Deux solutions intéressantes se sont manifestées à l'avant-garde des technologies d'extensibilité de la couche 2 alors que le réseau Ethereum rencontre des problèmes de 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 réseau principal d'Ethereum. Leur impact dans l'espace de la couche 2 est notable puisqu'elles offrent plusieurs solutions au même problème et amorcent des discussions parmi les investisseurs et les développeurs de manière égale.
La capacité du réseau Ethereum a subi une pression encore jamais vue 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 explosé lors des pics de demande, atteignant parfois des niveaux inacceptables pour les utilisateurs réguliers. Cela souligne l'urgence de trouver des solutions d'extension sensées.
"Les rollups sont actuellement positionnés comme la seule solution d'extension sans confiance pour Ethereum à court et moyen terme, et peut-être même à long terme," a souligné Vitalik Buterin, co-fondateur d'Ethereum, dans un billet de blog sur les solutions de la couche 2.
Actuellement, les Optimistic Rollups et les ZK-Rollups regroupent plusieurs transactions en un seul lot pour le réseau principal d'Ethereum. Toutefois, ils assurent la sécurité et la validation de manière très différente. Les parties prenantes construisant ou investissant dans l'écosystème d'Ethereum doivent d'abord comprendre ces différences.
Ce document examine les mécanismes des rollups, les caractéristiques particulières des Optimistic Rollups et des ZK-Rollups, compare leurs avantages et inconvénients, et explore leurs applications actuelles et futures. Les lecteurs devraient ainsi avoir une compréhension complète de ces technologies et de leur impact sur l'avenir d'Ethereum.
Que sont les Rollups ?
Fondamentalement, les rollups sont des solutions d'extension de couche 2 destinées à traiter les transactions hors chaîne et à fournir une version compressée des données de retour sur le réseau principal, augmentant ainsi le débit des systèmes de blockchain comme Ethereum. L'objectif principal est de réduire la charge computationnelle et de stockage sur la blockchain principale ; ainsi, la scalabilité est augmentée sans compromettre la sécurité.
Les rollups combinent plusieurs transactions en un seul lot, agrégeant ou "enroulant" ainsi plusieurs valeurs. Ce lot est alors exécuté hors chaîne, et l'état résultant est téléchargé à nouveau sur le réseau principal. Théoriquement, les rollups peuvent atteindre un ordre de magnitude de plus que ce qui est possible uniquement sur le réseau principal d'Ethereum en termes de débit des transactions.
Suite à la proposition d'amélioration d'Ethereum (EIP) 4844, également connue sous le nom de Proto-Danksharding, l'idée a attiré beaucoup d'attentions puisqu'elle vise à réduire les coûts de données et à rendre les rollups plus efficaces. Cette proposition, parmi d'autres, a solidifié les rollups en tant que composant clé de la stratégie d'extension d'Ethereum.
Les rollups utilisent la sécurité du réseau Ethereum comme base. Poster des données de transaction ou des preuves sur le réseau principal garantit aux utilisateurs qu'ils peuvent se fier aux garanties de sécurité inhérentes d'Ethereum, même si la solution de la couche 2 venait à être 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 des transactions d'Ethereum de quelques 15 transactions par seconde (TPS) à plusieurs milliers de TPS. Cela en fait une solution intéressante pour les cas d'utilisation nécessitant une grande scalabilité, comme les échanges distribués (DEXs), les plateformes de jeux et les systèmes de trading à haute fréquence.
Les rollups sont également parfaitement intégrés aux fonctionnalités de contrat intelligent d'Ethereum. Les contrats qui interagissent avec les solutions de la couche 2 permettent aux développeurs de créer des fonctionnalités sophistiquées sans surcharger le réseau principal. L'adoption des rollups dans plusieurs applications dépend de cette compatibilité.
Les roll-ups ne sont cependant pas sans difficultés. Ils peuvent inclure des complications avec la disponibilité des données et l'interopérabilité avec les outils actuels d'Ethereum, et exiger des utilisateurs et des développeurs qu'ils adoptent de nouvelles technologies. Garantir la décentralisation et éviter les points de défaillance uniques dans les systèmes de rollup est un problème persistant supplémentaire.
Que sont les Optimistic Rollups ?
Les Optimistic Rollups sont un type de rollup qui part du principe que les transactions sont valides par défaut, d'où le terme "optimiste". Ils effectuent uniquement des calculs - plus précisément, la vérification - si une preuve de fraude est soumise dans une période de contestation désignée. Comme les transactions n'ont pas besoin d'être vérifiées individuellement à moins qu'une fraude soit suspectée, cette hypothèse optimiste permet une plus grande scalabilité.
