STA:详解StarkNet性能路线图：如何优化排序器？

Rollups的有效性不受限于L1的吞吐量，使得L2的TPS可以很高。在StarkNet的性能路线图中，解决了系统中的一个关键因素——排序器。性能的改进主要有以下几点：排序器的并行化为Cairo虚拟机提供Rust语境下的实现在Rust语境下的排序器证明者并不是瓶颈，他们可以处理比现在更多的东西。简介

大约一年前，StarkNetAlpha正式上线了以太坊主网，这时，我们将重心放在了功能的构建上，现在，我们决定将重点转移到提高性能之上，并计划通过一系列的步骤来提高StarkNet上的用户体验。在这篇文章中，我将解释为什么有很多优化措施只适用于有效性汇总，并分享StarkNet实施这些措施的计划和步骤，其中一些计划已经在StarkNetAlpha0.10.2中实现，在讨论具体的细节之前，让我们先来回顾一下限制链上性能的原因。区块限制：ValidityRollups与L1

Memeland启动Memecoin代币申领:5月29日消息，NFT项目Memeland发推表示目前已经启动了Memecoin代币申领，并且公布了代币申领地址，该代币可在旗下游戏中使用。此前Memeland背后Meme社区9GAG CEO陈展程发推表示即将推出MEM 代币（可能），并称9GAG的目标是使Memeland成为顶级Web3公司并使Memecoin成为头部代币。[2023/5/29 9:48:50]

提高区块链可扩展性和TPS的方法之一是：在解除区块的限制同时，保持区块生成时间的不变。这需要区块生产者提供更高效的服务，因此就需要更有效地执行这些组件，因此，我们将重点转移到StarkNet排序器的优化之上，在下文会详述具体内容。这里会有一个问题，为什么对排序器的优化仅仅对ValidityRollups有效，换句话说，为什么我们不能在L1上以相同的方法改进，避免有效性汇总有复杂性？在下一节内容中，对这一问题将进行回答。为什么L1吞吐量有限

数据：Arbitrum已创建账户总量突破700万:5月22日消息，据Dune Analytics最新数据显示，Arbitrum已创建账户总量突破700万，现为705.4万，其中活跃账户总量为590万。历史数据显示，Arbitrum已创建账户总量在今年四月中旬达到500万个，较过去一个月相比涨幅近30%。此外，当前Arbitrum链上交易总量近2.5亿笔，累计锁定的ERC-20代币价值达到91.45亿美元。[2023/5/22 15:18:05]

如果L1的区块限制被解除，会遇到一个很大的问题，因为链的高吞吐带来了链上区块的高增长率，为了确保不同的节点跟上最新的全链状态，就需要增加了更多的全节点。又由于L1全节点必须记录所有历史记录，区块大小的大幅增加会给全节点运营者带来巨大压力，并导致部分全节点因为机器性能落后而退出系统，结果，能够运营全节点的都是一些比较大的实体，最终就是用户无法以无信任的姿态验证状态并参与网络。这也让我们明白，从某种意义上来说正是L1吞吐量的限制，成就了一个真正去中心化的和相对安全的网络系统。上述问题为什么不会出现在ValidityRollups之上？

玩具制造商美泰将于5月22日推出《速度与激情》电影相关NFT系列:5月17日消息，随着《速度与激情10》电影上映，美国玩具制造商美泰将于5月22日推出基于“速度与激情（Fast & Furious）”系列的最新版“风火轮NFT车库（Hot Wheels NFT Garage）”系列。“风火轮NFT车库”与“速度与激情”系列将在Flow区块链上推出，并以电影中的汽车为主题，包括Dominic Toretto的座驾1970道奇Charger，Brian O'Conner的座驾1969 Camero，以及Suki的座驾本田S2000。限量版NFT的售价为每包20美元。[2023/5/17 15:07:58]

只有在考虑全节点的问题时，我们才能看到有效性汇总的优势。正常情况下，一个L1全节点需要重新执行整个链的历史以确保当前状态的正确性，而StarkNet节点只需要验证STARK证明，而且这种验证需要的计算资源呈指数级下降。重点是，链上全节点状态的验证同步没有涉及到执行；一个节点可以从另一个全节点那里接受当前状态的转储，只需通过STARK证明来验证这个状态是否有效即可。这让我们在增加网络的吞吐量的同时，不用增加全节点的数量。因此，在L2上，通过对排序器的优化可以对整个系统的性能进行提升，但这在L1上不能实现的。StarkNet的未来性能路线图

加密贷款机构Vauld拒绝Nexo的收购提案:金色财经报道，由于担心Nexo的财务健康和其他问题，加密贷款机构Vauld及其债权人委员会（COC）拒绝了竞争对手Nexo的\"最终\"收购提案。

