📜 [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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tps意思 在 Re: [問題] FPS到底跟TPS在本質上有何不同? - 看板Steam 的推薦與評價
嘛，各自都挺有道理的，我們可以重新省思一下視角的優缺。
第一人稱的畫面中通常只有武器，相對的就是讓玩家把心思放在攻擊敵人；
第三人稱的畫面中包含著自己的操縱角色，所以相對著重於玩家自身的位置。
所以 TPS 跟 FPS 的主要不同點就在於開發單位希望玩家相對著重於哪個
是自己的位置、姿態，還是如何擊殺對方。
原始發言那裡其實沒有主觀的錯誤，他把玩家對射擊的反應能力視為唯一的競
技要素，僅此而已。第三人稱確實不利於射擊，過肩視角會讓左側或右側變成
完全死角，有時候會抓不準柵欄等物件的穿透，而一直誤射障礙物。
尤其後面這點對我自認還蠻常發生的。確實 TPS 的設計可能會讓射擊能力不
如同玩家在 FPS 上的實力。
但是他忘記的是遊戲的走位也很重要。
TPS 視角給玩家的優勢是搞懂自己在哪裡，而且相對不容易發生腳在掩體外給
人打、被人夾攻還不知道的狀況。
所以 TPS 中會花比較多時間在掩體間對射、場地跑位抓縫隙上。而且因為對方
也有一樣好的視野，所以很難包抄對方。這個技術雖然不如槍槍爆頭帥氣，但
是在遊戲競技中也是非常的重要。
這樣看來也許我們也能簡化成 FPS/TPS 差別是攻擊為主玩法與防禦為主玩法的
差別。
當然有很多遊戲乾脆直接綜合兩者，例如近期的 MGSV 雖然以 TPS 為主，但是
仍能切成第一人稱遊玩。而更注重射擊的作品像是 Ghost Recon Phatoms 就會
選擇讓玩家的瞄準動作直接變成第一人稱。
有些比較例外的是一般情況第一人稱，靠掩體時第三人稱的。不過我現在只想
得到單人遊玩的 Deus ex: HR，想不到有什麼多人的。
所以 FPS/TPS 並不會影響遊戲的緊湊度，而一個遊戲競技不競技，看的不是遊
戲的類型，而是玩家對於這款遊戲夠不夠認真而已。
所以再跟我講 FF13 只要按 O 就可以破完的我跟你翻臉，我就是以為只要按 O
就可以破才玩的只打算看看正妹，結果還是玩得累慘（死臉
※ 引述《yummypixza (好吃的披薩)》之銘言：
: 我可以犧牲自爆換一個輕鬆健康的討論串嗎...?
: (我很肯定我一定會踩到板龜然後被版主綁上氣球飛上天所以就別阻止我了 ob_ov)
: 首先就直接把最原始的發言丟上來吧
: #1M0NGnsU (Steam)
: ---
: 推 bodhi: 日本很喜歡搞這種第3人稱視角的單機RPG用的系統 然後套用在 09/23 00:35
: → bodhi: online上 老實說 不倫不類 連線如果一樣是RPG內容就算了 09/23 00:36
: → bodhi: 既然是對戰 那這種射擊型的連線 就是FPS第一人稱視角才能 09/23 00:37
: → bodhi: 發揮玩家實力 怎麼是用第三人稱視角 配合家機手把來搞笑? 09/23 00:39
: → bodhi: 對戰的目的 在日本的家機觀念 只是娛樂 在PC上 連線對戰就 09/23 02:01
: → bodhi: 是著重於電競 一個連線對戰的遊戲設計得好不好 就在於能不 09/23 02:01
: → bodhi: 能發揮玩家的實力 射擊類為什麼都FPS 因為這樣移動瞄準才快 09/23 02:03
: → bodhi: TPF是冒險解謎遊戲的視角 玩歡樂跟玩競技是不同層次的 09/23 02:04
: 首先, MGSV/MGO本質上本來就不是競技遊戲
: 你有看Steam商店的解說跟開場標題嗎? "戰術匿蹤動作遊戲"
: 所以用了FPS並不會讓他就突然有競技性
: 我還要嫌用第一人稱視角玩躲貓貓難度會變更高耶
: 第二, 為什麼改用了TPS會無法發揮玩家實力?
: 就當成是用了TPS是擺了一隻招財貓好了
: 現在打連線是所有的玩家都要在同一套規則下玩
: 不然就不公平了不是嗎? :P
: 套用你的論述:
: 今天只要大家在同一個房間, 那就不只有你一個人有招財貓
: 大家都有招財貓能拿
: 把那個招財貓換成"降低玩家實力"好了
: 有看懂嗎?
: "今天只要大家在同一個房間, 那就不只有你一個人降低實力
: 大家都會被降低實力"
: 所以這樣會輸人的話, 你的確該(ry
: 另外一個沒什麼人提但我個人感到憤憤不平的點:
: 再強調一次好了
: 推 bodhi: 日本很喜歡搞這種第3人稱視角的單機RPG用的系統 然後套用在 09/23 00:35
: 為什麼TPS會被叫做單機RPG用的系統?
: GTAV, Assassin's Creed, SMITE (還要強調一下這還是競技遊戲哩), Division
: 還有在前面被大家無視到快哭了的GOW
: 我可不記得他們的分類是被分到RPG裡面去
: (開放世界ACT/開放世界ACT/MOBA/開放世界TPS(!)/開放世界TPS(!!))
: 希望提出這論點或持有相同論點的人能夠給我個客觀的答覆
: ---
: Send from my Xperia Z3 compact
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※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 140.112.253.45
※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/Steam/M.1443016337.A.A60.html
沒玩過，不過我覺得 H1Z1 應該還是第三人稱為主？畢竟是生存向
也不是腦殘吧，其實想成第三人稱 ACT + 射擊要素可能就不會這樣覺得（？
噢對，好例子！謝謝你
其實也不是，如果是 FPS 的話沒有橫向攀爬的設計，不像 TPS 可以鏡頭面向敵人
同時又在做左右的攀爬動作，至於流暢度是優化（設計）問題
FPS v TPS 從 Splinter Cell 開始，其實是挺有趣的概念，不過我一直覺得這類
的平衡都沒有太好，大多都倒向 TPS 組（環境設計多半不利於 FPS 組）
......對不起，我就是可以 CS 瞬狙，但是 MGSV 超常手殘在慢動作模式打到障
礙物的人（淚）其實明明可以切到第一人稱，但是永遠反應不過來
※ 編輯: dklassic (140.112.253.45), 09/23/2015 22:47:09
這只是設計問題
目前玩過大多數的 TPS 準心也會隨著躲掩體→瞄準的起身動作而位移
開槍的後座力不只是隨機偏移率變大，而是瞄準中心點跑位的也有
如果只是工作室為了降低瞄準射擊難度沒有加入上述設計的話
我想應該不能直接歸咎為「第三人稱射擊」造成的問題
※ 編輯: dklassic (140.112.253.45), 09/23/2015 22:57:46
同 marsdora 說的，TPS 這個設計本身應該不是影響到射擊感的因素
就如你說的一般單機或玩劇情的，但不代表所有 TPS 都是如此 FPS
也不是讓射擊感良好的因素，我相信 FPS 但是手感差的作品應該也
可以舉出不少例子才對
※ 編輯: dklassic (140.112.253.45), 09/23/2015 23:15:59
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