深度研究StarkWare：技術路線、發展歷程與發展現狀

作者：阿法兔/ 阿法兔研究筆記

為什麼研究這家公司？StarkWare這家公司幾個特性：

首先，雖然是科學工程驅動，但是CEO有很強與VC打交道的能力，並且有不錯的PR和團隊組織能力；

其次，創業團隊整體對戰略路線想的較為清楚長遠，沒有一上來就ICO，並且用了很多時間去建設開發者社區；

最後，這家公司很早就開始考慮建立盈利性的商業模式，在技術和商業化取得了一個不錯的平衡。以太坊創始人Vitalik 是StarkWare的早期投資人，在後續很多StarkWare發布的很多篇論文中，V神都有參與修改。

關於StarkWare創業和發展，究竟是一個怎樣的故事？以太坊今天存在的痛點和L2的擴容，還帶來了哪些機會？作為工程師創業者，他們的創業歷程有哪些參考意義？是本文試圖探討的幾個問題。

市場痛點\&公司簡介

*注：本文約8000字左右，閱讀時間需要25-30分鐘左右。

一組宏觀數據：天花板到底有多高？

研究機構 Markets and Market的數據顯示，到2026 年，區塊鏈技術和服務市場，將會從2021年的 49 億美元增長到 674 億美元。

市場痛點

隨著加密世界的持續升溫，以太坊成為最受歡迎的加密生態之一。根據2020年Dapp.com發布的Dapp市場報告，以太坊在2020年Q2增加了32%的獨立用戶和97%的活躍用戶，用戶總數計450萬，活躍用戶總數為125萬，這個數據還在繼續增長。

但是，目前以太坊網絡難以滿足全球網絡交易負載的壓力。為了進一步提高速度，降低以太坊上的交易，開發人員正在尋研究L2（以太坊L1的解決方案層），建立在以太坊網絡（L1）的基礎之上。

我們把L2理解為以太坊擴容的解決方案，有一個可以單獨運行代碼的執行層，L2運行在以太坊L1之上。

Starkware主要就是利用ZKP零知識證明系統，來解決目前以太坊擁堵的問題，想要在減輕計算壓力的同時仍將交易數據寫入主網絡。

公司簡介

StarkWare 成立於 2018 年, 總部位於以色列。StarkWare 旨在通過 STARK （商業化的特定類型的零知識證明 (ZKP) 系統，稱為 STARKs）技術，提高區塊鏈的可擴展性和隱私性，提供零知識、透明（no need for a trusted setup)）和後量子安全（post-quantum secure）的加密證明。

StarkWare 將開發完整的證明堆棧，軟硬件都可以支持快速可靠的生成、驗證通用計算的計算完整性證明的方法（software and hardware to support fast and reliable generation and verification of computational integrity proofs for general computations.）。

什麼是零知識證明？

目前ZKPs正在被使用，常見的ZKP形式是公鑰密碼學，今天互聯網很多關鍵部分，加密貨幣都引用了公鑰密碼學。但問題在於，目前這些ZKPs的範圍還是相對狹窄：通常只允許某人證明他們擁有一個與某些公鑰相關的私鑰，還無法推廣到任何任意複雜的計算中。

但是，目前可通用的ZKPs也在迭代和發展中，儘管範圍還是相對有限。兩個最突出的例子是以隱私為重點的加密貨幣，Zcash和Monero。Zcash使用一種被稱為SNARK的不同類型的ZKP，允許Zcash用戶在世界各地私下發送Zcash。Monero使用另一種被稱為Bulletproofs的ZKP形式來完成同樣的任務。

ZKP零知識證明，有什麼作用？

隨著可普及的ZKPs的應用技術的成熟，還可能會有廣泛的應用。

加強區塊鏈的可擴展性：ZKPs可用於幫助區塊鏈擴展許多數量級。這裡有兩種一般的方法：鏈下批量處理，和遞歸組成ZKPs。在擴展區塊鏈的五種基本方法中，基於ZKP的方法可以提供最好的結果（ZKPs can be used to help scale blockchains by many orders of magnitude. There are two general approaches here: off-chain batching, and recursively composing ZKPs. Of the five fundamental ways to scale blockchains, the ZKP-based approaches can deliver the best results.）

