Cairo 或将取代 Solidity 的原因

在这篇文章中，我将论证Cairo可以影响即将到来的可证明计算的浪潮，就像Solidity支持可组合计算一样。Cairo是StarkNet的原生编程语言，StarkNet是一种用于扩展以太坊的L2网络。

当我们把智能合约仅仅看作是金融的延伸(DeFi)或网络的泛化(web3)时，这是令人遗憾的。智能合约网络实际上是可组合计算的平台。

以太坊嵌入了一些允许其计算机程序互操作的标准：

透明字节码（没有隐藏的Web API）

标准化API结构（称为ABI）

保证正常运行时间（每个应用都托管在多台机器上，每个应用程序拒绝服务是不经济的）

内置支付基础设施（不依赖于Stripe等第三方）

完整的部署和交易沿袭

不同应用程序层（治理、所有权等）之间无摩擦的合约

这些限制可能会降低开发人员的生产力，但也会以前所未有的规模激励有状态应用程序的组合和重用。

Solidity 是可组合计算的第一个主流语言

Solidity被创建为一种与上述标准兼容的简单语言。它提供了:

基本状态机功能(状态、访问、更新等)

无法访问不可组合的原语(例如，外部数据馈送)

合约对合约交互的接口（组合方式）

用于交易费用的内置gas计量

对底层虚拟机（程序集）的高性能访问

虽然现有的编程语言可以适应可组合计算，但它们需要扩展（为组合添加接口）和限制（消除所有形式的非确定性和外部访问）的组合，这很难合并。此外，在优化上其是与优化 Solidity 代码（gas 成本）完全不同的性能指标（执行足迹），这些语言的编译器就是这么被定义的。

引入可证明的计算

StarkNet的可扩展性工具ZK-Rollups启用了一种被称为可证明计算的新范式。在这个范例中，我们保留了可组合计算的所有优点，但也允许程序证明它们已被执行，而无需重新运行。

这个简单想法允许我们从一个需要重新运行交易的网络(以太坊)转移到一个更好的网络(StarkNet)，在这个网络中，通过验证交易已以特定结果执行的证明来验证交易，这是一个更经济的操作。

因为这个范式是如此不同，它也需要一个不同的计算模型，有效地将程序转换成数值理论方程，而不是在机器上执行它们。

我们可以用什么编程语言来实现呢?

Solidity vs. Cairo

考虑Solidity是很自然的。首先，它已经支持组合(调用其他智能合约)，并被广泛采用。第二，在Solidity上部署了一系列应用程序，可以很容易地迁移到其他Layer 2解决方案(包括支持可证明计算的zkSync)。第三，Solidity有一个维护良好的多层编译器，可以适应不同的用例。

但是Solidity并不是可证明计算的固有特性。任何接受惯用的Solidity代码并将其转换为证明的编译器都会遇到以下问题：

依赖于低效的数据结构，如`uint256

语言层面的可变性

缺乏高效的内置插件

没有底层访问

技术细节：在实践中，有两种不同的技术来证明通用程序(SNARK和STARK)。SNARK青睐的指令集更适合作为Solidity等语言的编译目标。STARK提供了更多的可伸展性，同时具有不太自然的指令集。当我们说“Solidity 不是可证明计算的有效语言时，我们实际上是指两件事：1) Solidity 可以有效地编码为 SNARK，但它们不像 STARK 那样可扩展 2)Solidity不是编译到STARK的最佳语言，因为在 Solidity 中常见的构造对于 STARK 来说是“昂贵的”。

Cairo有上述所有解决方案：

一个称为felt的底层字段整数数据类型是可用的(与uint256类型一起)

Cairo语言习惯上只编写一次(类似于函数式编程语言)

正在为常见计算开发越来越多的内置非确定性提示

Cairo提供了对底层原语的完全底层访问

Cairo编程更具挑战性，生态系统工具仍在不断成熟。但扩展以太坊的全部意义在于超越现有的限制，构建更好的可组合应用。如果是这样，为什么止步于Solidity?