原文：《StarkNetPerformanceRoadmap》
编译：wesely
路线图中的并行化、Rust等改进，都是为接下来StarkNet提升TPS所做的准备。
rollups的有效性不受限于L1的吞吐量，使得L2的TPS可以很高。
在StarkNet的性能路线图中，解决了系统中的一个关键因素——排序器。
性能的改进主要有以下几点：
排序器的并行化
为Cairo虚拟机提供Rust语境下的实现
在Rust语境下的排序器
证明者并不是瓶颈，他们可以处理比现在更多的东西。
简介
大约一年前，StarkNetAlpha正式上线了以太坊主网，这时，我们将重心放在了功能的构建上，现在，我们决定将重点转移到提高性能之上，并计划通过一系列的步骤来提高StarkNet上的用户体验。
金色财经CEO王瑜琨：全面开放与Web3行业伙伴的合作:金色财经报道，5月26日金色电音节2023环球行·深圳站如期举行。金色财经CEO王瑜琨在会上表示，金色财经已在行业深耕七年，成为集行业新闻、资讯、数据等的一站式区块链产业服务平台，我们追求及时、全面、专业、准确的资讯与数据，致力于为用户提供最好的产品和服务。七年来金色财经服务了行业内上千家伙伴。2023年6月香港地区开始正式全面拥抱加密行业，因此我们今天举行了金色电音节，并全面开放与Web3行业伙伴的合作。后续我们还将和行业伙伴们一起举办更多活动，助力行业发展。[2023/5/26 9:44:23]
在这篇文章中，我将解释为什么有很多优化措施只适用于有效性汇总，并分享StarkNet实施这些措施的计划和步骤，其中一些计划已经在StarkNetAlpha0.10.2中实现，在讨论具体的细节之前，让我们先来回顾一下限制链上性能的原因。
区块限制：ValidityRollups与L1
金色晚报 | 12月25日晚间重要动态一览:12:00-21:00关键词：1inch、SEC、华尔街日报、Gemini
1. Compound总法律顾问：美国SEC领导层变动“不太可能”对Ripple产生积极影响
2. 《分布式数据库技术金融应用规范 技术架构》等3项金融行业标准正式发布
3. 数据：1inch最高日活1523个地址，8041个地址已申领空投
4. 何亦凡：BSN正在开发支持CBDC和稳定币的企业支付平台
5. 首个IEEE区块链国际标准发布
6. 华尔街金融分析师：继Ripple之后，SEC将瞄准其他“垃圾”币
7. 华尔街日报：9月份以来，新大型投资者共购买了约50万枚比特币
8. Gemini联合创始人：比特币本身就能作为干预手段保护个人获取的价值[2020/12/25 16:32:06]
提高区块链可扩展性和TPS的方法之一是：在解除区块的限制同时，保持区块生成时间的不变。这需要区块生产者提供更高效的服务，因此就需要更有效地执行这些组件，因此，我们将重点转移到StarkNet排序器的优化之上，在下文会详述具体内容。
金色电音节｜联合出品OEG甲骨文生态深圳站成功举办:6月19日晚，金色财经联合OEG甲骨文生态金色电音节深圳站成功举办。OEG甲骨文社区理事会高级顾问 —Mario先生 出席活动并在发言中表示：甲骨文生态会一如既往坚持初衷，以用户利益为首要原则，打造新型生态无界金融。
同时Mario表示OEG将开展社区推广全球城市行，社区理事会其他成员也将会和OEG全球粉丝进行面对面交流，同时OEG甲骨文生态百大社区战略扶持计划即将开启。OEG无界交易将在7月开启，敬请您的期待！[2020/6/20]
这里会有一个问题，为什么对排序器的优化仅仅对ValidityRollups有效，换句话说，为什么我们不能在L1上以相同的方法改进，避免有效性汇总有复杂性？在下一节内容中，对这一问题将进行回答。
为什么L1吞吐量有限
如果L1的区块限制被解除，会遇到一个很大的问题，因为链的高吞吐带来了链上区块的高增长率，为了确保不同的节点跟上最新的全链状态，就需要增加了更多的全节点。又由于L1全节点必须记录所有历史记录，区块大小的大幅增加会给全节点运营者带来巨大压力，并导致部分全节点因为机器性能落后而退出系统，结果，能够运营全节点的都是一些比较大的实体，最终就是用户无法以无信任的姿态验证状态并参与网络。
金色财经独家分析 区块链将打造全新的物流业:共识大会上FedEx发声将采用区块链技术跟上快速发展的数字世界。金色财经分析，物流作为供应链上一个重要因素将极具场景落地的需求，也被广泛看好。普华永道此前的一份调查显示物流业成为三大最有应用前景的场景之一。至于场景落地，无论官方还是私营部门都在加速落地，韩国海关正在推进区块链通关物流试点、招募区块链通关物流示范企业，京东、中通等企业也正在用区块链技术驱动业增长，区块链将打造广泛应用场景下全新的物流业。[2018/5/15]
这也让我们明白，从某种意义上来说正是L1吞吐量的限制，成就了一个真正去中心化的和相对安全的网络系统。
上述问题为什么不会出现在ValidityRollups之上？