為Web3 Stack中的鏈外計算提供動力，同時還可以提升金融服務性能：在2008年的金融危機之後，為全球經濟提供動力的金融機構必須遵守風險門檻。使用ZKPs，這些機構將能夠向審計師、政府、客戶和廣大公眾實時證明他們遵守了風險閾值，而不必分享其賬簿上的機密信息。

創始團隊

科學驅動的Crypto基礎架構解決方案公司

創始團隊背景：技術驅動+能力互補的團隊

創始人Michael Riabzev、Eli Ben-Sasson 和 Uri Kolodny 圖片來源：StarkWare官網

創始人兼CEO Uri Kolodny 本科畢業於希伯來大學的計算機科學專業，之後在麻省理工學院斯隆讀了MBA。作為連續創業者，Uri 曾經創辦了幾家技術導向的創業公司，其中包括OmniGuide（MIT支持的科技公司，為內窺鏡手術方向）和Mondria（大數據可視化工具的開發公司）。

在此之前，Uri還曾在兩家以色列風險投資公司擔任EIR（駐場企業家），也在諮詢公司麥肯錫擔任過分析師。

Uri和風險投資機構打交道的能力也比較強。有組建創業團隊的能力，並且還有豐富的對外PR能力（我們能看到StarkWare很早就開始構建自己的技術博客了，把自己對自己要做的事情的理解和科學上的研究成果，時刻和外界用戶進行同步。

以太坊創始人也經常給StarkWare的論文提建議），相對豐富的創業經驗，讓Uri很早就給公司設定了願景，有效地執行了整個公司的產品路線圖。

為什麼說Starkware是科學技術驅動的公司？

首先，技術團隊由 Eli Ben-Sasson（畢業於Technion以色列理工學院，愛因斯坦是該校學術協會的首任主席）、Alessandro Chiesa（UC Berkeley,加州大學伯克利分校）和Michael Riabzev（Technion）作為負責人。

Alessandro Chiesa是Starkware的聯合創始人兼首席科學家,在創立 StarkWare 之前，他是Zerocash協議的合著者，也是前面我們提到過Zcash的聯合創始人。

而就在2021年3月，Starkware的科學顧問Avi Wigderson（也是Eli Ben-Sasson的Phd導師）獲得了Abel Prize.（挪威國王每年頒發給一位或多位傑出數學家的獎項。以挪威數學家尼爾斯·亨里克·阿貝爾Niels Henrik Abel的名字命名）

技術團隊已經在ZKP系統有十多年的經驗，共同發表了STARK論文，技術團隊在行業中的屬於相對豐富的從業經驗+專業技術學術背景。

融資歷程\&業務數據

種子輪投資人：以太坊創始人V神

圖片來源：StarkWare官網

2018年1月，StarkWare種子輪融資600萬美金，投資人包括以太坊創始人Vitalik Buterin（V神）、Paradigm、Pantera Capital PolyChain；

2018年7月，Ethereum Foundation投資StarkWare1200萬美金；

2018年10月，A輪融資3000萬美金，紅杉、Paradigm、Scalar Capital、Multichain Capital、Intel Capital、Semantic Ventures、Pantera等參與投資；

2021年3月24日，B輪融資7500萬美金，紅杉、Wing Venture Capital、Paradigm、Pantera Capital繼續參投，包括Three Arrows Capital、DCVC 等也參與了本次投資；

2021年11月，C輪融資5000萬美金，估值20億美元，紅杉資本領投，IOSG等參與了本次投資；

StarkWare用戶\&業務數據

2021年11月，StarkWare創始人，CEO Uri Kolodny接受採訪時說，公司目前已經盈利，C輪融資主要是為了繼續擴大團隊，發展生態系統。StarkWare 的一些客戶包括 ConsenSys、Immutable、dYdX 和 Sorare等等。

通過StarkWare，可以獲得成本盡可能低的Gas服務,目前以太坊的高Gas費是個市場存在的固有痛點。那么，截至到2021年11月，通過StarkEx結算的交易金額價值超過2000億美元，大約有5000萬筆交易在StarkEx上進行，用戶數量級達到數十萬。

