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在 struct宣告產品中有2篇Facebook貼文,粉絲數超過3,460的網紅Taipei Ethereum Meetup,也在其Facebook貼文中提到, 📜 [專欄新文章] [zkp 讀書會] Cairo 語言介紹 ✍️ NIC Lin 📥 歡迎投稿: https://medium.com/taipei-ethereum-meetup #徵技術分享文 #使用心得 #教學文 #medium Cairo 是 STARK 證明系統的其中一個編程語言,...
struct宣告 在 Taipei Ethereum Meetup Facebook 的最佳貼文
📜 [專欄新文章] [zkp 讀書會] Cairo 語言介紹
✍️ NIC Lin
📥 歡迎投稿: https://medium.com/taipei-ethereum-meetup #徵技術分享文 #使用心得 #教學文 #medium
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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struct宣告 在 Taipei Ethereum Meetup Facebook 的最佳解答
📜 [專欄新文章] 可升級合約介紹 - 鑽石合約(EIP-2535 Diamond standard)
✍️ Kimi Wu
📥 歡迎投稿: https://medium.com/taipei-ethereum-meetup #徵技術分享文 #使用心得 #教學文 #medium
Photo by Evie S. on Unsplash
前言
可升級合約簡單來說是透過 proxy contract(代理合約)來達成,藉由代理合約去呼叫欲執行的合約,若要升級,則把代理合約中的指向的地址換為新的合約地址即可。而執行的方式則是透過 delegateCall,但 delegateCall 不會更動目標合約的狀態。所以要怎麼處理變數,就是一門學問了。
舉例來說,contract B 有個變數 uint256 x,初始值為 0, 而 function setX(uint256),可以改變 x 的值。proxy contract A 使用 delegatecall 呼叫 contract B 的 setX(10),交易結束後,contract B中的 x 依然還是 0。
OpenZeppelin 提出了三種實作方式,可以做到可升級合約,細節可參考 Proxy Patterns,而最終的實作選用了 Unstructured Storage的這個方式,這種方式對於開發較友善,開發時不需特別處理 state variables(不過升級時就需要特別注意了)。而這篇主要是介紹 Diamond standard,OpenZeppelin 的可升級合約就不多做介紹。
USDC V2 : Upgrading a multi-billion dollar ERC-20 token 詳細地介紹代理合約跟變數儲存之間的關係,不了解升級合約的原理,建議先看看。
鑽石合約
名詞介紹
diamond:合約本體,是一個代理合約,無商業邏輯
facet:延伸的合約(實際商業邏輯實作的合約)
loupe:也是一個 facet,負責查詢的功能。可查詢此 diamond所提供的 facet與facet所提供的函式
diamondCut:一組函式,用來管理(增加/取代/減少)此 diamond合約所支援的功能
Loupe
直接來看 loupe的介面,從宣告就能很清楚暸解 diamond合約的實作方式,loupe宣告了一個結構 Facet,Facet結構包含一個地址及 function selector 陣列,所以我們只需要記錄一個 Facet陣列就可以得知這個 diamond 合約有多少個延伸合約及所支援的功能(loupe只定義結構,而實際變數是存在diamon合約中的)。也就是 diamond合約中只記錄延伸合約的地址及其支援的 function selectors,及少數 diamond合約的管理邏輯,並無商業邏輯,因此可以外掛非常非常多的合約上去(就像一個Hub),也就可以突破一個合約只有24K的限制。
// A loupe is a small magnifying glass used to look at diamonds.interface IDiamondLoupe { struct Facet { address facetAddress; bytes4[] functionSelectors; } function facets() external view returns (Facet[] memory facets_); function facetFunctionSelectors(address _facet) external view returns (bytes4[] memory facetFunctionSelectors_); function facetAddresses() external view returns (address[] memory facetAddresses_); function facetAddress(bytes4 _functionSelector) external view returns (address facetAddress_);}
DiamondCut
至於 facet在 diamond合約上的註冊或是修改,就由 diamondCut負責,從以下程式碼可以清楚瞭解其功能(EIP中有規範,每次改變都需要發送DiamondCut事件)
interface IDiamondCut { enum FacetCutAction {Add, Replace, Remove} // Add=0, Replace=1, Remove=2 struct FacetCut { address facetAddress; FacetCutAction action; bytes4[] functionSelectors; } function diamondCut( FacetCut[] calldata _diamondCut, address _init, bytes calldata _calldata ) external; event DiamondCut(FacetCut[] _diamondCut, address _init, bytes _calldata);}
Diamond合約
接下來就是最核心的部分 — diamond本體合約。以下是官方的範例,方法上跟 OpenZeppelin 一樣使用 fallback 函式跟 delegateCall 。
呼叫合約所不支援的函式,就會去執行 fallback 函式,fallback 函式中再透過 delegateCall 呼叫 facet 合約相對應的函式
