Cairo 或將取代 Solidity 的原因

2022-01-30 06:01:02

在這篇文章中，我將論證Cairo可以影響即將到來的可證明計算的浪潮，就像Solidity支持可組合計算一樣。Cairo是StarkNet的原生編程語言，StarkNet是一種用於擴展以太坊的L2網絡。

當我們把智能合約僅僅看作是金融的延伸(DeFi)或網絡的泛化(web3)時，這是令人遺憾的。智能合約網絡實際上是可組合計算的平臺。

以太坊嵌入了一些允許其計算機程序互操作的標准：

透明字節碼（沒有隱藏的Web API）
標准化API結構（稱為ABI）
保證正常運行時間（每個應用都托管在多臺機器上，每個應用程序拒絕服務是不經濟的）
內置支付基礎設施（不依賴於Stripe等第三方）
完整的部署和交易沿襲
不同應用程序層（治理、所有權等）之間無摩擦的合約

這些限制可能會降低开發人員的生產力，但也會以前所未有的規模激勵有狀態應用程序的組合和重用。

Solidity 是可組合計算的第一個主流語言

Solidity被創建為一種與上述標准兼容的簡單語言。它提供了:

基本狀態機功能(狀態、訪問、更新等)
無法訪問不可組合的原語(例如，外部數據饋送)
合約對合約交互的接口（組合方式）
用於交易費用的內置gas計量
對底層虛擬機（程序集）的高性能訪問

雖然現有的編程語言可以適應可組合計算，但它們需要擴展（為組合添加接口）和限制（消除所有形式的非確定性和外部訪問）的組合，這很難合並。此外，在優化上其是與優化 Solidity 代碼（gas 成本）完全不同的性能指標（執行足跡），這些語言的編譯器就是這么被定義的。

引入可證明的計算

StarkNet的可擴展性工具ZK-Rollups啓用了一種被稱為可證明計算的新範式。在這個範例中，我們保留了可組合計算的所有優點，但也允許程序證明它們已被執行，而無需重新運行。

這個簡單想法允許我們從一個需要重新運行交易的網絡(以太坊)轉移到一個更好的網絡(StarkNet)，在這個網絡中，通過驗證交易已以特定結果執行的證明來驗證交易，這是一個更經濟的操作。

因為這個範式是如此不同，它也需要一個不同的計算模型，有效地將程序轉換成數值理論方程，而不是在機器上執行它們。

我們可以用什么編程語言來實現呢?

Solidity vs. Cairo

考慮Solidity是很自然的。首先，它已經支持組合(調用其他智能合約)，並被廣泛採用。第二，在Solidity上部署了一系列應用程序，可以很容易地遷移到其他Layer 2解決方案(包括支持可證明計算的zkSync)。第三，Solidity有一個維護良好的多層編譯器，可以適應不同的用例。

但是Solidity並不是可證明計算的固有特性。任何接受慣用的Solidity代碼並將其轉換為證明的編譯器都會遇到以下問題：

依賴於低效的數據結構，如`uint256
語言層面的可變性
缺乏高效的內置插件
沒有底層訪問

技術細節：在實踐中，有兩種不同的技術來證明通用程序(SNARK和STARK)。SNARK青睞的指令集更適合作為Solidity等語言的編譯目標。STARK提供了更多的可伸展性，同時具有不太自然的指令集。當我們說“Solidity 不是可證明計算的有效語言時，我們實際上是指兩件事：1) Solidity 可以有效地編碼為 SNARK，但它們不像 STARK 那樣可擴展 2)Solidity不是編譯到STARK的最佳語言，因為在 Solidity 中常見的構造對於 STARK 來說是“昂貴的”。

Cairo有上述所有解決方案：