📜 [專欄新文章] [zkp 讀書會] Cairo 語言介紹

✍️ NIC Lin

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Cairo 是 STARK 證明系統的其中一個編程語言，讓開發者能透過 Cairo 來使用 STARK，撰寫效能更高的 Dapp

Photo by Simon Berger on Unsplash

Warning：本篇會保持在 high level 的介紹，實際深入的部分請見文內附上的文檔或是官方開發者文件

背景介紹

建構於密碼學的零知識證明能提供計算的隱私性，但同時在區塊鏈生態系也被用來提升 Scalability — 我可以用 10 秒的運算資源來驗證原本耗費 1000 秒運算資源的計算過程

如同更多人熟悉的 SNARK，STARK 也是一個零知識證明的證明系統，但當前的 STARK 著重的是在 Scalability ，而非大家比較習以為常零知識證明提供的隱私性特質

其實目前基於 SNARK 的 Rollup 項目，例如 zkSync、Loopring、Aztec、zkopru，除了 Aztec 外，其他都是利用 SNARK 來增加 Scalability — 這些 Rollup 上資料都還是公開、沒有隱私性的

StarkWare 是目前唯一基於 STARK 的開發團隊

STARK 要加上隱私保護不會太難，只是 StarkWare 還沒有把這項功能放在未來規劃中

Cairo 簡介

標榜為圖靈完備的零知識證明系統語言，Cairo 對原本熟悉 Solidity 的開發者來說還是會感到比較難上手和陌生的。再加上套件庫還不夠充足，目前支援的雜湊函式是 Pedersen，數位簽章演算法是 ECDSA（相對於 SNARK，EdDSA 的效能反而比較差所以沒有支援）。
但 Cairo 還在早期開發的階段，相信開發體驗會越來越好的。

另外需要注意的是作為一個證明系統，會有 Prover 和 Verifier 的角色。而 STARK 的 Verifier 是公開的，但 Prover 軟體預計會有 License 保護。Prover 一般情況下不得用於商業用途，除非將 proof 上傳至官方的 Verifier。

最後要提及的是，第一版的 Cairo 是設計來方便開發者將 Dapp 的運算遷移至鏈下。不同於 Rollup，這個鏈下只會有它自己一個 Dapp。這個 Dapp 的項目方自己維護自己 Dapp 的 state。（ Rollup 則是 operator 維護所有 Dapp 的 state，Dapp 開發者不需自己操煩）
這可能有點難懂。如果你有在寫 Solidity，想像一下今天你在合約要用到合約裡宣告的 storage 變數時，你要自己提供 merkle proof 上來，證明這個storage 變數真的是這個值。這個就是開發者要自己維護 state 的意思。

而第二版的 Cairo 則是 StarkNet 裡使用的 Cairo（第一和第二版是不同編譯器），這版的 Cairo 就是作為 Dapp 在 Rollup 開發所使用 — 開發者可以在合約裡宣告變數，變數的值不需開發者維護，可以直接假設存在。
註1：StarkWare 不喜歡 Rollup 這個詞，他們覺得 Data Availability 的需求是一段光譜：不一定得要把 data 全都送上 L1，中間有其他方式可以做不同層級的 Data Availability。
註2：第一版和第二版實際上在官方版本裡是 0.0.1 及 0.0.2，在撰文當前最新版即是 0.0.2

官方網站：https://www.cairo-lang.org
開發者文件：https://www.cairo-lang.org/docs/

開發環境

Cairo 有提供像是 Remix 的瀏覽器 IDE：playground。裡面提供各種範例練習和挑戰，除了可以編譯，還可以直接生成並上傳 proof。
註：但有些功能還是沒辦法在 playground 裡使用，例如要給你的程式 custom input 時。這時候只能在本地端開發才能使用這個功能。

開發 Cairo 要先安裝python，我將開發者文件整理出來的資料統整在這個 hackmd 文檔裡：https://hackmd.io/w690dpAQTsKeKZv3oikzTQ
裡面包含簡介、設置本地開發環境以及 Cairo 基礎（因為篇幅原因，所以不將內容複製到這裡）
註：我把開發者文件裡的代碼整理到這裡：https://github.com/NIC619/cairo_practice/tree/master/practices
如果不想在研究開發者文件過程中，還要自己手動拼湊裡面例子的話，可以直接用整理好的代碼來執行。同時 repo 裡還有包含一些額外自己測試 Cairo 功能的範例。

