作者：NicLin，imToken资深区块链工程师
本文受众：区块链开发者或零知识证明爱好者
Cairo是STARK证明系统的其中一个编程语言，让开发者能透过Cairo来使用STARK，撰写效能更高的DApp。
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Warning：本篇会保持在highlevel的介绍，实际深入的部分请见文内附上的文档或是官方开发者文件。
背景介绍
建构于密码学的零知识证明能提供计算的隐私性，但同时在区块链生态系也被用来提升Scalability—我可以用10秒的运算资源来验证原本耗费1000秒运算资源的计算过程如同更多人熟悉的SNARK，STARK也是一个零知识证明的证明系统，但当前的STARK着重的是在Scalability，而非大家比较习以为常零知识证明提供的隐私性特质其实目前基于SNARK的Rollup项目，例如zkSync、Loopring、Aztec、zkopru，除了Aztec外，其他都是利用SNARK来增加Scalability—这些Rollup上资料都还是公开、没有隐私性的StarkWare是目前唯一基于STARK的开发团队STARK要加上隐私保护不会太难，只是StarkWare还没有把这项功能放在未来规划中Cairo简介
Mina开发团队O(1)Labs拟将零知识证明技术应用于OP Stack欺诈证明:6月29日消息，轻量级区块链协议Mina开发团队O(1)Labs已向Optimism提交提案，建议将旗下基于MIP SzkVM构建的零知识证明技术应用于OP Stack欺诈证明，其中MIPS功能除了除了本地高性能的snarky JS外，还允许使用通用语言编写应用程序。[2023/6/29 22:07:25]
标榜为图灵完备的零知识证明系统语言，Cairo对原本熟悉Solidity的开发者来说还是会感到比较难上手和陌生的。再加上套件库还不够充足，目前支援的杂凑函式是Pedersen，数位签章演算法是ECDSA。
但Cairo还在早期开发的阶段，相信开发体验会越来越好的。
另外需要注意的是作为一个证明系统，会有Prover和Verifier的角色。而STARK的Verifier是开源的，但Prover软体预计会有License保护。Prover一般情况下不得用于商业用途，除非将proof上传至官方的Verifier。
Polygon社区提议将Polygon POS链与零知识（ZK）技术兼容:金色财经报道，以太坊扩展解决方案Polygon周二发布了一份提案前（Pre-PIP）讨论帖，探讨将其Polygon POS链与零知识（ZK）技术兼容。升级将使主链成为zkEVM validium ，这意味着该链仍将与以太坊虚拟机兼容。validium与ZK rollup略有不同，因为它们使用链下数据可用性模型，Polygon目前还提供ZK rollup，该rollup于3月上线。
据Polygon联合创始人Mihailo Bjelic撰写的博客文章，如果该提案得到Polygon社区的批准，重大升级将带来更高的安全性，并使区块链的框架更加面向未来。此外，Bjelic认为，这种升级将允许更快的交易确认，并扩展区块链。[2023/6/21 21:50:35]
CAIRO字母分别代表的意思是
C:CPUAIR:AlgebraIntermediateRepresentationO:OneAIR(verifiersmartcontract)torulethemallC和AIR因为比较偏撰写零知识证明应用的细节和经验所以会跳过，但O:OneAIR(verifiersmartcontract)torulethemall代表的是：任何使用Cairo写的程式都能用同一个Verifier来验证，每个应用不再需要产生自己也只有自己能用的Verifier合约。
数据：过去一周零知识区块链上的交易量和投资者存款激增:5月24日消息，DeFi用户正涌向使用“零知识证明”的基于以太坊的区块链，DefiLlama数据显示，zkSync Era、Starknet和Polygon zkEVM的活动在过去一周大幅飙升，这些链上去中心化交易所交易量过去一周分别增长了88%、48%和230%，总锁定价值(Total Value Locked，简称TVL) 过去一周增长分别增长了13%、16%和219%。[2023/5/24 15:22:47]
开发者不需要对自己的应用跑trustedsetup，也不需要烦恼Verifier的部分，如果你有开发过基于SNARK的应用的话你会更有感觉。
最后要提及的是，第一版的Cairo是设计来方便开发者将DApp的运算迁移至链下。不同于Rollup，这个链下只会有它自己一个DApp。这个DApp的项目方自己维护自己DApp的state。
这可能有点难懂。如果你有在写Solidity，想像一下今天你在合约要用到合约里宣告的storage变数时，你要自己提供merkleproof上来，证明这个storage变数真的是这个值。这个就是开发者要自己维护state的意思。
Vocdoni 认为以太坊和零知识证明等技术可以实现数字投票方案:去中心化治理工具 Vocdoni 撰文认为在经历了 2020 年美国大选期间的投票混乱之后，是时候该考虑基于以太坊、零知识证明（zkSNARK）和 IPFS 等去中心化技术实现安全且匿名的数字投票解决方案。
