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告別過去在電腦教室上著令人昏昏欲睡的資訊課吧!!
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📜 [專欄新文章] [zkp 讀書會] Cairo 語言介紹
✍️ NIC Lin
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Cairo 是 STARK 證明系統的其中一個編程語言,讓開發者能透過 Cairo 來使用 STARK,撰寫效能更高的 Dapp
Photo by Simon Berger on Unsplash
Warning:本篇會保持在 high level 的介紹,實際深入的部分請見文內附上的文檔或是官方開發者文件
背景介紹
建構於密碼學的零知識證明能提供計算的隱私性,但同時在區塊鏈生態系也被用來提升 Scalability — 我可以用 10 秒的運算資源來驗證原本耗費 1000 秒運算資源的計算過程
如同更多人熟悉的 SNARK,STARK 也是一個零知識證明的證明系統,但當前的 STARK 著重的是在 Scalability ,而非大家比較習以為常零知識證明提供的隱私性特質
其實目前基於 SNARK 的 Rollup 項目,例如 zkSync、Loopring、Aztec、zkopru,除了 Aztec 外,其他都是利用 SNARK 來增加 Scalability — 這些 Rollup 上資料都還是公開、沒有隱私性的
StarkWare 是目前唯一基於 STARK 的開發團隊
STARK 要加上隱私保護不會太難,只是 StarkWare 還沒有把這項功能放在未來規劃中
Cairo 簡介
標榜為圖靈完備的零知識證明系統語言,Cairo 對原本熟悉 Solidity 的開發者來說還是會感到比較難上手和陌生的。再加上套件庫還不夠充足,目前支援的雜湊函式是 Pedersen,數位簽章演算法是 ECDSA(相對於 SNARK,EdDSA 的效能反而比較差所以沒有支援)。
但 Cairo 還在早期開發的階段,相信開發體驗會越來越好的。
另外需要注意的是作為一個證明系統,會有 Prover 和 Verifier 的角色。而 STARK 的 Verifier 是公開的,但 Prover 軟體預計會有 License 保護。Prover 一般情況下不得用於商業用途,除非將 proof 上傳至官方的 Verifier。
最後要提及的是,第一版的 Cairo 是設計來方便開發者將 Dapp 的運算遷移至鏈下。不同於 Rollup,這個鏈下只會有它自己一個 Dapp。這個 Dapp 的項目方自己維護自己 Dapp 的 state。( Rollup 則是 operator 維護所有 Dapp 的 state,Dapp 開發者不需自己操煩)
這可能有點難懂。如果你有在寫 Solidity,想像一下今天你在合約要用到合約裡宣告的 storage 變數時,你要自己提供 merkle proof 上來,證明這個storage 變數真的是這個值。這個就是開發者要自己維護 state 的意思。
而第二版的 Cairo 則是 StarkNet 裡使用的 Cairo(第一和第二版是不同編譯器),這版的 Cairo 就是作為 Dapp 在 Rollup 開發所使用 — 開發者可以在合約裡宣告變數,變數的值不需開發者維護,可以直接假設存在。
註1:StarkWare 不喜歡 Rollup 這個詞,他們覺得 Data Availability 的需求是一段光譜:不一定得要把 data 全都送上 L1,中間有其他方式可以做不同層級的 Data Availability。
註2:第一版和第二版實際上在官方版本裡是 0.0.1 及 0.0.2,在撰文當前最新版即是 0.0.2
官方網站:https://www.cairo-lang.org
開發者文件:https://www.cairo-lang.org/docs/
開發環境
Cairo 有提供像是 Remix 的瀏覽器 IDE:playground。裡面提供各種範例練習和挑戰,除了可以編譯,還可以直接生成並上傳 proof。
註:但有些功能還是沒辦法在 playground 裡使用,例如要給你的程式 custom input 時。這時候只能在本地端開發才能使用這個功能。
開發 Cairo 要先安裝python,我將開發者文件整理出來的資料統整在這個 hackmd 文檔裡:https://hackmd.io/w690dpAQTsKeKZv3oikzTQ
裡面包含簡介、設置本地開發環境以及 Cairo 基礎(因為篇幅原因,所以不將內容複製到這裡)
註:我把開發者文件裡的代碼整理到這裡:https://github.com/NIC619/cairo_practice/tree/master/practices
如果不想在研究開發者文件過程中,還要自己手動拼湊裡面例子的話,可以直接用整理好的代碼來執行。同時 repo 裡還有包含一些額外自己測試 Cairo 功能的範例。
深入 Cairo
在那份 hackmd 文檔裡的開頭,可以連結到第二部分 — 深入 Cairo 的部分。裡面也是從開發者文件裡擷取出來我覺得比較重要的部分。如果你要讀開發者文件的話,我建議從 Hello Cairo 開始,它會從例子切入,會比較好知道 Cairo 怎麼使用。接著如果要更深入了解,再去讀 How Cairo Works。