fallback() external payable { address facet = selectorTofacet[msg.sig]; require(facet != address(0)); // Execute external function from facet using delegatecall and return any value. assembly { calldatacopy(0, 0, calldatasize()) let result := delegatecall(gas(), facet, 0, calldatasize(), 0, 0) returndatacopy(0, 0, returndatasize()) switch result case 0 {revert(0, returndatasize())} default {return (0, returndatasize())} }}
主要的差異在於變數的處理,OpenZepplin 是針對單一合約設計的代理合約(也就是每個合約都有自己的代理合約),所以無法處理單一代理合約儲存多個合約的變數(state variables)的狀況(後有圖例)。先由官方的範例程式來了解是怎麼處理變數的
在官方的範例中,都是以更改合約 owner 為例子
首先看到 DimaondStorage這個結構,結構中的前面三個變數都是在維持 diamond合約的運作(同上面loupe的範例),最後一個變數 contractOwner就是我們商業邏輯中所需的變數。
接著看到 function diamondStorage(),取變數的方式就跟OpenZeppelin 儲存特定變數方式一樣(EIP-1967),是把變數存到一個遠方不會跟其他變數碰撞到的位置,在這裡就是從 DIMOND_STORAGE_POSITION 這個 storage slot 讀取。
在實作上就可以有 LibDiamond1 ,宣告DIMOND_STORAGE_POSITION1=keccak256("diamond.standard.diamond.storage1") ,負責處理另一組的變數。藉由這種方式讓每個 facet合約有屬於自己合約的變數, facet合約間就不會互相影響。而最下方的 setContractOwner 是實際使用的範例。
library LibDiamond {
bytes32 constant DIAMOND_STORAGE_POSITION = keccak256("diamond.standard.diamond.storage");
struct FacetAddressAndSelectorPosition { address facetAddress; uint16 selectorPosition; }
struct DiamondStorage { mapping(bytes4 => FacetAddressAndSelectorPosition) facetAddressAndSelectorPosition; bytes4[] selectors; mapping(bytes4 => bool) supportedInterfaces; // owner of the contract address contractOwner; }
function diamondStorage() internal pure returns (DiamondStorage storage ds) { bytes32 position = DIAMOND_STORAGE_POSITION; assembly { ds.slot := position } }
function setContractOwner(address _newOwner) internal { DiamondStorage storage ds = diamondStorage(); address previousOwner = ds.contractOwner; ds.contractOwner = _newOwner; emit OwnershipTransferred(previousOwner, _newOwner); }
每個 library 處理了一組或多組變數的存取, facet 合約透過 library 對變數做操作。也就是把變數存在diamond主體合約,延伸的 facet合約只處理邏輯,是透過 library 去操作變數。
下面圖中清楚地解釋了 facet合約,function selectors 與變數之間的關係,從最左上這邊有個 facets 的 map,紀錄了哪個 selector 在哪個合約中,例如func1, func2是 FacetA的函式。左下角宣告了變數,每組變數的存取如同上述 library 的方式處理。
https://eips.ethereum.org/EIPS/eip-2535#diagrams
在 diamond的設計中,每個 facet合約都是獨立的,因此可以重複使用(跟library 的概念一樣)
https://eips.ethereum.org/EIPS/eip-2535#diagrams
小結
diamond合約使用不同的設計來達成合約的可升級性,藉由這種Hub方式可隨時擴充/移除功能,讓合約不再受限於24KB的限制,此外充分的模組化,讓每次升級的範圍可以很小。最後,因為跟library一樣只處理邏輯,並無狀態儲存,所以可以重複被不同的diamond合約所使用。
雖然又不少好處,也是有些缺點。首先,術語名詞太多,facet, diamondCut, loupe等等(其實還有好幾個,不過沒有介紹到那些部分,所以沒有寫出來)。開發上不直覺,把變數跟邏輯拆開,若要再加上合約之間的繼承關係,容易搞混,不易維護。最後,gas的花費,在函式的讀取、呼叫,變數的存取、傳遞都會有不少的額外支出。Trail of Bits 專欄中有點出更多的缺陷 Good idea, bad design: How the Diamond standard falls short,不過作者也有反擊 Addressing Josselin Feist’s Concern’s of EIP-2535 Diamond Standard,有興趣的讀者可以自行看看、比較。
為了模組化及彈性,diamond合約在設計上有點太複雜(over engineering),會造成可讀性越差(這點也是Vyper誕生的原因之一),而可讀性越差就越容易產生bug、也越不容易抓到bug,而在defi專案中,一個小小的bug通常代表著大筆金額的損失 😱😱😱。
雖然如此,筆者還是覺得很酷,有些設計的思維仍然可以使用在自己的專案
ref:
EIP 2535
Diamond 實作
Addressing Josselin Feist’s Concern’s of EIP-2535 Diamond Standard
OpenZeppelin upgradeable contract
可升級合約介紹 - 鑽石合約(EIP-2535 Diamond standard) was originally published in Taipei Ethereum Meetup on Medium, where people are continuing the conversation by highlighting and responding to this story.
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