12月26日，Nexo在一封公开信中向Vauld的债权人提出了这个建议。然而，Vauld拒绝了Nexo的提议，因为它与之前的提议相比没有重大变化，因此，它继续向Nexo寻求关于其两个关键问题的答案。这两个问题是Nexo将如何处理总部位于美国的Vauld债权人的索赔，因为它最近宣布了退出市场的计划，以及Nexo是否有良好的财务状况。[2023/1/5 10:23:42]

这一部分，我们将讨论目前有哪些计划用于对StarkNet排序器的优化。排序器并行化

性能路线图的第一步是为交易执行引入并行化。这个提议是在StarkNetalpha0.10.2中正式引入的，该版本于11月29日在以太坊主网上发布，我们现在来深入探讨下什么是并行化。一般来说，并行执行多个交易区块是不可以的，因为不同的交易可能是相互依赖的。以下方示例中进行说明，我们假设有一个包含来自同一用户的三笔交易的区块：TxA：将USDC兑换ETHTxB：为某款NFT支付ETH费用TxC：将USDT兑换BTC显然，交易A必须发生在交易B之前，但交易C完全独立于两者，是可以并行执行的。如果每个交易需要1秒执行，那么通过引入并行化处理之后，区块生产时间可以从3秒减少到2秒。问题的关键在于，我们事先并不知道不同交易之间的依赖性。在实践中，只有当我们执行到示例中的TxB时，我们才会发现它是依赖于TxA所做的改变。更准确地说，这种依赖性源于TxB从TxA写入的存储单元中读取这一动作。我们可以把不同的Tx看成是一个依赖图，其中存在从交易A到交易B的一条边，当且仅当A写入一个由B读取的存储单元时，B才可能执行。下图显示了这种依赖之间的关系：

彭博社：研究表明尼日利亚对加密货币的兴趣最高:8月10日消息，据彭博社援引价格追踪机构CoinGecko的一项研究，自4月数字资产开始下降以来，尼日利亚对加密货币的兴趣比任何其他国家都高。该研究查看了谷歌趋势数据中的六项搜索，例如购买加密货币、投资加密货币等，然后将这些数据组合起来，为每个英语国家提供一个总搜索排名。紧随其后的是阿拉伯联合酋长国和新加坡。

此前消息，尼日利亚证券交易所在6月表示，计划明年启动一个支持区块链的平台，以深化贸易并吸引年轻投资者进入市场。[2022/8/10 12:16:13]

在上面的示例中，每一列都可以并行执行。为了克服事先无法确定不同交易事件之间的依赖关系，我们根据AptosLabs推出的BLOCK-STM，将OP并行化引入到StarkNet排序器中。在这种模式下，会以乐观地方式并行地处理事务，并在发现碰撞时重新执行。比如在上述示例图中，我们可以并行执行TX1-4，但事后发现Tx4依赖于Tx1，因此这次执行是无效的，在这种情况下，将重新执行Tx4。请注意，在上述这种乐观并行化的基础上我们也增加一些优化措施。例如，与其等待每个执行的结束，可以在发现一个使之运行结果无效的依赖关系时就中止执行。另一个优化的例子是选择哪些事务来重新执行。假设由上述示例图的所有事务组成的区块被送入一个拥有五核CPU的排序器。首先，我们尝试并行执行tx1-5，如果完成的顺序是Tx2、Tx3、Tx4、Tx1，最后是Tx5，那么我们将在Tx4已经执行后才发现依赖关系Tx1→Tx4，这表明它应该被重新执行。直观地说，考虑到Tx4的重新执行，Tx5也需要重新执行，然而，我们可以遍历由执行已经结束的事务构建的依赖图，只重新执行依赖于Tx4的事务，而不是将失效Tx4之后的事务都重新执。Rust语境下的Cairo-VM实现

StarkNet中的智能合约是通过Cairo语言编写的，并在Cairo-VM虚拟机中执行。目前，排序器正在使用python语言在Cairo-VM上运行。为了优化虚拟机的实现性能，我们之前发起了用Rust重写Cairo-VM虚拟机的工作。目前，cairo-rs可以执行原生Cairo代码，下一步是处理智能合约的执行和与pythonic排序器的集成，一旦与cairo-rs集成，排序器的性能有望进一步提高。Rust语境下的排序器

通过python到rust的转变以提高网络性能，不仅限于Cairo-VM，StarkNet用Rust重写了排序器相关的代码。除了Rust的内部优势之外，这还为排序器的其他优化提供了可能，比如，可以集合cairo-rs的优势，而无需python-rust通信的开销，也可以完全重新设计状态的存储和访问方式。证明者

在整篇文章中，没有提到有效性汇总中核心元素之一——证明者。作为可以说是架构中最复杂的组件，证明者算是瓶颈，也是优化的重点。但现在，StarkNet的瓶颈是更加「标准」的组件，特别是对于递归证明，可以将当前测试网/主网上的更多交易放入证明中。事实上，StarkNet区块与StarkEx交易一起得到有效的市场证明，后者有时会有数十万NFT的铸造事件。总之，并行化、Rust等改进，都是为接下来StarkNet提升TPS所做的准备。

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