给 Solidity 开发者的 Starknet 开发指南

  • Tiny熊
  • 更新于 2023-12-04 09:25
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Starknet是以太坊的二层ZKRollup扩容方案,与兼容EVM的二层扩容方案上的开发不同,Starknet上开发有自己的模式。这篇文章介绍如何开发Starknet上的合约以及如何部署到Starknet测试网上,同时方便Solidity智能开发者快速理解Starknet

Starknet 是以太坊的二层 ZKRollup 扩容方案 ,与兼容 EVM 的二层扩容方案上的开发不同, Starknet 上开发有自己的模式。

这篇文章介绍如何开发Starknet上的合约以及如何部署到Starknet测试网上,同时方便 Solidity 智能开发者快速理解 Starknet 开发,加入了一个概念的对比。

最近在跟着 Starknet Foundation 的 Basecamp登链社区及Openbuild Bootcamp 学习 Starknet 开发, 这篇是我的学习笔记。

开发语言 Cairo vs Solidity

Solidity 是一个为 EVM 设计的语言,语法类似 Python 与 JavaScript ,以太坊执行客户端为了验证一致性,所有的调用合约的交易会在各个节点上重新执行,以检查时候运行的结果一样。

Starknet 使用开发语言 Cairo , Cairo 是一种写可证明的程序语言, 用Cairo编写的程序,会生成证明(不需要用户了解ZK知识 ),可证明结果是由特定的程序和特定的输入得到,而不用重复运行程序(从而可以节约大量重复运营的开销,达到扩容效果)。

Cairo 是一个通用的可证明的程序语言,除在 Starknet 中使用之外,可广泛使用在其他的场景中。

Cairo 运行于 CairoVM 之上,是类 Rust 语言,和 Rust 有类似的所有权模型,入门门槛有点高,Cairo 语言学习中文用户可参考 StarknetAstro 翻译的 Cairo 之书

账户

在 EVM 中,有两类账户: EOA(外部账号) 和 合约账户 ,用户通常使用 MetaMask 等钱包来管理外部账户。

在 Starknet 中,原生支持账户抽象(AA),所有的账户是智能合约,使用合约验证交易,支持多种验签方式,以及支持社交恢复、批量交易等。 使用的钱包主要是 BraavosArgentX

项目管理工具

Solidity 项目通常使用 Foundry 或 Hardhat 开发。

Cairo 使用 scarb: Scarb是Cairo语言的项目管理工具。 集成包管理器和编译器,Scarb 可管理依赖项,编译 Cairo 项目。

scarb 安装:

curl --proto '=https' --tlsv1.2 -sSf https://docs.swmansion.com/scarb/install.sh | sh

第一个 Cairo 合约

scarb 安装后,可以创建项目了, 我们第一个 Cairo 合约为 Ownable

scarb new ownable

其结构如下:

src/
      lib.cairo
.gitignore
Scarb.toml

Scarb.toml

Scarb.toml 是项目的清单文件(Manifest),包含了编译该项目的元数据,将以下内容复制到Scarb.toml 文件:

[package]
name = "ownable"
version = "0.1.0"

[dependencies]
starknet = ">=2.2.0"

[[target.starknet-contract]]
sierra = true

Scarb.toml 中的第一部分是 [package] ,定义项目软件包,包含字段 nameversion

dependencies 定义库依赖项,我们的合约需要依赖官方库:starknet

target 定义编译目标,使用.starknet-contract ,这里目标中间语言 sierra

Scarb.toml 更多键值定义可参考:https://docs.swmansion.com/scarb/docs/reference/manifest.html

Cairo 合约代码

Starknet 合约实际上是一个 Cairo module ,我们用以下代码替换掉 lib.cairo 中的代码(见 Github):

#[starknet::contract]
mod ownable {

    use starknet::ContractAddress;

    #[storage]
    struct Storage {
        owner: ContractAddress,
    }

    #[constructor]
    fn constructor(ref self: ContractState,
        init_owner: ContractAddress ) {
            self.owner.write(init_owner);
        }

    #[external(v0)]
    fn get_owner(self: @ContractState) -> ContractAddress {
        self.owner.read()
    }
}

