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 fait face à des problèmes de scalabilité : les Rollups Optimistes et les Rollups Zero-Knowledge (ZK). En traitant les transactions hors chaîne, ces développements visent à réduire les frais et à augmenter le débit, réduisant ainsi la congestion sur le réseau principal d'Ethereum. Leur impact dans l'espace de la couche 2 est notable puisqu'ils offrent plusieurs solutions au même problème et lancent des discussions parmi les investisseurs et les développeurs.

La capacité du réseau Ethereum a été soumise à 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 explosé lors des périodes de forte demande, atteignant parfois des niveaux que les utilisateurs réguliers jugeraient inacceptables. Cela met en évidence 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, et peut-être même à long terme », a souligné Vitalik Buterin, cofondateur d'Ethereum, dans un article de blog sur les solutions de la couche 2.

L'approbation a propulsé les rollups au premier plan et ils sont désormais fondamentaux dans la feuille de route d'Ethereum.

Les Rollups Optimistes et les ZK-Rollups envoient plusieurs transactions ensemble dans un seul lot vers le réseau principal d'Ethereum. Cependant, ils atteignent la sécurité et la validation de manière légèrement différente. Les parties prenantes qui construisent ou investissent dans l'écosystème Ethereum doivent d'abord comprendre ces différences.

Cet article explore les mécanismes des rollups, examine les caractéristiques particulières des rollups optimistes et ZK, compare leurs avantages et inconvénients, et enquête sur leurs applications actuelles et futures. Les lecteurs devraient ainsi avoir une connaissance approfondie de ces technologies et de leur impact éventuel sur l'avenir d'Ethereum.

Que sont les Rollups ?

Fondamentalement, les rollups sont des solutions de mise à l'échelle de la couche 2 destinées à traiter les transactions hors chaîne et à fournir ensuite une version compressée des données au réseau principal, augmentant ainsi le débit des systèmes de blockchain comme Ethereum. La réduction de la charge computationnelle et de stockage sur la blockchain principale est l'objectif principal ; ainsi, la scalabilité est augmentée sans compromettre la sécurité.

Les rollups combinent plusieurs transactions en un seul lot, agrégant — ou « enroulant » — de nombreuses valeurs. Ensuite, ce lot s'exécute hors chaîne et l'état résultant est télécharger vers le réseau principal. Les rollups peuvent donc théoriquement atteindre des ordres de grandeur de débit de transaction supérieurs à ce qui est réalisable uniquement sur le réseau principal d'Ethereum.

Suite à l'Ethereum Improvement Proposal (EIP) 4844, parfois appelé Proto-Danksharding, l'idée a suscité beaucoup d'intérêt dans la mesure où elle vise à réduire les coûts de données et à rendre ainsi 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 roll-ups utilisent la sécurité intégrée du réseau Ethereum. Publier des données ou preuves de transaction sur le réseau principal garantit que les utilisateurs peuvent s'appuyer sur les garanties de sécurité inhérentes à 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 la couche 2 avec des mécanismes de sécurité potentiellement moindres.

Une analyse de ConsenSys indique que les rollups pourraient augmenter le débit de transactions d'Ethereum d'environ 15 transactions par seconde (TPS) à plusieurs milliers de TPS. Pour des usages incluant des échanges décentralisés (DEXs), des plateformes de jeu et des systèmes de trading à haute fréquence — c'est-à-dire pour des applications nécessitant une grande scalabilité — cela en fait une solution intéressante.

De plus, les roll-ups sont parfaitement compatibles avec les fonctionnalités de contrats intelligents d'Ethereum. Les contrats qui interagissent avec des solutions de la couche 2 permettent aux développeurs de créer des fonctionnalités sophistiquées sans surcharger le réseau principal. L'adoption de roll-ups à travers plusieurs applications dépend de cette compatibilité.

Cependant, les rollovers ne présentent pas que des avantages. Ils pourraient entraîner des complications avec la disponibilité des données et l'interopérabilité avec les outils Ethereum existants et exiger que les utilisateurs et les développeurs adoptent de nouvelles technologies. Un autre problème persistant est de garantir la décentralisation et d'éviter les points de défaillance dans les systèmes de roll-up.

Que sont les Rollups Optimistes ?

Les Rollups Optimistes sont un type de rollup qui suppose par défaut que les transactions sont valides, d'où le terme « optimiste ». Ils effectuent des calculs — plus précisément, des vérifications — uniquement si une preuve de fraude est soumise dans un délai de contestation désigné. Étant donné que les transactions n'ont pas besoin d'être vérifiées individuellement à moins qu'une fraude soit soupçonnée, cette supposition optimiste permet une plus grande scalabilité.