Le processus fondamental dépend d'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 l'annule et l'acteur malveillant pourrait payer des amendes. Ce système maintient la sécurité en se basant sur les idées théoriques du jeu et en encourageant l'intégrité.
Conçus pour être compatibles avec la machine virtuelle d'Ethereum (EVM), les rollups optimistes peuvent exécuter des contrats intelligents Ethereum avec peu de modifications requises. Pour les développeurs souhaitant introduire des applications existantes sur les solutions de la couche 2 sans réécritures majeures, cette compatibilité simplifie la transition.
L'une des mises en œuvre principales des Optimistic Rollups est Optimism. L'équipe Optimism affirme que leur solution peut réduire les coûts de gaz jusqu'à 10-100 fois par rapport au réseau principal d'Ethereum.
Développé par Offchain Labs, Arbitrum est une autre initiative bien connue avec un grand intérêt et une forte acceptation en raison de ses caractéristiques robustes et de son environnement favorable aux développeurs.
Les rollups optimistes ont toutefois certains inconvénients. Lors du retrait de fonds sur le réseau principal d'Ethereum, la période de contestation - qui peut durer de plusieurs heures à une semaine - introduit une latence. Pour ceux ayant besoin de liquidités instantanées, ce délai peut être problématique. Pour résoudre ce problème, des solutions incluant des systèmes de sortie rapide ou des 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 des preuves de fraude. Bien que ce modèle soit solide, il n'est pas parfait dans toutes les situations. En cas de collusion ou en l'absence de participants honnêtes, le système peut être vulnérable.
Les Optimistic Rollups ont vu une adoption plutôt répandue malgré ces obstacles. L'un des plus grands échanges distribués, Uniswap, par exemple, a été mis en place sur Optimism en citant des frais réduits et un débit supérieur comme principaux avantages. Cette action a permis aux utilisateurs d'Uniswap de négocier avec moins de friction, améliorant ainsi l'accessibilité de la plateforme. Contenu: "withdrawals because the validity proofs ensure that the state is correct."
Compatibilité EVM
Les Optimistic Rollups sont généralement plus compatibles avec l'EVM, ce qui permet aux développeurs de déployer des contrats intelligents Ethereum existants avec des modifications minimales. Les ZK-Rollups ont historiquement eu des difficultés avec la compatibilité EVM en raison de l'intensité de calcul nécessaire pour générer des preuves pour des opérations complexes. Cependant, des avancées comme 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 de manière plus efficace. Les Optimistic Rollups peuvent avoir des frais généraux plus élevés 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 augmenter la probabilité de bugs. Les Optimistic Rollups sont relativement plus simples à implémenter, ce qui a conduit à un déploiement plus rapide des applications.
Adoption de l'Écosystème
Les deux types de rollups ont vu 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 augmente, 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 s'aligner avec les attentes réglementaires.
Cas d'Utilisation pour les Optimistic Rollups et ZK-Rollups
La compatibilité EVM des Optimistic Rollups en fait une solution idéale pour une utilisation dans des applications de contrats intelligents 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 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 frictions.
Lorsque la vitesse de transaction et la sécurité sont absolument cruciales, les ZK-Rollups brillent. L'instantanéité des finalités et le grand débit des ZK-Rollups aideront les applications de paiement, les échanges distribués pour le trading au comptant et les plateformes de jeu. Utilisant les ZK-Rollups, Loopring, un protocole de niveau 2, a créé un échange distribué offrant un trading rapide et peu coûteux. Les données de Loopring indiquent que les utilisateurs peuvent échanger avec des frais aussi bas que 0,1 % des coûts mainnet, le rendant ainsi assez accessible.
Les ZK-Rollups deviennent également populaires dans les applications soucieuses de la confidentialité et dans la validation d'identité. Pour la conformité et la protection de la vie privée des utilisateurs, les preuves à zero-knowledge permettent aux utilisateurs de prouver des caractéristiques sans divulguer d'informations personnelles—une capacité très appréciée.
Des projets tels que zkSync visent à activer les contrats intelligents sur les ZK-Rollups, ouvrant ainsi des cas d'utilisation jusqu'ici limités sur les Optimistic Rollups. À mesure que ces technologies se développent, leurs lignes de capacité pourraient 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 que le réseau puisse gérer la demande croissante.
Avec leur compatibilité 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. Étant donné que leur développement affectera grandement la direction des applications distribuées, les développeurs, les investisseurs et les consommateurs doivent rester informés de 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 dit Vitalik Buterin, résumant assez bien la situation.
Les développements dans les Optimistic et ZK-Rollups soulignent cette vision : un réseau Ethereum plus scalable et plus efficace est promis.