在这段合约代码中使用了一些宏( # 开头)来定义合约、定义存储、定义构成函数及外部函数。 一个合约必须要有存储 storage 的定义。

宏是一个稍微复杂一点的概念,我们只要知道,其是在编译阶段用来对代码进行扩展。

编译

使用命令:

scarb build

如果代码没有问题,将有以下类似的输出:

   Compiling ownable v0.1.0 (/Users/emmett/CairoProject/ownable/Scarb.toml)
    Finished release target(s) in 1 second

编译会在 target/dev/ 下生成一个编译后的文件:ownable.starknet_artifacts.jsonownable_ownable.contract_class.json

在这里,合约就准备好了。

接下来看看如何部署到 Starknet 网络中去。

安装 Starkli

Starkli 是用来和 Starknet 网络 (包括本地网络) 进行交互的命令行工具。

Starkli 提供了一个名为 starkliup 的软件包管理器,允许获取并安装最新发布的二进制文件。类似于 Rust,其中 rustup 用于安装、管理和升级 rustc。

安装 starkliup:

curl https://get.starkli.sh | sh

按安装提示将 starkliup 加入到环境变量中,使用 starkliup 安装 starkli , 命令如下:

starkliup

稍等一会后,starkli 就可以在我们的终端中使用。

starkli --version
0.1.20 (e4d2307)

准备钱包

在链上部署合约,我们需要钱包账号来支付 Gas 费,因此需要我们有一个可使用的账户。

大家可以选择 BraavosArgentX , 他们都有浏览器插件版本,操作方法和 MetaMask 类似,按提示创建钱包即可。并从官方水龙头获取一些 ETH 。

在 Starknet 上的钱包账户都是智能合约,刚在钱包创建好后,我们看到的地址还是一个反事实地址(没有在链上实际存在),在发起第一次发起交易时将自动部署钱包合约。

在 Starknet 中,对于每个智能钱包,有两个部分来控制:一个签名者(signer)一个帐户描述

和以太坊上大家常用的 EOA 钱包不同, EOA 钱包由节点中验证签名,只支持一个私钥(或助记词、Keystore 文件)签名来管理账户。

智能钱包在合约中验签,可以支持多种签名方式(签名者),帐户描述则是用来描述签名与智能钱包账户的关系。

创建 signer

先创建一个名为 .wallets 的新文件夹来存储智能钱包所需的文件。

mkdir .wallets

签名者(signer)可以是一个私钥或者是一个加密的keystore ,为避免明文暴露私钥,通常选择后者。

我们可以从 Braavos 或 ArgentX 导出的私钥来创建 keystore

> starkli signer keystore from-key .wallets/keystore.json
Enter private key:
Enter password:
Created new encrypted keystore file: /Users/emmett/CairoProject/ownable/.wallets/keystore.json
Public key: 0x075ce30939a0f44df2dbad6f24d1e82200a1ee084a387afc1b...

该命令让我们输入私钥和密码,私钥可以从钱包导出,如下图:

image-20231130160723074

之后就会生成 .wallets/keystore.json, 使用 Starkli 发起交易时,Starkli 就可以使用 keystore 来签名交易了。

创建帐户描述

如果在Starknet 上已经存在该账户,可以使用 starkli account fetch 获取账户信息来创建帐户描述文件:

starkli account fetch 0x0325E8b88aedBac03c5dc9E22bF94d47E6508f9723FD085f5D7b5809afA48bC4 --output .wallets/account.json --rpc https://starknet-goerli.g.alchemy.com/v2/xxxxxxx

--output 指定输出帐户描述文件位置。

--rpc 指定节点 RPC ,这里使用的是 Alchemy 的节点 RPC 。

如果账户没有在链上部署,你会遇到如下错误:

Error: code=ContractNotFound, message="Contract not found"

可以在钱包上执行一笔转账交易,这时会自动创建好该钱包账户。

声明合约(declare

在以太坊上,可以直接把 Solidity 合约部署到网络上,Starknet 分成了两个部分,先发布合约代码(编译生成的中间表示),再用合约代码创建合约实例。

第一部分称为:声明(declare)合约, 第二部分成为部署合约。

声明合约需要发起交易,方便起见,先把发起交易需要的账号及 RPC 写入到环境变量中:

