ZK-Rollups : résoudre les problèmes d’évolutivité d’Ethereum

Les rollups Zk ont ​​longtemps été présentés comme la solution ultime aux malheurs d’Ethereum. Alors que l’adoption de la blockchain et de la cryptographie connaît une croissance exponentielle dans le monde entier, des solutions de mise à l’échelle sont nécessaires pour garantir que la principale plate-forme de contrats intelligents au monde peut gérer des millions d’utilisateurs.

Les preuves à connaissance nulle et la technologie de rollup visent à augmenter le débit des transactions dans l’écosystème Ethereum, mais il reste encore beaucoup de questions sur le fonctionnement des zk-rollups.

Dans ce guide rapide, nous allons simplifier le jargon complexe autour des solutions zk-rollup et nous assurer que vous n’avez pas de connaissances nulles sur les connaissances nulles.

Depuis les premiers jours d’Ethereum, chaque réseau blockchain a eu du mal à surmonter un seul concept : Comment résoudre le Blockchain Trilemma. Inventé par Vitalik Buterin, le trilemme Blockchain dicte que la blockchain parfaite équilibre avec succès la décentralisation, la sécurité et l’évolutivité.

• Décentralisation – Dans le véritable esprit de la blockchain, le réseau parfait est entièrement distribué. Le réseau est autosuffisant et régi par ses utilisateurs, avec des mineurs et des validateurs détenus et exploités indépendamment dans le monde entier. Bitcoin est un parfait exemple de décentralisation en action.
• Évolutivité – La blockchain parfaite est rapide et abordable, ce qui la rend efficace et efficiente pour tous les utilisateurs, quelle que soit la taille de leur portefeuille. Les faibles frais d’essence et les transactions rapides sont la norme, plutôt qu’une caractéristique unique.
• Sécurité – La blockchain parfaite est sûre. Personne ne peut pénétrer dans votre portefeuille par la force, les transactions sont protégées par une cryptographie complexe et la distribution correcte des jetons empêche les pirates de prendre le contrôle du réseau avec une attaque à 51 %.

Même avec des dizaines de blockchains de couche 1 en concurrence quotidienne, le trilemme de la blockchain reste non résolu. L’ironie du trilemme est qu’il est impossible d’équilibrer les trois options car les ingénieurs doivent toujours sacrifier une option pour réaliser les autres.

Prenez Solana, par exemple. Solana est souvent considérée comme la blockchain la plus rapide et la plus abordable disponible. Le réseau compte plus de 4 000 transactions par seconde (TPS), coûtant une seule transaction moins d’un centime. Solana est également sécurisé et tout aussi sûr que n’importe quelle autre chaîne leader.

En revanche, Solana souffre du point final du trilemme, la décentralisation. Le réseau est souvent critiqué pour des pannes constantes dues à des points de défaillance centralisés. La force et les ressources de Solana provenaient de capital-risqueurs, qui détiennent une allocation assez lourde de jetons SOL.

Bien qu’il soit la principale plate-forme de blockchain et de contrats intelligents de couche 1 dans l’industrie de la cryptographie, Ethereum a du mal à surmonter le trilemme de la blockchain.

Si vous avez déjà utilisé le réseau principal Ethereum lors de pics de trafic, vous saurez que l’évolutivité n’est pas la force d’Ethereum. Tout au long de 2021 et 2022, les coûts de transaction Ethereum étaient complètement hors de contrôle. Alors que les transactions d’envoi et de réception de base coûtaient environ 20 à 30 $ chacune, les échanges de jetons DeFi plus complexes ou les menthes NFT coûtent souvent plus de 100 $ chacun.

Les frais de transaction et le débit sont sans aucun doute les plus gros problèmes auxquels fait face la mise à l’échelle d’Ethereum. Pendant les périodes de forte congestion, les dApps sur le réseau Ethereum deviennent presque inutilisables. Dans de nombreux cas, les frais de transaction pour l’achat d’un NFT coûtent plus d’ETH que le NFT lui-même. Ces problèmes d’évolutivité rendent la technologie blockchain et la finance décentralisée (DeFi) inaccessibles.

Tant que ces problèmes ne seront pas résolus, l’adoption de la crypto-monnaie et de la blockchain aura du mal à intégrer les masses. Heureusement, il existe de nombreuses façons pour Ethereum de devenir la puissance mondiale que nous savons qu’il a le potentiel d’être.