Le processus fondamental dépend d'une période de contestation durant laquelle n'importe qui peut contester la validité d'une transaction en fournissant une preuve de fraude. Si une transaction frauduleuse est découverte, le système la rétablit et l'acteur malveillant peut payer des amendes. Ce système maintient la sécurité en se basant sur des idées théoriques du jeu et en encourageant l'intégrité.

Conçus pour être compatibles avec la machine virtuelle Ethereum (EVM), les roll-ups optimistes peuvent exécuter des contrats intelligents Ethereum avec peu de modifications requises. Pour les développeurs souhaitant introduire leurs applications actuelles sur des solutions de la couche 2 sans réécritures majeures, cette compatibilité simplifie la transition.

L'une des principales implémentations des Rollups Optimistes est Optimism. L'équipe Optimism affirme que sa solution peut réduire les coûts de gaz jusqu'à 10-100 fois plus que sur le réseau principal d'Ethereum.

Développé par Offchain Labs, Arbitrum est une autre initiative bien connue avec un grand intérêt et une acceptation en raison de ses caractéristiques avancées et de son environnement favorable aux développeurs.

Les roll-ups optimistes présentent néanmoins certains inconvénients. Lors du rapatriement des fonds vers le réseau principal d'Ethereum, la période de contestation — qui peut durer de plusieurs heures à une semaine — introduit une latence. Pour ceux qui nécessitent une liquidité instantanée, ce délai peut poser problème. Pour résoudre ce problème, des solutions incluant des systèmes de sortie rapide ou des fournisseurs de liquidités sont en cours de développement mais ajoutent des niveaux de complexité.

De plus, la sécurité des Rollups Optimistes repose sur la présomption qu'au besoin, au moins un participant honnête fournira des preuves de fraude. Bien que ce modèle soit solide, il n'est pas infaillible partout. En cas de collusion ou d'absence de participants honnêtes, le système peut être vulnérable.

Les Rollups Optimistes ont connu une acceptation plutôt large malgré ces défis. L'une des plus grandes bourses décentralisées, Uniswap, par exemple, s'est installée sur Optimism, citant des frais plus faibles et un débit plus élevé comme principaux avantages. Cette action a permis aux utilisateurs d'Uniswap de négocier avec moins de friction, améliorant ainsi l'accessibilité de la plateforme.

Que sont les Rollups Zero-Knowledge ?

Les Rollups Zero-Knowledge, ou ZK-Rollups, adoptent une approche différente en utilisant des preuves cryptographiques pour valider les transactions. Ils créent spécifiquement de brèves preuves zero-knowledge non interactives (SNARKs ou STARKs) confirmant l'exactitude des transactions sans divulguer d'informations supplémentaires. Ce système garantit que chaque transaction est légitime et élimine la nécessité d'une période de contestation.

Les transactions dans un ZK-roll-through sont traitées hors chaîne et envoyées au réseau principal d'Ethereum avec une preuve de validité. Le contrat intelligent du réseau principal garantit des transitions d'état valides en vérifiant cette preuve. Lors du retrait de fonds, cette approche permet une finalité presque instantanée — un grand avantage par rapport aux roll-ups optimistes.

L'un des principaux avantages des ZK-Rollups est leurs garanties de sécurité élevées. Chaque lot de transactions est accompagné d'une preuve de validité, de sorte que les incitations théoriques du jeu ou les participants honnêtes ne sont pas nécessaires pour détecter la fraude. Les ZK-Rollers sont très sûrs grâce à cette garantie cryptographique.

Les principales implémentations de ZK-Rollups sont des projets comme ZKSync créés par Matter Labs et StarkEx de StarkWare. L'évolutivité et l'efficacité de ces projets ont montré des progrès remarquables. Par exemple, zkSync promet de conserver des normes de sécurité élevées tout en réduisant les coûts de gaz jusqu'à 100 fois.

Cependant, les ZK-Rollups doivent faire face à la complexité computationnelle. Les preuves zero-knowledge nécessitent des ressources, donc supporter une logique de contrat intelligent arbitraire peut s'avérer difficile. Même s'ils sont plus efficaces pour des transactions simples comme les trades et les transferts à l'heure actuelle, les ZK-Rollups deviennent de plus en plus efficaces pour prendre en charge des opérations plus complexes.

