha maior optimización, o que significa que o rendemento de Cairo-Native pode seguir mellorando co paso do tempo. Neste sentido, a actualización á execución nativa do Cairo representa un paso crucial para realizar todo o potencial de Starknet como unha plataforma rápida, escalable e amigable para os desenvolvedores e para avanzar nas capacidades da tecnoloxía de acumulación no ecosistema de Ethereum.

Unha versión deste artigo publicouse orixinalmente aquí .