Deux solutions intéressantes ont émergé à l'avant-garde des technologies de mise à l'échelle de la couche 2 alors que le réseau Ethereum lutte avec la scalabilité : les Optimistic Rollups et les Zero-Knowledge (ZK) Rollups. En traitant les transactions hors chaîne, ces développements cherchent à réduire les frais et à augmenter le débit, allégeant ainsi la congestion sur le mainnet d'Ethereum. Leur impact dans l'espace de la couche 2 est notable puisqu'ils offrent plusieurs solutions au même problème et déclenchent des discussions parmi les investisseurs et les développeurs.
La capacité du réseau Ethereum a été sous une pression sans précédent avec l'émergence de la finance décentralisée (DeFi) et des tokens non fongibles (NFTs). Les données d'Etherscan montrent que les prix moyens du gaz ont grimpé en période de forte demande, atteignant parfois des niveaux que les utilisateurs ordinaires trouveraient inacceptables. Cela souligne l'urgence de solutions de mise à l'échelle sensées.
« Les rollups sont actuellement positionnés comme la seule solution de mise à l'échelle sans confiance pour Ethereum à court et moyen terme, voire peut-être même à long terme », a souligné Vitalik Buterin, co-fondateur d'Ethereum, dans un billet de blog sur les solutions de couche 2.
Les rollups sont devenus fondamentaux sur la feuille de route d'Ethereum, propulsés par cette approbation.
Les Optimistic Rollups et les ZK-Rollups envoient tous deux plusieurs transactions dans un même lot au mainnet d'Ethereum. Cependant, ils assurent la sécurité et la validation de manière assez différente. Les parties prenantes construisant ou investissant dans l'écosystème Ethereum doivent d'abord comprendre ces différences.
Ce document examine la mécanique des rollups, étudie les caractéristiques particulières des Optimistic Rollups et ZK-Rollups, contraste leurs avantages et inconvénients, et explore leurs applications actuelles et futures. Les lecteurs devraient ainsi acquérir une compréhension approfondie de ces technologies et de leur impact futur sur Ethereum.
Que sont les Rollups ?
Fondamentalement, les rollups sont des solutions de mise à l'échelle de la couche 2 conçues pour traiter les transactions hors chaîne et fournir ensuite une version compressée des données au mainnet, augmentant ainsi le débit des systèmes blockchain comme Ethereum. La réduction de la charge de calcul et de stockage sur la blockchain principale est l'objectif principal ; par conséquent, la scalabilité est augmentée sans compromettre la sécurité.
Les rollups regroupent plusieurs transactions en un lot, donc agrégeant ou « enroulant » de nombreuses valeurs. Après cela, ce lot est exécuté hors chaîne et l'état résultant est téléchargé à nouveau sur le mainnet. Les rollups peuvent donc théoriquement atteindre un débit de transaction bien plus élevé que ce qui est faisable sur le mainnet d'Ethereum seul.
Suite à la proposition d'amélioration d'Ethereum (EIP) 4844, parfois appelée Proto-Danksharding, l'idée a suscité beaucoup d'intérêt puisqu'elle vise à réduire les coûts des données et donc à rendre les roll-overs plus efficaces. Cette proposition, parmi d'autres, a solidifié les rollups comme un élément clé de la stratégie de mise à l'échelle d'Ethereum.
Les rollups tirent parti de la sécurité sous-jacente du réseau Ethereum. Poster les données de transaction ou des preuves au mainnet garantit que les utilisateurs peuvent compter sur les garanties sécuritaires inhérentes d'Ethereum, même si la solution de la couche 2 est piratée. C'est une caractéristique cruciale qui distingue les rollups des sidechains ou d'autres solutions de couche 2 avec peut-être moins de mécanismes de sécurité.
Une analyse de ConsenSys indique que les rollups pourraient augmenter le débit de transaction d'Ethereum d'environ 15 transactions par seconde (TPS) à plusieurs milliers de TPS. Pour des usages incluant les échanges décentralisés (DEXs), les plateformes de jeux et les systèmes de négociation à haute fréquence, c'est-à-dire, pour les applications nécessitant une grande scalabilité, cela en fait une solution intéressante.
