要点
イーサリアムのレイヤー2スケーリングソリューションであるStarknetでは、有効性証明により、イーサリアムのセキュリティを継承する傍ら、高速かつ低コストでのトランザクションを実現しています。
同ネットワークでは、トランザクションをオフチェーンで処理し、最終的な検証のための暗号化証明をイーサリアムに送信します。
カスタマイズ可能なプログラム言語であるCairoを使用し、Starknet上でスケーラブルなdAppを構築できます。
はじめに
レイヤー2ソリューションの一種であるStarknetでは、Scalable Transparent Arguments of Knowledge（拡張可能で透明性の高い知識証明手法、STARK）証明の採用により、高速かつ廉価でスケーラブルなトランザクションを実現しています。これにより、開発者は高性能のdAppを低いコストで構築できるほか、セキュリティまたは分散性を犠牲にすることなく強力な暗号化証明を使用できます。
STARKsとは
Scalable Transparent Arguments of Knowledge（拡張可能で透明性の高い知識証明手法）の頭文字を取ったSTARKsとは、計算を繰り返さずともその正確な実施を検証するために用いられる暗号化証明技術の一種です。
STARKsは、Starknetにおいてオフチェーンでの取引が適切に処理されたことの証明に用いられ、その後、簡潔な証明をイーサリアムに送信する仕組みとなっています。これにより、イーサリアム上で大量の取引をより効率的かつ低コストでファイナライズ（確定）できるようになります。
STARKsは本質的にプライバシーを実現するものではなく、計算の完全性を証明することに重点を置いているため、従来型のゼロ知識証明（ZKP）とは異なります。STARKsが特に有望である理由として、セットアップ（証明者や関係者などを含めた環境背景）の信頼性に依存しないため計算が複雑化した場合でも高い拡張性を維持できる点、また、将来的な量子攻撃といった潜在的な脅威に耐性を持つように設計されている点が挙げられます。
Starknetとは
Starknetとは、イーサリアム上のトランザクションの高速かつ廉価な実行を目指して設計されたレイヤー2スケーリングソリューションです。Starknetではイーサリアムメインチェーン上で各トランザクションを直接処理するのではなく、これらをオフチェーンで処理します。
また、同ネットワークではSTARK証明の生成により、トランザクションが正確に実行されたことを数学的に証明します。この証明と変更に関する概要がセットでイーサリアムに送り返され、オンチェーンでこれらが検証およびファイナライズ（確定）されます。
Starknetの仕組みとは
1. シーケンサー：トランザクションの管理
シーケンサーは、トランザクションの受信と整理の役割を担っています。具体的には、トランザクションを一括処理し、有効なトランザクションを確認するとともに、資金不足やエラーなどが原因で失敗したトランザクションを破棄しています。
また、有効なトランザクションのみがブロックに追加され、これがさらなる検証プロセスに送られます。このプロセスはオフチェーンで行われるため、シーケンサーは高いスループットを実現できます。
2. プルーバー：証明の生成
プローバーは処理済みのブロックを受け取り、トランザクション実行の各手順（Execution Traceと呼ばれる）と、これに伴うシステムステート（状態）の変化（State Diffと呼ばれる）を記録します。その後、これらのデータを変換し、ランダムに抽出した部分を用いて最終的なSTARK証明を生成します。これにより、すべてのトランザクションが正確に実行されたことが数学的に保証されます。
3. イーサリアムでの決済
証明とステート（状態）に関する最終的な変更がイーサリアムに送信され、2種類のスマートコントラクトにより検証が処理されます。
Verifier（検証者）コントラクトにより、証明の正確性が確認されます。データが一貫性を有しており、有効である場合、これが承認されます。
次に、Starknet Core（スタークネットコア）コントラクトにより、イーサリアム上でStarknetのステートが検証済みの証明に基づき更新されます。
承認されると、更新済みのステートがイーサリアムのブロックに追加され、その永久的な記録の一部となります。証明を用いてオフチェーンでの計算の有効性を確認するため、イーサリアム上でトランザクションを再実行する必要がなくなり、ブロックチェーンネットワークにおける混雑とコストの軽減につながっています。
Starknetの主な機能
Cairo：Starknetのプログラミング言語
Starknetでは、Cairoと呼ばれるカスタマイズ可能なスマートコントラクト言語を採用しています。同言語は、STARK証明の検証用プログラムの記述に特化したものとなっています。開発者は同言語を用いることにより、暗号技術専門家ではない場合でも、Starknet上でスケーラブルなアプリケーションを構築できます。