Une autre limitation est l'absence de pleine compatibilité avec l'EVM. Les contrats intelligents d'Ethereum ne sont pas naturellement conçus pour interagir avec des preuves zero-knowledge, de sorte que les développeurs peuvent être amenés à réécrire des contrats ou à utiliser des langages de programmation spécialisés. Des projets comme zkEVM, un effort pour produire un ZK-Rollup compatible EVM, travaillent à résoudre cela.

Malgré ces difficultés, la finalité instantanée et la force cryptographique des ZK-Rollups les rendent attrayants pour des utilisations où la vitesse et la sécurité sont critiques. La maturité de la technologie devrait permettre un éventail plus large de fonctionnalités.

Comparaison des Rollups Optimistes et des ZK-Rollups

Bien que les Rollups Optimistes et les ZK-Rollups visent tous deux à mettre Ethereum à l'échelle en traitant les transactions hors chaîne, leurs mécanismes sous-jacents entraînent différents compromis.

Validation et Sécurité

Les Rollups Optimistes dépendent des preuves de fraude et d'une période de contestation pour garantir la validité des transactions. Cela signifie que les transactions invalides peuvent être annulées, mais seulement 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 soumis au réseau principal.

Selon un rapport d'Electric Capital, « Les ZK-Rollups offrent des garanties de sécurité plus solides car ils ne reposent pas sur des hypothèses théoriques du jeu. »

Latence des Retraits

Les Rollups Optimistes ont un délai de retrait significatif en raison de la période de contestation, qui peut durer jusqu'à une semaine. Cela peut être atténué par des fournisseurs de liquidité mais ajoute de la complexité. Les ZK-Rollups permettent un retrait immédiat. Content : retraits car les preuves de validité garantissent que l'état est correct.

Compatibilité avec l'EVM

Les Optimistic Rollups sont généralement plus compatibles avec l'EVM, permettant aux développeurs de déployer des contrats intelligents Ethereum existants avec des modifications minimales. 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 zkEVM visent à combler cet écart.

Performance et Évolutivité

Les ZK-Rollups peuvent offrir un débit plus élevé et des frais plus bas, en particulier pour les transactions simples, car les preuves de validité compressent les données de transaction plus efficacement. 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 le potentiel de bogues. Les Optimistic Rollups sont relativement plus simples à mettre en œuvre, ce qui a conduit à un déploiement plus rapide d'applications.

Adoption de l'écosystème

Les deux types de rollups ont connu une adoption significative. Les Optimistic Rollups ont actuellement plus d'applications DeFi en raison de leur compatibilité EVM. Les ZK-Rollups rattrapent leur retard à mesure que les solutions de compatibilité EVM mûrissent. Selon Dune Analytics, la valeur totale verrouillée (TVL) dans les deux solutions augmente, reflétant la confiance et l'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 ZK-Rollups

La compatibilité EVM des Optimistic Rollups les rend idéaux pour une utilisation dans des applications de contrats intelligents compliquées. Cela les rend idéaux pour les plateformes DeFi, les places de marché 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 l'évolutivité. 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'exécution instantanée et le grand débit des ZK-Rollups aideront les applications de paiement, les échanges répartis pour le trading au comptant et les plateformes de jeux. En utilisant les ZK-Rollups, Loopring, un protocole Layer 2, a créé un échange dispersé 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 du mainnet, ce qui les rend assez accessibles.

De plus en plus populaires dans les applications soucieuses de la confidentialité et la validation d'identité, les ZK-rollups offrent une manière de prouver des caractéristiques sans divulguer d'informations privées, une capacité très appréciée.

Des projets comme zkSync visent à permettre les contrats intelligents sur ZK-Rollups, ouvrant ainsi des cas d'utilisation jusqu'alors limités basés sur les Optimistic Rollups. À mesure que ces technologies évoluent, leurs lignes de capacités 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 de scalabilité d'Ethereum. Les deux technologies présentent des avantages particuliers et sont essentielles pour que le réseau soit capable de gérer la demande croissante.

Avec leur adéquation avec l'EVM et une mise en œuvre plus facile, les rollups optimistes sont devenus assez populaires dans la scène DeFi. Les garanties de sécurité plus fortes et l'exécution 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 développera, répondant aux différents besoins et attentes. Puisque leur développement influencera grandement la direction des applications distribuées, les développeurs, investisseurs et consommateurs devraient se tenir informés concernant 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 part importante de l'écosystème Ethereum, » a déclaré Vitalik Buterin, résumant assez bien les circonstances.

Les développements en Optimistic et ZK-Rollups soulignent cette vision : un réseau Ethereum plus évolutif et efficace est promis.