创建文件:envsh :

export STARKNET_RPC="https://starknet-goerli.g.alchemy.com/v2/replace_with_your_key"
export STARKNET_ACCOUNT=".wallets/account.json"
export STARKNET_KEYSTORE=".wallets/keystore.json"

请在环境变量中使用你的 RPC key 及 账号文件。 命令行中使用 source envsh 应用上环境变量。

使用 starkli declare 命令声明合约(将自动使用以上环境变量):

> starkli declare target/dev/ownable_ownable.contract_class.json
Enter keystore password:
Sierra compiler version not specified. Attempting to automatically decide version to use...
Network detected: goerli-1. Using the default compiler version for this network: 2.1.0. Use the --compiler-version flag to choose a different version.
Declaring Cairo 1 class: 0x077bd1a78e208a5e73995278e4300066fa14259f48c33123fe0de13bf8b8a24d
Compiling Sierra class to CASM with compiler version 2.1.0...
CASM class hash: 0x047ddccc9bd2effa6fd847b5338c59e629aab644fa847dc1ff4dfc9d37c2a318
Contract declaration transaction: 0x01c1bc0f998f237d4ebdb3a4e7f0ff4973fc6b9b1a1d1c2ea9832865c439b8df
Class hash declared:
0x077bd1a78e208a5e73995278e4300066fa14259f48c33123fe0de13bf8b8a24d

命令中的 ownable_ownable.contract_class.jsonscarb build 生成的文件。

声明合约成功后,会获取到一个 class hash 。

部署合约

部署合约使用命令:starkli deploy class_hash [参数] , 因此:

starkli deploy 0x077bd1a78e208a5e73995278e4300066fa14259f48c33123fe0de13bf8b8a24d 0x0325E8b88aedBac03c5dc9E22bF94d47E6508f9723FD085f5D7b5809afA48bC4

若无错误,会有类似以下返回:

Deploying class 0x077bd1a78e208a5e73995278e4300066fa14259f48c33123fe0de13bf8b8a24d with salt 0x0633b1c1d0cbedc9f5cd924115b1dad08718d1c39fc53bc54da9d667b09a99af...
The contract will be deployed at address 0x03264b6bdb740c14b776972ce2065c4b79cc6002fb0438ade0bb480c4774b272
Contract deployment transaction: 0x013eaf1be2782413ded7049b48da459d9f41c3a3d68b69da7b38a2d2c3b84a8d
Contract deployed:
0x03264b6bdb740c14b776972ce2065c4b79cc6002fb0438ade0bb480c4774b272

也可以在 starkscan 浏览器上查看到该合约:

https://testnet.starkscan.co/contract/0x03264b6bdb740c14b776972ce2065c4b79cc6002fb0438ade0bb480c4774b272#overview

调用合约

与合约交互有两个方法:call 和 invoke.

call 用于读方法,invoke 用于向合约写入数据。

现在,我们调用一下合约的 get_owner 方法:

starkli call 0x03264b6bdb740c14b776972ce2065c4b79cc6002fb0438ade0bb480c4774b272 get_owner

返回:

[
    "0x0325e8b88aedbac03c5dc9e22bf94d47e6508f9723fd085f5d7b5809afa48bc4"
]

也可以在浏览器中调用合约。

https://testnet.starkscan.co/contract/0x03264b6bdb740c14b776972ce2065c4b79cc6002fb0438ade0bb480c4774b272#read-write-contract

小结

相信你对在 Starknet 开发合约有所了解,与 EVM 开发的不同点,这里整理了一个表格,方便大家对比:

EVM Starknet
开发语言 Solidity Cairo
开发工具 使用 Foundry(forge)、Hardhat 使用 Scarb(项目包管理及编译)
和链交互 cast / chisel / 或在控制台直接调用 web3.js starkli
本地模拟节点 anvil 或 Hardhat Node Katana (后面介绍)
账号 EOA 、 AA 钱包 只有 AA 钱包
钱包 如:MetaMask Braavos、ArgentX
部署方法 编译后,直接部署直接合约字节码 先声明合约(代码),再部署合约实例
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