De plus, les rollups s'intègrent harmonieusement avec les fonctionnalités des contrats intelligents d'Ethereum. Les contrats qui interagissent avec les solutions de couche 2 permettent aux développeurs de créer des fonctionnalités sophistiquées sans surcharger le mainnet. L'adoption des rollups dans plusieurs applications dépend de cette compatibilité.
Cependant, les rollups ne présentent pas de difficultés. Ils pourraient impliquer des complications liées à la disponibilité des données et à l'interopérabilité avec les outils Ethereum existants et nécessiter que les utilisateurs et développeurs adoptent de nouvelles technologies. Un autre problème continu est de garantir la décentralisation et d'éviter les points de défaillance centralisés dans les systèmes de rollup.
Que sont les Optimistic Rollups ?
Les Optimistic Rollups sont un type de rollup qui suppose que les transactions sont valides par défaut, d'où le terme « optimiste ». Ils ne font le calcul—plus précisément, la vérification—que si une preuve de fraude est remise dans une période de contestation désignée. Étant donné que les transactions n'ont pas besoin d'être individuellement vérifiées sauf en cas de suspicion de fraude, cette hypothèse optimiste permet une plus grande scalabilité.
Le processus fondamental repose sur une période de contestation où quiconque peut contester la validité d'une transaction en fournissant une preuve de fraude. Si une transaction frauduleuse est découverte, le système la renverse et l'acteur malveillant peut être pénalisé. Ce système maintient la sécurité en s'appuyant sur des concepts théoriques de jeu et en encourageant l'intégrité.
Construit pour être compatible avec la machine virtuelle d'Ethereum (EVM), les optimistic rollups peuvent exécuter des contrats intelligents Ethereum avec peu de modifications requises. Pour les développeurs souhaitant introduire des applications actuelles sur des solutions de couche 2 sans réécritures majeures, cette compatibilité simplifie la transition.
L'une des implémentations de premier plan des Optimistic Rollups est Optimism. L'équipe d'Optimism affirme que leur solution peut réduire les coûts de gaz de 10 à 100 fois par rapport au mainnet d'Ethereum.
Développé par Offchain Labs, Arbitrum est une autre initiative bien connue avec un grand intérêt et une acceptation grâce à ses caractéristiques solides et à son environnement favorable aux développeurs.
Cependant, les optimistic rollups ont certains inconvénients. Lors du retrait de fonds vers le mainnet d'Ethereum, la période de contestation—qui peut durer de plusieurs heures à une semaine—introduit une latence. Pour ceux ayant besoin de liquidité immédiate, ce délai peut poser problème. Pour résoudre ce problème, des solutions telles que les systèmes d'exit rapide ou les fournisseurs de liquidité sont en cours de développement mais ajoutent des niveaux de complexité.
De plus, la sécurité des Optimistic Rollups repose sur la présomption qu'au moins un participant honnête, si nécessaire, fournira une preuve de fraude. Bien que ce modèle soit solide, il n'est pas parfait en toutes circonstances. Sous des conditions de collusion ou en l'absence de participants honnêtes, le système peut être vulnérable.
Les optimistic rolls ont connu une adoption plutôt répandue malgré ces défis. L'un des plus grands échanges décentralisés, Uniswap, par exemple, s'est installé sur Optimism en citant des frais réduits et un plus grand débit comme principaux avantages. Cette action a permis aux utilisateurs d'Uniswap de trader avec moins de friction, améliorant ainsi l'accessibilité de la plateforme.
Que sont les Zero-Knowledge Rollups ?
Les Zero-Knowledge Rollups, ou ZK-Rollups, adoptent une approche différente en utilisant des preuves cryptographiques pour valider les transactions. Ils créent spécifiquement de brèves preuves non interactives de connaissance nulle (SNARKs ou STARKs) confirmant la véracité des transactions sans divulguer d'autres informations. Ce système garantit que chaque transaction est légitime et se passe du besoin d'une période de contestation.