關於業務和獨特性是什麼，聯合創始人 Eli Ben-Sasson 在接受採訪時的回答是，StarkWare在所有 L2解決方案的交易總額和承載量大，這個業務是具有先發優勢的。"通過StarkWare已經結算了超過2000 億美元，結算了超過 5000 萬筆交易。"

商業模式\&主要產品

滿足了何種需求？

StarkWare 的主要貢獻，是在零知識的學術上和計算領域貢獻的技術進步：首先，StarkWare 團隊研發了 STARKs (Scalable Transparent Arguments of Knowledge)。

STARKs是一種具有完全去信任設置的有效性證明形式，通過這種方法，所有鏈上計算可以轉移到單獨的鏈下 STARK 證明器 (prover) 中。之後，證明器須使用一個鏈上 STARK 驗證器 (STARK Verifier) 來驗證相關計算的完整和可靠性。（記住Starks的意思，我們後面會反復提到它）

"Looking at the blockchain, we see something that is of tremendous use and potential but is so limited in scale," said Ben-Sasson, who is StarkWare's president. "It needs to scale dramatically and exponentially and it needs to do so under the same principles of decentralization and openness."

核心產品：StarkWare\&StarkNet

目前市面上主要有兩種類型的rollups，一種是ZK rollups（靠零知識證明），另一種是Optimistic rollups，所謂Rollups,就是一種可以允許在鏈外進行以太坊交易的方法，通過僅僅在鏈上存儲交易數據，就可以減少目前存在的網絡擁堵問題，提升速度，盡可能的降低Gas費用。

StarkEx

StarkEx是Starkware開發的 L2 可擴展性引擎，通過類似匯編語言的Cairo程序，可以在零知識環境中執行這種功能。StarkEx支持鏈上/鏈下混合數據可用性解決方案、快速提款、ERC-721和ERC-20,保證數據可用性。

還可以通過生成有效性證明，確保所有鏈下計算完整執行，STARK 證明先在鏈上得到驗證，然後再提交至以太坊主網。

StarkNet

StarkNet是以太坊上基於Starkware團隊開發的Stark零知識證明的、無需許可的、去中心化的L2- ZK-Rollup。它具備圖靈完備性，通過 Solidity -> Cairo 編譯器提供 EVM 兼容功能。

Cairo是什麼？Cairo是一種具備圖靈完備性的語言，StarkNet基於Cairo，支持以太坊上通用的計算。開發者可以在StarkNet上，開發者可以開發和部署應用,用戶在StarkNets上可以發起交易並執行，通過激勵，可以保證節點網絡正常運轉。

StarkNet的所有交易周期性地批量打包到一個proof中，在以太坊上驗證，所有構建StarkNet的數據在鏈上（on-chain）發布。

公司發展歷程

從解決技術難題和滿足需求出發

StarkWare 的特殊擴展解決方案就通過工程和科學角度的研發，包括密碼學和數學計算方面，確保在發布之前一切都符合要求。ZKP其他解決方案需要更多的計算工作，但它們更安全的架構，使許多開發人員相信它們是以太坊網絡可擴展性的未來。

創始團隊對自己的戰略很早就想的比較清楚。早期馬上思考如何盈利，在他們2018年的博客中，明確自己的目標和戰略路線：

"要建立一個有持續性收入的企業，基於對現金流和收入的要求，創始團隊做出的策略是，首先要開發可以滿足需求的技術（We're aiming to set up a business with recurring revenues --- we're old-school that way. Getting to those recurring revenues requires an important first step: developing technology and generating demand.）
"
Starkware的商業模式，主要是要考慮對用戶能產生怎樣的價值，其次是把重塑區塊鏈整個生態系統作為願景。

而且，在眾多馬上進行ICO的Crypto創業企業不同，Starkware在2018年創業初期就表明，不會上來就進行ICO。他們認為可以探索一種被稱為Tech4Tokens（T4T）的新道路。

這可能和創始人Uri的風險投資經歷有關。

我們解釋一下，T4T是什麼：風險投資公司向企業投資，那麼作為回報，他們可以獲得價值上漲的機會。Starkware投資自己的技術也可能獲得類似的回報。把團隊想像成風險投資技術專家，探索成為一個科技加密基金(Tech Crypto Fund）投資技術以換取Token，因此是T4T。