StarkNet Cairo
第二版的 Cairo 其實功能和第一版的 Cairo 是差不多的,所以不必擔心在開發者文件裡學到的 Cairo 在 StarkNet 版本會不能用或差很多。在讀完 Hello Cairo/How Cairo works 後,就可以接著看 Hello StarkNet。會很順利的切換到 StarkNet 版本的 Cairo。
註1:我整理的文檔裡是按照第一版 Cairo 所寫的
註2:如果你從開發者文件一路看下來,體驗過非 StarkNet 版的 Cairo,那你在體驗 StarkNet 版的 Cairo 時一定會發現這更像一般智能合約的使用方式 — 你可以用 view 函式查詢 storage 變數,可以用 external 函式去執行合約(非 StarkNet 版本不是這樣操作 Dapp 的,這邊因為篇幅原因沒有詳細介紹)。
非常建議嘗試兩種版本的 Cairo,你會知道 1. 操作一個單獨在 L2 的 Dapp 和2. 操作與其他 Dapp 共存在 Rollup 上的 Dapp 的不同。這對了解 L2 怎麼運行、需要哪些資料、為什麼需要這些資料非常有幫助。
0.0.2 版的 StarkNet Cairo 目前還缺少一些功能:
函式還沒辦法宣告陣列或 struct 型態的參數
合約和合約之間還沒辦法互動
L1 沒有辦法讀取到 L2 的資料,L2 也沒辦法讀取到 L1 的資料。如果要建立跨 L2 Bridge,這個功能非常重要。
補充及個人心得
STARK 的 proof size 相比於 SNARK 系列的 proof size 大很多,又其證明所包含的交易數量對 proof size 和驗證時間的影響不大,所以把很多筆交易一併做一個 proof 會是對 STARK 非常有利、節省成本的方式(SNARK、STARK 比較表)。但這同時也是一個缺點,如果你的 Dapp 或 Rollup 的 TPS 不高,那就只能等更久時間搜集多一點的交易,要不然就只能提高成本來維持驗證 proof 的頻率。
StarkWare和 zkSync 一樣都有 Rollup 宇宙的概念( Rollup 宇宙的用詞並不精確,因為在他們的宇宙中不會所有子鏈都是 Rollup,而是會有依照 Data Availability 程度不同所區分的子鏈,像是 Validium、zk Porter 的設計),個人覺得能夠有(針對 Data Availability 程度的)選擇是會比只有一個選擇(完全 Data Available) 還好的方式,但實際上的可行性就要等其團隊釋出更多的資訊。
在 Rollup 越趨成熟的情況下,能夠提供快速跨 Rollup 服務的流動性提供者的角色會越來越重要。zk Rollup(StarkNet、zkSync、etc…)比 Optimistic Rollup (Optimism、Arbitrum、etc…)有著短上許多的 finalize 時間,這對降低流動性提供者的風險有很大的幫助,但目前 zk Rollup 支援合約功能甚至 L1 <-> L2 互動的完成度都比 Optimistic Rollup 還低上許多。短期內快速跨 Rollup 的服務應該還是侷限在 Optimitic Rollup 之間。
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【張旭人生雜談目錄】
EP01:為何小考行,大考卻不行 (https://youtu.be/X8G6uCH0TZU)
EP02:一言不合就筆戰的 5 個數學問題 (https://youtu.be/UdBUnkelEEk)
EP03:高中微積分和大學微積分的 5 個差別 (https://youtu.be/FqxnQ90DpPk)
EP04:感謝個為支持,我們開會員制囉 (https://youtu.be/zGFE56E7TUk)
EP05:酒精微積分大賽規則說明與題目講解 (https://youtu.be/Cz7cmj-TtUQ)
EP06:我清大數博入學考只有4分? (https://youtu.be/b19kbL0pAFQ)
EP07:是時候公佈這個計劃了? (https://youtu.be/0lJ10W8K_z8)
EP08:你想當老師嗎?那你來看這個! (https://youtu.be/gWhIydAN4nU)
EP09:張旭線上教學平台正式上線!(https://youtu.be/twA-P6p4ftU)
EP10:張旭微積分上學期課程介紹 (https://youtu.be/DQKAPa0FrFQ)
EP11:張旭微積分下學期課程介紹 (https://youtu.be/ycQbQxvOMDQ)
EP12:割圓術 (https://youtu.be/eVLeTHQPRN8)
EP13:我大學時成立了一個幫派 (https://youtu.be/5vwToeO_zIM)
EP14:連數學老師也不一定看過的韋達公式 (https://youtu.be/XJzgyTvKjYk)
EP15:愛莉莎莎 is isomorphic to 鍾明軒 and 館長 but not 蒼藍鴿 (https://youtu.be/h77AcOhkhqk)