Certaines des solutions de mise à l’échelle Ethereum les plus révolutionnaires sont les cumuls à connaissance nulle et optimistes.

Les cumuls aident à réduire la congestion du réseau sur la chaîne principale Ethereum. Ils prennent les données de transaction de traitement hors chaîne de calcul et de stockage d’état sur d’autres chaînes de blocs, puis les renvoient à la chaîne principale. Essentiellement, les cumuls permettent au réseau de « regrouper » un lot de transactions en une seule transaction à effet de coût. Cela signifie que les utilisateurs peuvent profiter de la sécurité de la couche Ethereum tout en bénéficiant des frais de gaz moins chers et du débit plus rapide des réseaux de couche 2, comme Polygon ou Arbitrum.

Les cumuls ne sont pas les seules solutions de mise à l’échelle d’Ethereum. Les méthodes alternatives incluent le sharding, les chaînes latérales et les canaux d’état. Bien que ce soient toutes des solutions viables, Buterin lui-même est le plus optimiste sur les cumuls et pense qu’ils feront partie intégrante de l’avenir d’Ethereum.

Les cumuls sont généralement divisés en deux groupes, les cumuls optimistes et les cumuls zk. La principale différence entre les deux est la façon dont ils vérifient les transactions. Les cumuls optimistes s’appuient sur des preuves de fraude pour valider les données de transaction, tandis que les cumuls zk utilisent des preuves à connaissance nulle (ZKP).

Comme son nom l’indique, les cumuls optimistes sont, eh bien, optimistes. Adoptant une approche « innocent jusqu’à preuve du contraire », les cumuls optimistes supposent que chaque transaction d’un cumul est valide. Le réseau donne à tous les utilisateurs une période déterminée, généralement autour d’une semaine, pour résoudre les litiges autour de transactions frauduleuses.

En supposant avec optimisme que chaque transaction est valide, le réseau n’a pas à consacrer de temps et de calcul excessifs pour confirmer que les transactions sont exactes. Certaines des solutions de couche 2 les plus populaires, comme Arbitrum et Optimism, utilisent cette technologie pour régler les transactions hors chaîne avant de les renvoyer à la chaîne principale Ethereum.

Les Zk-rollups utilisent une cryptographie complexe appelée zkproof pour garantir que toutes les transactions de cumul sont valides sans partager d’informations sensibles sur les transactions elles-mêmes. Ils s’appuient sur des preuves cryptographiques et soumettent des preuves de validité aux contrats intelligents sur Ethereum au lieu de supposer que toutes les transactions sont valides.

Cela signifie que toutes les transactions zk-rollup peuvent être traitées hors chaîne, tout en réduisant la quantité de données de transaction partagées, en les concentrant sur la confidentialité. De plus, comme ils n’ont pas besoin d’attendre une semaine pour que les transactions frauduleuses soient contestées, les cumuls zk sont considérés comme une technologie beaucoup plus rapide et supérieure aux cumuls optimistes.

Les preuves zk les plus courantes que nous voyons en cryptographie sont les zk-snarks et les zk-starks. En termes simples, ces systèmes permettent aux utilisateurs de prouver qu’ils connaissent des informations vitales ou sensibles, telles que les données de transaction, sans révéler publiquement les données.

Des exemples de quelques projets zk-rollup incluent Starknet et Immutable X.

Les rollups Zk ont ​​fait des progrès significatifs dans la résolution des problèmes d’évolutivité d’Ethereum. Ils ont introduit des transactions sécurisées plus rapides et plus abordables sur la chaîne principale et ont rendu DeFi plus accessible que jamais. Cela étant dit, ils sont loin d’être une solution parfaite.

Si vous avez déjà sauté entre les réseaux de blockchain les plus populaires comme Ethereum, Binance Smart Chain ou Avalanche, vous avez probablement remarqué que de nombreux dApps et portefeuilles ont une interface et une expérience utilisateur similaires. C’est grâce à une technologie pratique appelée Ethereum Virtual Machine, ou EVM.

Dans sa forme la plus pure, la machine virtuelle Ethereum est une base de données et un état de machine permettant d’interagir avec les comptes et les contrats Ethereum. Les développeurs utilisent l’EVM pour créer et déployer des dApps sur le réseau Ethereum, ainsi que par les utilisateurs qui interagissent avec ces applications à l’aide de leurs portefeuilles cryptographiques.