如果Starkware作為一個科技加密基金，自己就是一個早期投資人：越早投資技術，對Token價值的影響就越大。我們對普通的成本加回報不感興趣而是想從我們自己將創造的價值中獲取有意義的未來。

在未來的區塊鏈生態系統中，人才將遠比現金稀缺，成功的風險技術專家的Token投資組合的回報會反映這種稀缺性。

Starkware的Token有幾個潛在來源：一些基金會，其他有各種增加Token供應的機制。Starkware認為，如果Token要成為補償技術開發者的有力工具，Token供應將成為區塊鏈治理的核心要素。

Stark的願景之一是，成為一個顧問類的服務提供商，聚集帶優秀工程師，並可以籌集大量資金支持研發，組建一個更大和更多樣化的團隊，並在未來給客戶以充分技術支持。

數學工程團隊+產品營銷兩手抓

2018年底，Starkware公司已經發展到二十人,我們擁有強大的數學和工程人才組合，以及靈活的產品和營銷團隊。

同時，進一步優化發展戰略，抓大放小。Starkware的STARKs將深刻地改善無權限區塊鏈的兩個最緊迫的問題：可擴展性和隱私。Starkware決定業務主要專注於可擴展性，而隱私將排在第二位。

將計算和存儲移至鏈下，建立鏈下服務，生成Stark證明計算的完整性。然後，證明將被放回鏈上，再進行驗證，通過大部分計算工作在鏈下完成，節省了空間，同時保持計算的完整性和無信任假設。

總結：整個2018年，在技術方面，Starkware的工程團隊已經從零到一構建了非常有技術含量的軟件棧，將驗證器和核查器的性能以及證明的大小提高了至少一個數量級（並且還在不斷增加）。

這些成就，使Starkware最近成功展示了完整的STARK證明系統，該系統通過WASM，可以在瀏覽器和智能手機上運行。對於一個透明的證明系統來說，這有開創性的意義。

2018年夏天，Starkware獲得了以太坊基金會的資助。

2019年3月：Starkware推出StarkPay，一個基於STARK技術的支付可擴展性引擎，解決了Lightning,L2支付解決方案的許多缺點。Lightning閃電網絡於2016年創立，旨在擴大比特幣的規模。Lightning是首批Layer-2解決方案之一，巧妙地提出將交易從鏈上移開，同時繼續依靠區塊鏈的安全性。它承諾不僅要擴大支付規模，而且要以低延遲和最低費用來實現。

Lightning也有幾個缺點，首先是付款人必須在線才能付款，-收款人也必須在線，以便用他們的私鑰簽署交易，資本效率相對低下。運營安全也面臨著挑戰。

StarkPay

StarkPay的目標是提供一個可擴展的、資本效率高的非托管支付解決方案，不是必須在線（StarkPay aims to offer a scalable capital-efficient non-custodial payment solution, with no liveness requirements.）

和閃電網絡相比，StarkPay具備一定優勢：

首先是可擴展性，StarkPay所消耗的計算資源隨著付款人的數量和付款的數量而增加。資本效率相對高，支付處理器和驗證者沒有流動性要求，對收款人餘額的更新不是需要必須在線。存款、取款和付款），交易可以離線進行，然後發送到區塊鏈/支付處理器。

但是，StarkPay也存在一些明顯的缺點，包括數據可用性。為了真正受益於STARKs的鏈上對數擴展，數據存儲在鏈外，這帶來了數據可用性的挑戰。（數據可用性通俗解釋就是，數據有很多毀壞方式，數據商能夠避免哪些損壞，避免的越多，可靠性越大）