深入 Cairo

在那份 hackmd 文檔裡的開頭，可以連結到第二部分 — 深入 Cairo 的部分。裡面也是從開發者文件裡擷取出來我覺得比較重要的部分。如果你要讀開發者文件的話，我建議從 Hello Cairo 開始，它會從例子切入，會比較好知道 Cairo 怎麼使用。接著如果要更深入了解，再去讀 How Cairo Works。

StarkNet Cairo

第二版的 Cairo 其實功能和第一版的 Cairo 是差不多的，所以不必擔心在開發者文件裡學到的 Cairo 在 StarkNet 版本會不能用或差很多。在讀完 Hello Cairo/How Cairo works 後，就可以接著看 Hello StarkNet。會很順利的切換到 StarkNet 版本的 Cairo。
註1：我整理的文檔裡是按照第一版 Cairo 所寫的
註2：如果你從開發者文件一路看下來，體驗過非 StarkNet 版的 Cairo，那你在體驗 StarkNet 版的 Cairo 時一定會發現這更像一般智能合約的使用方式 — 你可以用 view 函式查詢 storage 變數，可以用 external 函式去執行合約（非 StarkNet 版本不是這樣操作 Dapp 的，這邊因為篇幅原因沒有詳細介紹）。

非常建議嘗試兩種版本的 Cairo，你會知道 1. 操作一個單獨在 L2 的 Dapp 和2. 操作與其他 Dapp 共存在 Rollup 上的 Dapp 的不同。這對了解 L2 怎麼運行、需要哪些資料、為什麼需要這些資料非常有幫助。

0.0.2 版的 StarkNet Cairo 目前還缺少一些功能：

函式還沒辦法宣告陣列或 struct 型態的參數

合約和合約之間還沒辦法互動

L1 沒有辦法讀取到 L2 的資料，L2 也沒辦法讀取到 L1 的資料。如果要建立跨 L2 Bridge，這個功能非常重要。

補充及個人心得

STARK 的 proof size 相比於 SNARK 系列的 proof size 大很多，又其證明所包含的交易數量對 proof size 和驗證時間的影響不大，所以把很多筆交易一併做一個 proof 會是對 STARK 非常有利、節省成本的方式（SNARK、STARK 比較表）。但這同時也是一個缺點，如果你的 Dapp 或 Rollup 的 TPS 不高，那就只能等更久時間搜集多一點的交易，要不然就只能提高成本來維持驗證 proof 的頻率。

StarkWare和 zkSync 一樣都有 Rollup 宇宙的概念（ Rollup 宇宙的用詞並不精確，因為在他們的宇宙中不會所有子鏈都是 Rollup，而是會有依照 Data Availability 程度不同所區分的子鏈，像是 Validium、zk Porter 的設計），個人覺得能夠有（針對 Data Availability 程度的）選擇是會比只有一個選擇（完全 Data Available） 還好的方式，但實際上的可行性就要等其團隊釋出更多的資訊。

在 Rollup 越趨成熟的情況下，能夠提供快速跨 Rollup 服務的流動性提供者的角色會越來越重要。zk Rollup（StarkNet、zkSync、etc…）比 Optimistic Rollup （Optimism、Arbitrum、etc…）有著短上許多的 finalize 時間，這對降低流動性提供者的風險有很大的幫助，但目前 zk Rollup 支援合約功能甚至 L1 <-> L2 互動的完成度都比 Optimistic Rollup 還低上許多。短期內快速跨 Rollup 的服務應該還是侷限在 Optimitic Rollup 之間。

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【微探討》從加密遊戲、數位藝術品看非同質代幣 (NFT) 市場為什麼重要？ 】

👾｜NFT 是 Non-Fungible Tokens 的縮寫，意思是不可互換的代幣，它是相對於可互換的代幣而言的。什麼是可互換的代幣？比如比特幣 BTC、以太幣 ETH 這些代幣都是同質代幣，所以相互之間是可互換的

👾｜而不可互換的代幣，或者說非同質代幣，它們都是獨一無二的，就像是藝術品。NFT 具有獨一無二、稀缺、不可分割的屬性，它們之間無法互換，所以稱之為非同質代幣。其次，NFT 目前在哪些加密領域發展最迅速以及為什麼？

