Initialement publié en anglais par StarkWare le 17 Mars, 2023

Comment nous en sommes arrivés là, notre ADN et où nous allons.

Cet article est basé sur une conférence du professeur Eli Ben-Sasson, co-fondateur et président de StarkWare, lors de StarkWare Sessions 2023 qui s’est récemment tenue en Israël.

Comment en sommes-nous arrivés là ?

La technologie STARK est basée sur des preuves, et plus précisément : des preuves d'intégrité. Le grand C.S. Lewis a magnifiquement défini l'intégrité comme "faire ce qu'il faut, même quand personne ne regarde". L'objectif est l'intégrité, et les preuves sont un moyen d'y parvenir. Les STARKs utilisent les mathématiques pour garantir l'intégrité, en veillant à ce que le calcul soit effectué correctement, même si personne ne regarde.

Le concept d'utiliser un seul ordinateur fiable pour surveiller un groupe de supercalculateurs peu fiables a été introduit dans un article de 1991 par László Babai, Lance Fortnow, Leonid Levin et Mario Szegedy. Cette technologie "PCP" emploie les mathématiques pour surveiller et garantir l'intégrité d'un calcul complexe. Voici comment cela se passe :

Les affirmations computationnelles peuvent être transformées en un puzzle de type Sudoku avec des contraintes qui s'entrecroisent de diverses manières. Chaque affirmation conduit à un puzzle unique. L'entité qui fait l'affirmation est appelée "Prover", et la preuve qu'il soumet équivaut à un puzzle Sudoku rempli (voir l'image ci-dessous). La caractéristique d'une affirmation correcte est que les solutions soumises satisfont chacune des innombrables contraintes associées au puzzle. Et la propriété la plus magique de ces PCP (et la plus difficile à établir mathématiquement) est que, pour les fausses affirmations, n'importe quelle solution soumise violera au moins 99 % des contraintes du Sudoku.

Le Verifier, un ordinateur de confiance, mais à faible capacité, connaît le puzzle unique devant être résolu pour prouver l'affirmation. Au lieu de lire l'intégralité de la solution du Prover, il effectue un "sondage" aléatoire et vérifie une contrainte aléatoire de la solution soumise (la preuve). Et décide ainsi d'accepter ou de rejeter l'affirmation en fonction de la satisfaction de cette seule contrainte aléatoire. Compte tenu de la nette différence entre les solutions des vraies affirmations (qui satisfont toutes les contraintes) et les solutions des fausses affirmations (qui ne peuvent satisfaire plus de 1 % des contraintes). Les propriétés élémentaires des statistiques et du sondage peuvent être utilisées : en échantillonnant, par exemple, 6 contraintes aléatoires et en vérifiant si elles sont valides. Le Verifier saura avec une quasi-certitude, jusqu'à une probabilité d'erreur d'au plus une chance sur un billion (1 000 000 000 000), si le calcul a été effectué avec intégrité.

La dernière propriété magique nécessaire à la scalabilité est que même si le puzzle Sudoku est aussi grand que le nombre d'étapes dans le calcul, le Verifier peut échantillonner, lire et vérifier une contrainte aléatoire en lui rapidement. En fait, la quantité de calcul nécessaire à cette fin est exponentiellement plus petite que la taille du puzzle Sudoku !

Le début des STARKs

La technologie PCP a été développée dans les années 1990, et les STARKs en sont une version modifiée. Une différence clé est qu'au lieu de générer et de remplir un seul puzzle Sudoku, ce processus, de génération de puzzles Sudoku et de remplissage par le Prover, est répété plusieurs fois. Le Verifier échantillonne ensuite une seule contrainte de ce Sudoku multidimensionnel et, en fonction de celle-ci, décide d'accepter ou de rejeter l'affirmation.

En utilisant les STARKs, le petit gars peut vérifier et s'assurer qu'une énorme entreprise, un monopole ou un gouvernement fonctionne correctement.

Une partie importante de cette histoire concerne l'endroit où cette technologie pourrait être utilisée dans le monde réel. Dans le monde conventionnel, il est difficile de trouver un cadre dans lequel un seul ordinateur de confiance, mais à faible capacité, est nécessaire pour surveiller un groupe de supercalculateurs non fiables et potentiellement peu fiables. Où trouvons-nous le scénario d'un seul PC à faible capacité, mais fiable en qui tout le monde a confiance ?