EP16:教育到底應不應該商業化? (https://youtu.be/LCR83Sjv-9k)
EP17:國高中資優數學君揚老師登場!(https://youtu.be/6ts8Ojnhfkw)
EP18:程式設計 APCS Hank 老師登場!👈 目前在這裡
【版權宣告】
本影片版權為張旭 (張舜為) 老師所有
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[初階]從VBA的自動化到PYTHON網路爬蟲應用(課程簡介&安裝環境&設定python路徑與新增專案與模組&算術運算子&修改編碼為UTF8與轉型&BMI格式化與去除換行&用For迴圈加總1到99&分別計算奇數與偶數)
01_課程簡介說明
02_講師介紹與安裝環境
03_設定python路徑與新增專案與模組
04_算術運算子練習
05_修改編碼為UTF8與轉型
06_變數資料型態的轉換
07_脫逸字元說明
08_關係運算子與邏輯判斷
09_多重邏輯判斷
10_多重邏輯判斷改為成績
11_計算BMI程式說明
12_BMI格式化與去除換行
13_用For迴圈加總1到99
14_分別計算奇數與偶數
完整影音
http://goo.gl/aQTMFS
教學論壇(之後課程會放論壇上課學員請自行加入):
https://groups.google.com/forum/#!forum/tcfst_python_2019_2
懶人包:
EXCEL函數與VBA http://terry28853669.pixnet.net/blog/category/list/1384521
EXCEL VBA自動化教學 http://terry28853669.pixnet.net/blog/category/list/1384524
[初階]從VBA的自動化到PYTHON網路爬蟲應用
01 建置Python開發環境 3
02 基本語法與結構控制 3
03 迴圈敘述演示與資料結構及函式 3
04 檔案處理與SQLite資料庫處理 6
05 TQC+Python證照第1、2、3類:
基本程式設計與選擇敘述與迴圈敘述 12
06 TQC+Python證照第4、5類:
進階控制流程與函式(Function) 9
[進階]網頁資料擷取、分析與資料視覺化能力
07 網頁資料擷取與分析 3
09 實戰:處理 CSV 檔和 JSON 資料 3
10 實戰:PM2.5即時監測顯示器轉存資料庫 3
11 實戰:下載台銀外匯、下載YAHOO股市類股 3
12 實戰:下載威力彩開獎結果 3
13 TQC+Python 3網頁資料擷取與分析第1類:資料處理能力 3
14 TQC+Python 3第2類:網頁資料擷取與轉換 6
15 TQC+Python 3第3類:資料分析能力 6
16 TQC+Python 3第4類:資料視覺化能力 6
上課用書:
參考書目
Python初學特訓班(附250分鐘影音教學/範例程式)
作者: 鄧文淵/總監製, 文淵閣工作室/編著
出版社:碁峰 出版日期:2016/11/29
吳老師 109/7/3
EXCEL,VBA,Python,自強工業基金會,EXCEL,VBA,函數,程式設計,線上教學,PYTHON安裝環境,資料視覺化
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單元02_基本語法與結構控制件
01_基本語法與變數宣告
02_變數型別輸出練習
03_變數型別與跳脫字元練習
04_運算子與邏輯年齡判斷範例
05_邏輯判斷與年齡判斷說明
06_將PYTHON程式改為VBA說明
07_將輸入輸出改為EXCEL的Range物件
08_邏輯判斷BMI範例說明
09_計算BMI與格式化練習
10_BMI結果與格式化字串
11_BMI範例轉為VBA作業說明
完整教學
http://goo.gl/aQTMFS
吳老師教學論壇
http://www.tqc.idv.tw/
教學論壇(之後課程會放論壇上課學員請自行加入):
https://groups.google.com/forum/#!forum/tcfst_python_2019_3
課程簡介:
單元01_建置Python開發環境
單元02_基本語法與結構控制件
單元03_迴圈資料結構與自訂函數
單元04_串列與字典型態、檔案處理、資料庫處理
單元05-1_開放資料處理
CSV和JSON資料處理(停車與PM2.5)
單元05-2_開放資料處理
練習題_新北市開放資料JSON
單元05-3_GOOGLE雲端當CSV來源與CSV處理
單元05-4_網頁資料擷取
單元06_使用Pandas與處理_Excel_試算表
單元07_Phython連結MYSQL資料庫
單元08_視覺化報表使用圖表繪製Matplotlib
上課用書:
參考書目
Python初學特訓班(附250分鐘影音教學/範例程式)
作者: 鄧文淵/總監製, 文淵閣工作室/編著?
出版社:碁峰? 出版日期:2016/11/29
吳老師 109/2/12
EXCEL,VBA,Python,東吳推廣部,自強工業基金會,EXCEL,VBA,函數,程式設計,線上教學,PYTHON安裝環境
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