📜 [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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如果完全沒有學習過程式， 可以先玩玩這個 MIT Media Lab 研發的 Scratch ， Scratch 可以讓你用拖拉的方式把一些程式的邏輯組合起來， 在還不熟悉電腦運作的時候， 可以很直觀的在遊戲中累積你對程式的理解。⁣
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如果玩一下 Scratch 後還有興趣， 我推薦可以上哈佛大學的 CS50 (Computer Science 50: Introduction to Computer Science) (https://bit.ly/3fDcBFG)。 這門課是近年來哈佛大學熱門課程排行榜上的常勝軍，教授 David Malan 是個很好的老師， CS50 把電腦科學的基礎用許多生動及詳細的方式傳授出來，上完這門課後對許多電腦科學領域會有好的基本認識，對課程中所用到的不同程式語言也會有個基本的了解。⁣
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當然 CS50 畢竟是大學的課程， 有一週一週制式的格式， 作業也是大學的方式， 我近年來蠻喜歡 Udemy 上的課程， 因為每個領域都有很棒的老師， 課程也更彈性及多元， 作業及測驗也比較靈活。 如果你還沒有學習任何程式的經驗， 可以嘗試從學習 Python 或 Javascript 入門， 因為這 2 們語言的特性， 對初學者上手比較容易。 此外 Javascript 是網頁主要使用的程式語言， 而 Python 在資料處理及機器學習都是首選語言， 所以這 2 個語言學習之後未來都有許多應用及職缺的可能。 ⁣
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如果你有興趣學 Python ，可以先學習這個有 115 萬學生上過的課程: 2020 Complete Python Bootcamp From Zero to Hero in Python (https://bit.ly/2KJDfS6)， 了解 Python 語言的基礎及跟著課程建立自己的 app 及遊戲。

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Javascript 的話可以看這個有 37 萬學生參與的課程: The Complete JavaScript Course 2020: From Zero to Expert! (https://bit.ly/3fFPcU8) 學習 Javascript 基礎及嘗試建立網頁 app。 ⁣
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如果對資料科學有興趣的， 可以和 34 萬人一起學習 The Data Science Course 2020: Complete Data Science Bootcamp (https://bit.ly/3fD315M)， 了解資料科學中數學、統計、 機器學習及各種有關的知識， 因為也會用到 Python，所以也可以增加自己 Python 語言的技能。 ⁣
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如果你對分析資料有興趣， 這個有 32 萬名學生上過的資料課程 The Complete SQL Bootcamp 2020: Go from Zero to Hero (https://bit.ly/33nXQlj)， 可以學習如何用 SQL 來查找資料庫， 並分析資料。 ⁣
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因為機器學習的火紅， 近年機器學習的課程也是無敵多， Machine Learning A-Z: Hands-On Python & R In Data Science (https://bit.ly/3fGB6lj) 累積有 72 萬學生學習及好評， 可以讓你了解機器學習在做什麼。

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而我親愛的老婆也分享過她喜歡的課程， 以下都是她上過且去蕪存菁強力推薦的課程 (也可以參考她的推薦文章)， 她靠著許多線上課程， 沒有再讀一個大學、研究所學位或是參加 bootcamp ， 也成功轉職為軟體工程師， 這些課程我也有上過一些， 覺得這個老師 Andrei Neagoie 的教法也是蠻不錯的， 他的課程都很注重實作， 講解也很清楚， : ⁣
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The Complete Web Developer in 2020: Zero to Mastery (https://bit.ly/3fDcwSq)⁣
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Master the Coding Interview: Data Structures + Algorithms (https://bit.ly/3fD7q8V)⁣
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The Complete Junior to Senior Web Developer Roadmap (2020) (https://bit.ly/39jeK8s)⁣
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Complete Python Developer in 2020: Zero to Mastery (https://bit.ly/37ARPS4) （這篇是她上這門課的詳細心得）⁣
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Complete Machine Learning and Data Science: Zero to Mastery (https://bit.ly/2WDBk57) (機器學習及資料科學)⁣

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許多 Udemy 的課程都是有 30 天 Money back guarantee ， 代表如果你上一下子，覺得老師教的不好， 內容不喜歡， 都是可以要求退費的。 Black Friday 如果你還沒決定要買什麼， 買課程充實自我會是個不錯的決定！歐， 對了， 如果你剛好在美國，要買 Udemy 課程， 可以搭配使用 cash back 網站， 像 Rakuten 最近 Udemy 有 10% 的 cash back， 如果你還沒有用過， 可以使用我的推薦連結註冊， 還可以得到 $40 的註冊獎勵呢 (http://bit.ly/2SeLuXL)！有一些 American Express 信用卡還有 Udemy 買 $20 退 $5 的 offer ， 也記得下訂前查看一下！⁣
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以上許多課程， 就算不是軟體工程師的初學者也可以得到許多新科技及方法， 我在 Udemy 買了許多課程， 也時常利用時間學習我感興趣的領域。 最後再次感謝大家一直以來的支持， 祝福大家都有個充實、健康、平安的感恩節， 2020 年最後自我學習提升， 為未來做更好的準備！⁣
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部落格原文及相關連結：
https://brianhsublog.blogspot.com/2020/11/ThanksgivingAndCourseList.html

Excel高階函數與VBA設計2020第1次上課

上課內容：

01_填寫課前問卷與下載檔案
02_問卷結果與文字與資料函數
03_REPT函數說明
04_LEN與IF邏輯判斷與MID函數
05_綜合練習
06_錄製巨集預告與改用TEXT函數

完整影音
https://www.youtube.com/playlist?list=PLYDN7SApJ3Pj1QYalDCQsKpVWCz2uO7tR

教學論壇：
https://groups.google.com/forum/#!forum/excel2vba2020

請先完成課前問卷：
gg.gg/excel2vbaform2
與下載範例檔案：
gg.gg/excel2vba

請先下載範例檔案，一邊觀看，一邊練習，
有問題請在討論區或YOUTUBE下方發問，
東吳遠距教學選課學生，請在觀看完，在MOODLE回覆看完影片。
若練習完成請存檔，之後會再講如何繳交作業方式。
成績核算分別為期中+期末+平時成績+作業成績

課程理念：
1.以循序漸進的方式, 透過詳細的說明和實用的50個Excel VBA範例,
帶領您輕鬆進入 Excel VBA 設計的領域, 並逐步了解整個 VBA 的架構與輪廓,進而學習 VBA 變數、常數、函式及邏輯的觀念, 即使沒有任何程式設計基礎,也能自己親手撰寫 VBA 程序來提昇工作效率, 晉身職場 Excel 高手！
2.進而解說EXCEL與資料庫的結合，甚至將EXCEL當成資料庫來使用，
結合函數、VBA等更深入的功能，讓資料處理和分析的應用更上層樓。

五大類函數與自訂函數
一、文字和資料函數
二、邏輯函數
三、日期和時間函數
四、數學和三角函數
五、檢視和參照函數

上課用書：
Excel VBA一點都不難：一鍵搞定所有報表
超圖解 Excel VBA 基礎講座

吳老師 110/9/27

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Excel高階函數與VBA設計2020第1次上課

上課內容：

01_填寫課前問卷與下載檔案
02_問卷結果與文字與資料函數
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04_LEN與IF邏輯判斷與MID函數
05_綜合練習
06_錄製巨集預告與改用TEXT函數

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若練習完成請存檔，之後會再講如何繳交作業方式。
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一、文字和資料函數
二、邏輯函數
三、日期和時間函數
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