一個可能的未來方向是：形成一個數據可用性見證者聯盟，他們會簽署提交給鏈上驗證者的特定證明，數據在鏈下是可用的。鏈上驗證者將不接受缺乏這種證明的證明。

拓展業務邊界，進軍NFT/Gamefi

2020年，Starkware宣布正式和Immutable合作。Immutable是建立在ETH上的卡牌遊戲,Gods Unchained的創始團隊。把StarkWare的可擴展性引擎StarkEx帶入區塊鏈遊戲和NFT領域。計劃使用 STARKs 來證明鏈下計算的任何遊戲邏輯的完整性，也在戰略上證明，Starkware創始團隊看好遊戲和收藏品領域的巨大潛力。

https://cryptobullsclub.com/gods-unchained-token-sale/

卡牌遊戲Gods Unchained在2020年的鏈遊生態系統中取得了一定成功，在測試版期間就產生了近600萬美元的收入，並在市場發布後的24小時內登上了NFT排行榜的榜首。

但在以太坊上，每秒4筆交易的本機吞吐量上限，限制了任何想要進一步擴展的應用程序。但是，對於NFT來說，吞吐量瓶頸非常可怕，缺乏可擴展性成為項目增長的障礙。

但是，StarkEx 解決方案為Immutable提供了支持ERC-20和ERC-721、支持NFT的交易和鑄造，同時，如圖所示，StarkEx可以提供每秒超過9000筆非托管交易。

2020年8月，推出Cairo, 由StarkWare開發的圖靈完備的生產級 STARK 系統

2020年12月，迅速推出了升級版本，StarkEx2.0，轉向通用的Cairo語言框架，使大家可以能夠編寫更有效的代碼來檢查複雜、成本較高的的計算，提高可擴展性。一個應用案例是通過檢查 Merkle sub-tree來進行證明檢驗，而不是檢查很多個體的 Merkle paths.

StarkEx2.0具備快速的L1-L2連接機制，將允許鏈上的StarkEx用戶，快速提款以及其他L2-L1交互。使用L2 Validium實現隱私交易的去中心化交易所DeversiFi已經在計劃使用此功能。同時，StarkEx 2.0支持ERC-721，也準備好支持遵循ERC-721格式的不可替代代幣（NFT）的交易（包括即將推出的大規模鏈下鑄造）。

此功能對ImmutableX，也將為未來的收藏、遊戲領域的StarkEx客戶提供服務。合約界面進一步改進，用戶現在可以存入任何L2賬戶並提款到任何L1地址。

例如，Bob可以直接存入 Alice 的 L2 賬戶。Alice可以直接將資金提取到她的冷錢包以太坊地址，或將資金發送到Bob的以太坊地址。除此之外，用戶現在可以通過任何地址（即運營商本身）註冊到StarkEx，允許應用程序從用戶入職過程中刪除註冊步驟，用戶直接註冊到L2。摩擦更少，轉換效果更好。

StarkEx2.0也支持智能合約密鑰恢復，也就是說用戶的每個以太坊地址現在可以有多個L2賬戶，可以讓智能合約錢包恢復其密鑰，也允許交易者將他們的資金保存在鏈下的不同賬戶中。

2020年12月，發布Cairo的工具鏈，包括編譯器、Cairo虛擬機、Tracer代碼調試器、集成開發環境擴展，例如Vim和Visual Studio Code擴展為Cairo提供了語法高亮，通過推出Cairo，開始進行開發者社區的構建。

2021年1月，基於之前的基礎，開始正式構建StarkNet.Starknet是一個去中心化的、由STARK驅動的L2 ZK-Rollup，支持以太坊上的計算。它基於具備圖靈完備性的Cairo.

如圖所示，開發者、用戶和 StarkNet 節點，在StarkNet中，可以構建並部署實現自己的業務邏輯的應用程序，用戶可以將交易發送到StarkNet執行，就像他們今天與以太坊互動一樣。StarkNet節點和參與者將受到加密經濟模型的激勵，以確保網絡高效和公平地運行

所有StarkNet交易都將定期批處理，其有效性將在STARK證明中得到證明，並在以太坊上進行驗證。由於與經過驗證的計算相比，驗證STARK證明所需的計算工作量呈指數級增長，因此StarkNet將按數量級擴展以太坊。

由於所有 StarkNet 狀態轉換都將經過 STARK 驗證，因此以太坊上將只接受有效的狀態轉換。重建完整 StarkNet 狀態所需的所有數據都將在鏈上發布。任何人都可以運行自己的StarkNet節點。這些屬性將使StarkNet像以太坊一樣安全和無需許可。