La particularité des EVM est qu’elles ne sont pas exclusives à Ethereum. De nombreuses autres blockchains exécutent leur propre EVM, ce qui permet aux dApps et aux outils basés sur Ethereum d’être facilement portés et déployés sur d’autres réseaux.

Par exemple, de nombreux échanges décentralisés comme PancakeSwap sur la chaîne intelligente Binance ou Quickswap sur Polygon ont été créés à l’aide de contrats intelligents Ethereum. Vous voyez les similitudes entre l’interface utilisateur d’UniSwap et celle de PancakeSwap ?

L’EVM de chaque réseau respectif permet d’écrire du code et des applications basés sur Ethereum et de les répliquer sur d’autres réseaux. Cela rend le développement de la blockchain entre les chaînes compatibles EVM beaucoup plus interopérable et donne aux développeurs et aux utilisateurs une plus grande flexibilité.

Comme son nom l’indique, un zkEVM utilise une technologie à connaissance nulle et une vérification au sein d’une machine virtuelle Ethereum. Plus important encore, ils prennent en charge le développement de contrats intelligents sur les zk-rollups, ce qui confère à ces puissantes solutions de mise à l’échelle une plus grande utilité. Sans zkEVM, les zk-rollups seraient limités à de simples transactions comme les fonctions d’envoi et de réception de base.

Essentiellement, un zkEVM entièrement fonctionnel apportera l’expérience Ethereum complète, y compris DeFi et NFT, à l’environnement évolutif et sécurisé d’un réseau zk-rollup.

Un zkEVM efficace peut traiter en toute sécurité des milliers de transactions par seconde. Il s’agit d’une amélioration significative par rapport à la chaîne principale Ethereum, qui peine à effacer plus de 20 TPS.

La concurrence dans le domaine zkEVM est tendue, avec certains des plus grands noms de l’espace crypto, comme Polygon, se bousculant pour être parmi les premiers à déployer un zkEVM fonctionnel. L’équipe Polygon a les yeux rivés sur un zkEVM depuis un certain temps après avoir acheté le réseau Hermez pour 250 millions de dollars en 2021.

Polygon a depuis lancé une solution zk-rollup nommée Polygon Hermez à la mi-2022. Bien que cela ait représenté une étape clé dans le secteur du zk-rollup, Polygon Hermez se limite à de simples transactions symboliques, telles que l’envoi et la réception de paiements.

Le Polygon zkEVM devrait être lancé en 2023 et apportera une plus grande prise en charge des services publics et des contrats intelligents à leur solution de mise à l’échelle zk-rollup.

D’autres projets comme zkSync de Matter Lab sont les principaux prétendants à la sortie du premier zkEVM au monde, aux côtés de concurrents notables comme Starknet et Scroll.

Alors que les rollups zk sont sans doute plus évolutifs et sécurisés, les rollups optimistes comme Arbitrum attirent plus d’utilisateurs et traitent plus de transactions que les autres solutions de mise à l’échelle de couche 2. Cependant, cela pourrait changer avec le lancement du premier zkEVM, qui apportera une plus grande utilité aux zk-rollups.

Le réseau Ethereum est mal préparé pour accueillir une adoption croissante et un afflux de nouveaux utilisateurs. Les solutions de mise à l’échelle Zk-rollup et les zkEVM rendront la technologie blockchain et la crypto-monnaie beaucoup plus accessibles qu’auparavant et favoriseront une adoption massive dans le monde entier.

Le monde des zk-rollups est compétitif, avec de nombreuses équipes de haut niveau travaillant sur des solutions de mise à l’échelle sans connaissance, notamment Polygon, Starknet et zkSync.

Les Zk-Rollups sont sans doute meilleurs que les rollups optimistes car ils utilisent des zk-proofs pour valider les transactions, ce qui rend le réseau plus rapide et plus sécurisé.

Polygon (MATIC) est la solution de mise à l’échelle cryptographique et Ethereum de couche 2 (L2) la plus connue. Cela dit, les L2 rivaux comme Arbitrum et Optimism gagnent du terrain pour rivaliser avec Polygon pour la première place.

Tout en étant une puissante solution de mise à l’échelle de couche 2, le réseau Arbitrum n’est pas un zk-rollup. Arbitrum utilise le cadre de cumul optimiste, qui suppose que toutes les transactions sont valides, au lieu de vérifier les transactions à l’aide d’un système à l’épreuve de zk.

Le réseau Polygon abrite divers produits et services, y compris des rollups zk comme Polygon Zero et Polygon Hermez.