Les transactions dans un ZK-rollthrough sont traitées hors chaîne et envoyées au mainnet d'Ethereum avec une preuve de validité. Le contrat intelligent sur le mainnet garantit des transitions d'état valides en vérifiant cette preuve. Lors du retrait d'argent, cette approche permet une finalité presque instantanée—un grand avantage par rapport aux optimistic rollups.
L'un des principaux avantages des ZK-Rollups est leurs grandes garanties de sécurité. Chaque lot de transactions est accompagné d'une preuve de validité, donc les incitations théoriques de jeu ou les participants honnêtes ne sont pas nécessaires pour détecter la fraude. Les ZK-Rollups sont assez sûrs grâce à cette garantie cryptographique.
Les principales implémentations des ZK-Rollups sont des projets comme ZKSync créé par Matter Labs et StarkWare's StarkEx. La scalabilité et l'efficacité de ces projets ont montré de notables progrès. Par exemple, zkSync promet de maintenir de hauts standards de sécurité tout en réduisant les coûts de gaz jusqu'à 100 fois.
Cependant, les ZK-Rollups doivent faire face à la complexité computationnelle. Les preuves de connaissance nulle nécessitent des ressources, ce qui peut rendre le support de la logique des contrats intelligents arbitraires difficile. Les ZK-Rollups deviennent plus efficaces pour supporter des opérations plus complexes même s'ils sont plus efficaces pour les transactions simples telles que les échanges et transferts actuellement.
Une autre limitation est le manque de compatibilité complète avec l'EVM. Les contrats intelligents d'Ethereum ne sont pas naturellement conçus pour interagir avec les preuves de connaissance nulle, donc les développeurs peuvent être amenés à réécrire les contrats ou à utiliser des langages de programmation spécialisés. Les projets comme zkEVM, un effort pour produire un ZK-Rollup compatible EVM, travaillent à résoudre ce problème.
Malgré ces difficultés, la finalité instantanée des ZK-Rollups et leur force cryptographique les rendent attrayants pour les usages où la rapidité et la sécurité sont cruciales. La maturité de la technologie devrait permettre une gamme plus large de fonctionnalités.
Comparaison entre Optimistic Rollups et ZK-Rollups
Bien que les Optimistic Rollups et les ZK-Rollups visent tous deux à mettre à l'échelle Ethereum en traitant les transactions hors chaîne, leurs mécanismes sous-jacents entraînent des compromis différents.
Validation et Sécurité
Les Optimistic Rollups reposent sur des preuves de fraude et une période de contestation pour assurer la validité des transactions. Cela signifie que les transactions invalides peuvent être annulées, mais uniquement si quelqu'un les détecte et les signale. En revanche, les ZK-Rollups utilisent des preuves de validité qui garantissent cryptographiquement la correction de chaque lot de transactions envoyé au mainnet.
Selon un rapport d'Electric Capital, « Les ZK-Rollups offrent de plus fortes garanties de sécurité car ils ne reposent pas sur des hypothèses théoriques de jeu. »
Latence de Retrait
Les Optimistic Rollups ont un délai de retrait significatif à cause de la période de contestation, qui peut durer jusqu'à une semaine. Cela peut être atténué par des fournisseurs de liquidité, mais cela ajoute de la complexité. Les ZK-Rollups permettent un retrait immédiat. Content: les retraits parce que les preuves de validité garantissent que l'état est correct.
Compatibilité EVM
Les Optimistic Rollups sont généralement plus compatibles avec l'EVM, permettant aux développeurs de déployer des smart contracts Ethereum existants avec des changements minimes. Les ZK-Rollups ont historiquement eu du mal avec la compatibilité EVM en raison de l'intensité computationnelle de la génération de preuves pour des opérations complexes. Cependant, des avancées comme le zkEVM visent à combler cet écart.
Performance et Scalabilité
Les ZK-Rollups peuvent offrir un débit plus élevé et des frais plus bas, surtout pour les transactions simples, car les preuves de validité compressent les données de transaction plus efficacement. Les Optimistic Rollups peuvent avoir un surcoût plus élevé en raison de la nécessité de preuves de fraude.