また、Cairoエコシステムでは、Dojo（完全にオンチェーンのゲームを構築するためのオープンソース型ゲームエンジン）、Starknet React（StarknetのdApp用ウェブインターフェースの構築を簡素化するためのライブラリ）などの開発者向けツールも取り扱っています。
アカウントアブストラクションへのネイティブ対応
Starknetではアカウントアブストラクションにネイティブ対応しており、これにより、開発者がWeb3アプリケーションにおいてもWeb2と同様のユーザーエクスペリエンスを提供できるようになります。この一例として、ユーザーがシードフレーズの入力を行わずにログインできるようになるPasskey、ユーザーが複数のトランザクションを一度に承認可能となるセッションキーなどの機能が挙げられます。また、Paymaster機能により、ガスレストランザクションが実現します。これにより、ERC-20トークンによる支払い、または他者によるガス代の負担が可能となります。
Starknetのスマートコントラクトウォレットの一例であるCartridge Controllerにより、これらの機能がゲームにもたらされています。同ウォレットは、ワンクリックでのオンボーディング、プレイヤーの本人確認とアチーブメントに対応するほか、ゲームエンジンおよびフロントエンドツールと連携しています。
Validity Rollupとオプティミスティック・ロールアップの比較
トランザクションに対する異議申し立てがない限りトランザクションが有効であるとされるオプティミスティック・ロールアップとは異なり、StarknetではValidity Rollup（有効性検証ロールアップ）を用いてトランザクションの正確性を確認します。これにより、高速でのファイナリティが実現する（異議申し立ての期間を設定する必要がないため）ほか、暗号技術による強力な保証が提供されます。
一方、オプティミスティック・ロールアップは実装が容易であり、既存のイーサリアムツールとの高い互換性を有している可能性があります。両者にはそれぞれトレードオフが存在し、どのロールアップを選択するかは、レイテンシー、互換性、信頼の前提条件などの特定の目標に依存します。
課題
Starknetはイーサリアム仮想マシン（EVM）との互換性をネイティブには有していないため、開発者が既存のSolidityコードおよびイーサリアムツールを簡単に使用できるzkSync EraやScrollなどのレイヤー2とは異なる位置付けとなっています。
一方で、Starknetでは、STARK証明によるスケーラビリティを実現するために設計された独自のプログラミング言語であるCairoで開発を行う必要があります。Cairoは技術的な優位性を有する一方、新たな学習が必要になるため、オンボーディング（開発者の呼び込み）が遅延したり既存アプリの移行が難しくなる可能性があります。
STRKトークン
STRKトークンは、Starknetプロトコルのネイティブユーティリティトークンです。同トークンは、ガバナンス、トランザクション手数料、ステーキングなどのさまざまな目的に用いられています。
ガバナンス：STRKホルダーは、システムのアップグレードやStarknet Operating Systemに関する変更などに関する提案への投票により、プロトコルガバナンスに参加できます。また、一部の提案への対応または開始にあたり、最小限のSTRKが求められる場合があります。
トランザクション手数料：STRKは、Starknet上でのトランザクション手数料の支払いに用いられます。STRKを使用する場合、イーサリアムのガス代を支払うためにシーケンサーによりSTRKの一部がETHに交換されます。
ステーキング：STRKのステーキング参加方法は、以下の2種類となっています。
バリデーターとして参加：最小限のSTRKのステーキングにより、ネットワーク上での責任を果たしながら報酬を獲得できます。
委任者として参加：バリデーターへのトークンの委任により、バリデーターノードを運用せずに報酬の一部を獲得できます。
まとめ
Starknetでは、検証性証明（主にSTARKs）を用いてイーサリアムをスケール化するための斬新なアプローチを提供しています。同ロールアップでは、イーサリアムのセキュリティ保証を維持する傍ら、スループットの向上とコストの削減に向けた取り組みを行っています。プログラミング言語であるCairoやネイティブのアカウント・アブストラクションなどの機能を備えたStarknetでは、特にオンチェーンゲームやインフラなどの分野において、開発者に新たな機会を提供しています。
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