L’arrivée de la Blockchain

Une catégorie cruciale d'innovation au-delà de la cryptographie et du calcul a émergé en 2008 : le travail de Satoshi en 2008 a tout changé.

Tout au long de l'histoire, les transactions étaient effectuées de manière peer-to-peer avec de l'argent liquide et des biens, mais aujourd'hui, elles se font par le biais de plateformes centralisées telles qu'Apple Pay, Visa et Swift. Les utilisateurs doivent faire confiance à ces plateformes pour gérer équitablement leurs transactions.

Bitcoin a revitalisé la nature peer-to-peer de l'échange monétaire en éliminant le besoin d'un intermédiaire de confiance. Ethereum a poussé plus loin ce concept en permettant la création de programmes génériques formant le tissu économique de la société.

Il y a une convergence de deux lignes d'innovation. D'un côté, nous avons PCP (et les STARKs) qui permettent à un seul ordinateur de confiance, mais à faible capacité d'appliquer l'intégrité à plus grande échelle. D'un autre côté, nous avons une blockchain, qui est un ordinateur très fiable qui utilise les mathématiques pour vérifier les calculs à grande échelle. Cela a conduit à la réalisation significative que les blockchains s'alignent parfaitement avec les mathématiques qui garantissent l'intégrité.

L’arrivée de StarkWare

En 2018, StarkWare a été le pionnier de l'utilisation des preuves de validité STARK pour résoudre les problèmes de scalabilité d'Ethereum. La répartition inégale des calculs entre le Prover off-chain et le Verifier on-chain ouvre la voie à une scalabilité massive. Le Prover off-chain traite de grands lots de transactions et génère une preuve STARK, tandis que le Verifier vérifie la preuve on-chain avec un minimum de calcul. Cela permet le traitement off-chain de calculs volumineux tout en garantissant leur intégrité on-chain avec un minimum de frais généraux.

Depuis lors, StarkWare a atteint plusieurs étapes importantes :

• StarkEx, basé sur un modèle économique SaaS, revendique la plus mise à l’échelle de couche 2 sur Ethereum et est en production depuis juin 2020.

• Cairo - Le besoin d'écrire des programmes via un langage de programmation général (Turing complet) qui serait sûr et efficace pour les développeurs à écrire. Le tout en conduisant à des preuves STARKs efficaces pour l'exécution de ces programmes, a conduit à la création de Cairo. Il s'agit du langage de programmation le plus efficace pour tirer parti des preuves de validité, qui sont essentielles pour la scalabilité.

• Starknet est le premier réseau décentralisé en production qui permet d'écrire une logique personnalisée, similaire à Ethereum.

Qu'est-ce qui est dans l'ADN des STARKs ?

• La tête dans les étoiles, les pieds dans la boue : Nous suivons une approche à deux volets. Nous aimons la technologie, les mathématiques et l'innovation, et nous nous concentrons sur la livraison de nos produits.

• L'excellence engendre l'excellence : La plus grande réalisation de StarkWare est le niveau d'excellence auquel aspirent ses giga-brains.

• L'excellence engendre la magnanimité : Nous embrassons et soutenons d'autres équipes qui repoussent les limites d'Ethereum et/ou des STARKs.

• "Pour aller vite, vas-y seul. Pour aller loin, allons-y ensemble." StarkEx, Cairo, et même Starknet ont été initialement réalisés en interne, et ils ont été expédiés rapidement. Ensuite, nous nous efforçons de rendre nos produits open source et décentralisés, et nous nous concentrons sur la transformation des STARKs en un bien public.

Où allons-nous ?

Starknet possède déjà un écosystème en pleine expansion avec environ 1000 développeurs et plus de 400 référentiels GitHub.

En adoptant la mentalité "Pour aller vite, vas-y seul. Pour aller loin, allons-y ensemble", StarkWare va :

• Faire de Starknet un rollup de validité décentralisé et sans permission, gouverné par la Fondation Starknet.

• Se concentrer sur la décentralisation des différentes parties en mouvement de Starknet, telles que le Prover, le Sequencer et la gouvernance.

Pour profiter de la puissance et de la scalabilité des STARKs, apprenez le langage de programmation Cairo en open source et écrivez vos programmes de cette manière.