Complexité et Effort de Développement
La mise en œuvre des ZK-Rollups est plus complexe en raison de la cryptographie avancée impliquée. Cela peut ralentir le développement et accroître le potentiel de bugs. Les Optimistic Rollups sont relativement plus simples à mettre en œuvre, ce qui a conduit à un déploiement plus rapide des applications.
Adoption de l'Écosystème
Les deux types de rollups ont connu une adoption significative. Les Optimistic Rollups ont actuellement plus d'applications DeFi grâce à leur compatibilité EVM. Les ZK-Rollups rattrapent leur retard à mesure que les solutions pour la compatibilité EVM mûrissent. Selon Dune Analytics, la valeur totale verrouillée (TVL) dans les deux solutions est en hausse, reflétant une confiance et une adoption croissantes.
Considérations Réglementaires
La nature cryptographique des ZK-Rollups peut offrir de meilleures fonctionnalités de confidentialité, ce qui pourrait être une arme à double tranchant en termes de conformité réglementaire. Les Optimistic Rollups sont plus transparents, ce qui pourrait mieux correspondre aux attentes réglementaires.
Cas d'Utilisation pour les Optimistic Rollups et les ZK-Rollups
La compatibilité EVM des Optimistic Rollups les rend idéaux pour une utilisation dans des applications de smart contracts complexes. Cela les rend idéaux pour les plateformes DeFi, les marchés NFT et d'autres applications nécessitant une logique complexe. Par exemple, Synthetix, un système de liquidité de produits dérivés, s'est associé à Optimism pour réduire les frais et augmenter la scalabilité. Les utilisateurs de cette intégration ont pu échanger des actifs synthétiques plus rapidement et avec moins de friction.
Lorsque la vitesse de transaction et la sécurité sont absolument cruciales, les ZK-Rollups brillent. L'instantanéité de finalité et le grand débit des ZK-Rollups aideront les applications de paiements, les échanges distribués pour le trading au comptant et les plateformes de jeux. En utilisant les ZK-Rollups, Loopring, un protocole de couche 2, a créé un échange décentralisé offrant un trading rapide et peu coûteux. Les données de Loopring indiquent que les utilisateurs peuvent trader avec des frais aussi bas que 0,1% des coûts de la mainnet, le rendant ainsi assez accessible.
De plus, devenant populaires dans les applications soucieuses de la confidentialité et la validation d'identité, les ZK-Rollups permettent pour la conformité et la confidentialité des utilisateurs, les preuves à connaissance nulle permettent aux utilisateurs de prouver des caractéristiques sans divulguer d'informations privées—une capacité très appréciée.
Des projets tels que zkSync visent à permettre des smart contracts sur les ZK-Rollups, ouvrant ainsi des cas d'utilisation jusqu'à présent limités basés sur les Optimistic Rollups. À mesure que ces technologies se développent, leurs lignes de capacité peuvent s'estomper et offrir plus de liberté aux développeurs.
Réflexions Finales
La concurrence entre les Optimistic Rollups et les ZK-Rollups représente une avancée saine dans la quête d'Ethereum pour la scalabilité. Les deux technologies ont des avantages particuliers et sont essentielles pour permettre au réseau de gérer une demande croissante.
Avec leur ajustement EVM et leur mise en œuvre plus facile, les Optimistic Rollups sont devenus assez populaires dans le domaine DeFi. Les garanties de sécurité plus fortes et la finalité instantanée fournies par les ZK-Rollups repoussent les limites de l'invention cryptographique.
Les deux choix coexisteront probablement à mesure que l'écosystème Ethereum se développe, répondant à divers besoins et objectifs. Comme leur développement affectera grandement la direction des applications distribuées, les développeurs, investisseurs et consommateurs devraient rester informés sur ces technologies.
"À court terme, les rollups sont la seule solution de mise à l'échelle sans confiance, et à long terme, ils sont une partie importante de l'écosystème Ethereum," a déclaré Vitalik Buterin, résumant assez bien les circonstances.
Les développements dans les Optimistic et ZK-Rollups mettent en avant cette vision : un réseau Ethereum plus évolutif et efficace est promis.