只有在考虑全节点的问题时，我们才能看到有效性汇总的优势。正常情况下，一个L1全节点需要重新执行整个链的历史以确保当前状态的正确性，而StarkNet节点只需要验证STARK证明，而且这种验证需要的计算资源呈指数级下降。重点是，链上全节点状态的验证同步没有涉及到执行；一个节点可以从另一个全节点那里接受当前状态的转储，只需通过STARK证明来验证这个状态是否有效即可。这让我们在增加网络的吞吐量的同时，不用增加全节点的数量。
动态 | 1000枚BTC转入Bitstamp交易所 价值724.45万美元:Whale Alert数据监测，北京时间11月27日21:12, 1000枚BTC从Bitmex交易所转入Bitstamp交易所，按当前价格计算，价值约724.45万美元，交易哈希为：eeac02a2cd790cbfd67c719744db6fc8449b871a405ee3c840d7f1395b04a535。[2019/11/27]
因此，在L2上，通过对排序器的优化可以对整个系统的性能进行提升，但这在L1上不能实现的。
StarkNet的未来性能路线图
这一部分，我们将讨论目前有哪些计划用于对StarkNet排序器的优化。
排序器并行化
性能路线图的第一步是为交易执行引入并行化。这个提议是在StarkNetalpha0.10.2中正式引入的，该版本于11月29日在以太坊主网上发布，我们现在来深入探讨下什么是并行化。
一般来说，并行执行多个交易区块是不可以的，因为不同的交易可能是相互依赖的。以下方示例中进行说明，我们假设有一个包含来自同一用户的三笔交易的区块：
TxA：将USDC兑换ETH
TxB：为某款NFT支付ETH费用
TxC：将USDT兑换BTC
显然，交易A必须发生在交易B之前，但交易C完全独立于两者，是可以并行执行的。如果每个交易需要1秒执行，那么通过引入并行化处理之后，区块生产时间可以从3秒减少到2秒。
问题的关键在于，我们事先并不知道不同交易之间的依赖性。在实践中，只有当我们执行到示例中的TxB时，我们才会发现它是依赖于TxA所做的改变。更准确地说，这种依赖性源于TxB从TxA写入的存储单元中读取这一动作。我们可以把不同的Tx看成是一个依赖图，其中存在从交易A到交易B的一条边，当且仅当A写入一个由B读取的存储单元时，B才可能执行。下图显示了这种依赖之间的关系：
在上面的示例中，每一列都可以并行执行。
为了克服事先无法确定不同交易事件之间的依赖关系，我们根据AptosLabs推出的BLOCK-STM，将OP并行化引入到StarkNet排序器中。在这种模式下，会以乐观地方式并行地处理事务，并在发现碰撞时重新执行。比如在上述示例图中，我们可以并行执行TX1-4，但事后发现Tx4依赖于Tx1，因此这次执行是无效的，在这种情况下，将重新执行Tx4。
请注意，在上述这种乐观并行化的基础上我们也增加一些优化措施。例如，与其等待每个执行的结束，可以在发现一个使之运行结果无效的依赖关系时就中止执行。
另一个优化的例子是选择哪些事务来重新执行。假设由上述示例图的所有事务组成的区块被送入一个拥有五核CPU的排序器。首先，我们尝试并行执行tx1-5，如果完成的顺序是Tx2、Tx3、Tx4、Tx1，最后是Tx5，那么我们将在Tx4已经执行后才发现依赖关系Tx1→Tx4，这表明它应该被重新执行。直观地说，考虑到Tx4的重新执行，Tx5也需要重新执行，然而，我们可以遍历由执行已经结束的事务构建的依赖图，只重新执行依赖于Tx4的事务，而不是将失效Tx4之后的事务都重新执。
Rust语境下的Cairo-VM实现
StarkNet中的智能合约是通过Cairo语言编写的，并在Cairo-VM虚拟机中执行。目前，排序器正在使用python语言在Cairo-VM上运行。为了优化虚拟机的实现性能，我们之前发起了用Rust重写Cairo-VM虚拟机的工作。
目前，cairo-rs可以执行原生Cairo代码，下一步是处理智能合约的执行和与pythonic排序器的集成，一旦与cairo-rs集成，排序器的性能有望进一步提高。
Rust语境下的排序器
通过python到rust的转变以提高网络性能，不仅限于Cairo-VM，StarkNet用Rust重写了排序器相关的代码。除了Rust的内部优势之外，这还为排序器的其他优化提供了可能，比如，可以集合cairo-rs的优势，而无需python-rust通信的开销，也可以完全重新设计状态的存储和访问方式。
证明者
在整篇文章中，没有提到有效性汇总中核心元素之一——证明者。作为可以说是架构中最复杂的组件，证明者算是瓶颈，也是优化的重点。但现在，StarkNet的瓶颈是更加“标准”的组件，特别是对于递归证明，可以将当前测试网/主网上的更多交易放入证明中。事实上，StarkNet区块与StarkEx交易一起得到有效的市场证明，后者有时会有数十万NFT的铸造事件。
总之，并行化、Rust等改进，都是为接下来StarkNet提升TPS所做的准备。
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