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Jamie 先生 post 這篇文章後，馬上引戰，可見得引起了不少關注。這篇文章有很多細節已經跟原版不同了，想來最初版本有太多細節有爭議空間。
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即便如此，真的要戰？戰點是很多的，但意思真的不大。
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我跟朋友在聊「建立自我品牌」這件事。如果把網路套路的成功模式找出來，說真的，很多事情我(們) 不敢做。例如說我們甚至不敢讓自己在網路時代成為一個高調的人，「千夫所指，無疾而終」。在網路時代，這量級何只千夫？
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有很多網路人其實「很厲害」。因為他們很清楚網路運作下「封神」的模式跟做法。不是說這些做法很好，但可能很有效 ... ，只要你捨得交換。
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網路還是一個很有「效率」的傳播模式。所以我們不會去仔細的檢視你所有作為來判斷你是誰。「我們會看你是否很會穿著」「是否很有錢」「是否光鮮亮麗」「是否很高的頭銜」「是否很有娛樂性」「是否在大公司任職」 ...
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來判斷你是否具有吸引力。而不會細細瞭解你的生涯、經歷，你過去的信譽或作為。
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A 靠著蹭網紅 B突然成為名人。然後沒人弄清楚 A 為何紅時，他已經成為這個產業的意見領袖了 - 参加研討會、演講、政府座談，成為媒體寵兒。
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還有誰在意他做過什麼是可以拿出來討論的嗎？
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話說回來，所以我覺得 Jamie ... 雖然蠻多爭議的，但他其實挺不容易的。 #酸還是要酸 但你說他多不堪？我覺得他真的沒有，只不過他算是第一批乘著網路風飛起來的 .... 網紅？我們會更用上一代的邏輯在理解他而已。
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現在有很多短期現象網紅 ... 那才真的不堪。 Jamie 好多了！ (#我居然會說這種話)

非常同意 TO 郭家宏這段話，尤其是透過創業 #成為理想的自己、#建構理想的生活 這兩個理念。

我自己是 1999 年開始創業，過去 20 年，每天平均工作超過 15 小時。20 年來，最主要的成績是目前 AppWorks 加速、投資了 351 家活躍新創，總估值達台幣 1,230 億，較去年同期成長 134%，距離鴻海的 1 兆市值還有 8 倍。換言之，AppWorks Ecosystem 有機會在未來 5-10 年，在「為世界創造財富方面」追上鴻海集團的成就。另一方面，全體 AppWorks 新創目前雇用員工 10,115 人，較去年同期成長 40%，相較鴻海的百萬員工 (淡季 70 萬、旺季 120 萬)，還有 100 倍差距，也就是說，在「為人們創造工作機會」上，AppWorks Ecosystem 還要 15-20 年才能追上鴻海。而在個人金錢累積上，我目前相差郭先生超過 10,000 倍，大概一輩子也追不上。

但，我目前的生活非常快樂、有成就感，我很喜歡自己進步的方向與速度，知道我每天都在為台灣與東南亞做出貢獻，讓我非常滿足。每天早上 5 點起床，我非常興奮的展開工作，從早到晚，我樂在每一個會議、每一個任務中。所以每天的 15 個小時，我不覺得在工作，我覺得我在生活，生活我理想中的生活。所以我根本不覺得我需要金錢，因為我已經是全世界最富有的人。而我認為，這才是每個創業者該追求的境界。

與大家共勉，也祝福你們都能很快來到這樣的狀態。

** #AI #IoT #Blockchain #Crypto #dApp 創業者，歡迎加入專門幫助你的 appworks.tw/accelerator ，讓我們陪你成為理想的自己、建構理想的生活

//...如果只靠死薪水，就算所有醒著的時間都在工作，也不可能賺到 2300 億，除非月薪高達 4.26 億，因此郭董的說法「只要跟他一樣每天工作 15、16 小時，沒有週末、休假，堅持 45 年，每個人都可以超越他」可做為工作上的精神，但從財富層面來看是不可行的。

那麼郭董是如何賺到 2300 億的？唯有創業、投資，靠資產增值的方式才可能到這種身價。像世界頂級富豪比爾蓋茲、巴菲特、貝佐斯、祖克伯都是創業或投資成功，持股的價值成長而致富；而台灣富豪郭台銘等人也是靠同樣的方式致富，並不是領死薪水。

因此與其鼓勵畢業生刻苦耐勞，「每天工作 15、16 小時，沒有週末、休假，堅持 45 年」，最重要的是鼓勵他們跳出框架，抓住產業風口，找到市場新需求，有勇氣創業，掌握企業經營的技術，這樣子才有可能致富，並且為世界帶來新價值。當然並不是每個人都想發財，最重要的還是「成為自己想成為的那種人」，以及「過自己心中理想的生活」。//