Vocdoni 认为这不是一个简单的挑战，但是他们设计了一套系统希望能解决投票的问题，将利用以太坊、IPFS 和 Tendermint 等技术。Vocdoni 表示他们的投票协议技术（Vocdoni Open Stack）是完全开源的，已经在欧洲的一些文化组织选举中被证明是成功的，涉及近 20 万投票者。[2020/11/9 12:06:07]
而第二版的Cairo则是StarkNet里使用的Cairo，这版的Cairo就是作为DApp在Rollup开发所使用—开发者可以在合约里宣告变数，变数的值不需开发者维护，可以直接假设存在。
注1：StarkWare不喜欢Rollup这个词，他们觉得DataAvailability的需求是一段光谱：不一定得要把data全都送上L1，中间有其他方式可以做不同层级的DataAvailability。
Trail of Bits计划利用零知识证明重塑漏洞披露流程:安全研究机构Trail of Bits宣布，正在与约翰霍普金斯大学的Matthew Green合作，使用零知识证明（zero-knowledge proofs）技术为科技公司和安全漏洞研究人员建立一种可信的基础设施，在新的合作方式之下，双方在针对漏洞披露（Vulnerability Disclosure）的流程中可进行合理的沟通，而不必担心受到破坏或歧视。
在接下来的四年里，Trail of Bits 将会进一步推进零知识证明的理论极限，并为安全漏洞研究人员提供相应的软件，用以产生漏洞可利用性的零知识证明。[2020/5/22]
注2：第一版和第二版实际上在官方版本里是0.0.1及0.0.2，在撰文当前最新版即是0.0.2。
官方网站：https://www.cairo-lang.org?
开发者文件：https://www.cairo-lang.org/docs/?
开发环境
Cairo有提供像是Remix的浏览器IDE：playground。里面提供各种范例练习和挑战，除了可以编译，还可以直接生成并上传proof。
注：但有些功能还是没办法在playground里使用，例如要给你的程式custominput时。这时候只能在本地端开发才能使用这个功能。
开发Cairo要先安装python，我将开发者文件整理出来的资料统整在这个hackmd文档里：https://hackmd.io/w690dpAQTsKeKZv3oikzTQ
里面包含简介、设置本地开发环境以及Cairo基础
注：我把开发者文件里的代码整理到这里：https://github.com/NIC619/cairo_practice/tree/master/practices
如果不想在研究开发者文件过程中，还要自己手动拼凑里面例子的话，可以直接用整理好的代码来执行。同时repo里还有包含一些额外自己测试Cairo功能的范例。
深入Cairo
在那份hackmd文档里的开头，可以连结到第二部分—深入Cairo的部分。里面也是从开发者文件里撷取出来我觉得比较重要的部分。如果你要读开发者文件的话，我建议从HelloCairo开始，它会从例子切入，会比较好知道Cairo怎么使用。接着如果要更深入了解，再去读HowCairoWorks。
StarkNetCairo
第二版的Cairo其实功能和第一版的Cairo是差不多的，所以不必担心在开发者文件里学到的Cairo在StarkNet版本会不能用或差很多。在读完HelloCairo/HowCairoworks后，就可以接着看HelloStarkNet。会很顺利的切换到StarkNet版本的Cairo。
注1：我整理的文档里是按照第一版Cairo所写的
注2：如果你从开发者文件一路看下来，体验过非StarkNet版的Cairo，那你在体验StarkNet版的Cairo时一定会发现这更像一般智能合约的使用方式—你可以用view函式查询storage变数，可以用external函式去执行合约。
非常建议尝试两种版本的Cairo，你会知道1.操作一个单独在L2的DApp和2.操作与其他DApp共存在Rollup上的DApp的不同。这对了解L2怎么运行、需要哪些资料、为什么需要这些资料非常有帮助。
0.0.2版的StarkNetCairo目前还缺少一些功能：
函式还没办法宣告阵列或struct型态的参数合约和合约之间还没办法互动L1没有办法读取到L2的资料，L2也没办法读取到L1的资料。如果要建立跨L2Bridge，这个功能非常重要。补充及个人心得
STARK的proofsize相比于SNARK系列的proofsize大很多，又其证明所包含的交易数量对proofsize和验证时间的影响不大，所以把很多笔交易一并做一个proof会是对STARK非常有利、节省成本的方式。但这同时也是一个缺点，如果你的DApp或Rollup的TPS不高，那就只能等更久时间搜集多一点的交易，要不然就只能提高成本来维持验证proof的频率。
StarkWare和zkSync一样都有Rollup宇宙的概念，个人觉得能够有选择是会比只有一个选择还好的方式，但实际上的可行性就要等其团队释出更多的资讯。
在Rollup越趋成熟的情况下，能够提供快速跨Rollup服务的流动性提供者的角色会越来越重要。zkRollup比OptimisticRollup有着短上许多的finalize时间，这对降低流动性提供者的风险有很大的帮助，但目前zkRollup支援合约功能甚至L1<->L2互动的完成度都比OptimisticRollup还低上许多。短期内快速跨Rollup的服务应该还是局限在OptimiticRollup之间。
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