StarkWare做事的方式是首先解決難題，構建核心技術，然後小步快跑的方式，將其逐漸應用到生產開發環境中。

2021年4月，提出了一種由以太坊L2驅動的AMM設計，流動性保持在L1上，而用戶在L2上進行交易（dAMM is an L2-powered AMM. It allows liquidity to be bridged on L2 while remaining unfragmented, on L1.）(AMM是自動做市商Automated Market Maker，不需要訂單薄，當用戶組成並向項目中添加交易對時，提供交易對的人就被稱為"流動性提供者" )

2021年4月，在與dYdX團隊密切合作幾個月後，現在Starkware將dYdX的永久合約交易平台移植到Starkware的L2可擴展性引擎StarkEx上運行。同一個月，在之前宣布和Immutable X合作後，StarkEx承載的Immutable X現在已經正式在以太坊主網提供NFT鑄造和大規模交易。

2021年7月，StarkEx3.0正式發布。以太坊智能合約首次可以成為StarkEx上資產的所有者，並通過L1 Vaults與L2用戶交易這些資產。這為StarkEx（L2）用戶提供了一種低成本的機制，可以與L1上的外部邏輯（和流動性）進行交互。差不多的時間，StarkNet Alpha 1也推出，主要特點是L1 和L2的交互性，還有鏈上數據的保存。

2021年11月，StarkWare C輪融資，此時StarkWare目前已經盈利，融資主要是為了繼續擴大團隊，發展生態系統。

2021年12月，StarkNet在主網上正式發布了StarkNet Alpha; 之前2021年的夏天，StarkWare在公共測試網上發布了StarkNet Alpha。此版本支持完全無需許可的通用計算智能合約。此後，StarkWare將其升級了兩次：第一次升級到 Alpha 1 ，提供 L1\<>L2 消息傳遞和鏈上數據可用性服務，然後繼續升級到 Alpha 2 ，支持可組合性。

2021年2月，StarkNET.JS庫的下載量已經達到了6.9K

StarkNet Alpha於6月發布到公共測試網，並於11月發布到主網。到主網部署時，StarkNet已經以類似以太坊的狀態提供一般計算，整個技術研發路線速度相對較快。

投資機構的觀點

Multichain Capital參與了對Starkware的投資，投資方認為，隨著應用以太坊網絡的用戶和開發者越來越多，風險投資也開始將更多資金投入基礎設施類的初創公司，主要是加強以太坊擴展性，以獲得更多用戶，交易規模進一步增長。

紅杉資本早在 2018 年就投資了StarkWare，這也是紅杉比較早期就進行的押寶之一。根據新聞報導，2021年，紅杉有約四分之一的投資投向了Crypto初創公司。

其他評價

StarkWare可能存在的潛在問題

對於那些關注ZKPs(零知識證明的)的人來說，業界有一個共識，由於數學工程的複雜性，即STARKs距離商業化還有一段時間時間，歷史經驗表明，公鑰密碼學和STARKs的演變，確實花了多年時間才可以實現商業化。

創業路線

從StarkWare整體的業務路線上看，創始團隊的思維還是比較清楚的，首先關注最重要的功能，一旦測試可用用後，馬上發布，並且和整個社區共享迭代的過程。

儘管StarkNet剛發布時功能並不齊全，但隨著不斷迭代，開發人員也已經可以構建有意義且複雜的應用程序。截至到2022年2月，有數百名開發人員在StarkNet上構建了幾十個dApp，還有十幾個為StarkNet生態系統開發工具和基礎設施的外部團隊。

重視開發者社區的建設，開發者社區對StarkNet不斷進行反饋。後續，在滿足可用性的基本條件後，戰略重點就來到了提高系統性能這塊。

之後，Starkware正在準備向公眾進一步開放StarkNet的測序和驗證軟件。所有人都可以作為StarkNet上的序列器或證明者參與其中。

從團隊對創業這件事的態度是，保持開放心態，持續改進，保持傾聽社區的聲音，願景是和大家共同塑造Crypto可擴展解決方案未來。

你對Layer 2的未來怎麼看？