Les rollups représentent l'une des solutions de mise à l'échelle d'Ethereum les plus populaires et les plus efficaces. En tant que solution de mise à l'échelle hors-chaîne de niveau 2, Rollup regroupe des milliers de transactions hors-chaîne en lots et les envoie à la blockchain principale pour stockage et vérification. Il améliore considérablement le volume et la vitesse des transactions tout en héritant de la sécurité du Mainnet Ethereum.
Actuellement, toutes les blockchains sont aux prises avec le problème du "triangle impossible" : décentralisation, évolutivité et sécurité. Toute blockchain peut en avoir au maximum deux. Par exemple, lorsque Ethereum atteint la décentralisation et la sécurité, il sacrifie l'évolutivité. Au fur et à mesure que le nombre d'utilisateurs sur le réseau augmente, Ethereum est submergé et incapable de supporter un trafic aussi important. Il en résulte des problèmes tels que la lenteur des transactions et des frais élevés.
L'objectif principal de l'évolutivité est d'augmenter la vitesse et le débit des transactions (transactions par seconde, TPS) sans sacrifier la sécurité ou la décentralisation.
Les rollups, le terme le plus fréquemment mentionné récemment, sont des solutions pour mettre à l'échelle Ethereum. Il s'agit de la solution de mise à l'échelle la plus réalisable pour Ethereum avant de compléter le sharding et la mise à l'échelle du Mainnet.
Il existe deux types de mise à l'échelle de la blockchain : la mise à l'échelle sur la chaîne et la mise à l'échelle hors chaîne.
La mise à l'échelle sur chaîne implique une modification du protocole Ethereum afin d'améliorer véritablement la vitesse et le débit des transactions. À l'heure actuelle, la mise à l'échelle on-chain se concentre principalement sur le sharding. La mise à l'échelle sur la chaîne est plus difficile que la mise à l'échelle hors chaîne.
La technologie du sharding n'est pas un concept nouveau. Elle est utilisée depuis longtemps dans les bases de données commerciales traditionnelles. Le sharding est le processus qui consiste à diviser horizontalement une base de données en plusieurs shards pour alléger la charge. Les données shardées seront attribuées de manière aléatoire à chaque nœud et traitées indépendamment et simultanément en parallèle.
Le sharding améliorera efficacement la vitesse et le débit des transactions de la blockchain. Il pourrait même aider Ethereum à résoudre le "triangle impossible".
La mise à l'échelle hors chaîne fait référence à l'amélioration de l'évolutivité du Mainnet par des innovations en dehors du Mainnet, qui n'entraîneront pas de modifications du protocole Ethereum. Outre Layer 2, d'autres solutions de mise à l'échelle hors chaîne populaires à l'heure actuelle sont Sidechain et Plasma, etc.
La décentralisation et la sécurité ne doivent jamais être compromises pour atteindre l'évolutivité. La couche 2 est une blockchain indépendante. Comme elle hérite de la sécurité et de la décentralisation du Mainnet, la couche 2 a le potentiel d'atteindre une plus grande évolutivité. Il existe actuellement deux types de mise à l'échelle de la couche 2 : les rollups et les canaux d'état.
Les rollups sont actuellement la solution la plus courante pour la mise à l'échelle d'Ethereum. Ils jouent un rôle crucial dans l'élaboration de la feuille de route d'Ethereum. Sur la base du modèle de sécurité, les rollups peuvent être divisés en deux catégories : les rollups optimistes et les rollups à connaissance zéro.
Les canaux d'État permettent aux utilisateurs d'effectuer des transactions sécurisées, rapides et peu coûteuses hors chaîne, puis de régler la finalité avec le Mainnet.
Les Sidechains sont des blockchains compatibles EVM qui fonctionnent indépendamment d'Ethereum Mainnet. Les sidechains sont compatibles avec le Mainnet d'Ethereum via des ponts cross-chain et fonctionnent sous leurs propres algorithmes de consensus en parallèle avec le Mainnet. Contrairement à Ethereum, les sidechains sacrifient une certaine mesure de décentralisation ou de sécurité pour atteindre un débit de transaction élevé et une vitesse de transaction plus rapide. Les deux sidechains les plus populaires sont Polygon et Fantom.
Les chaînes plasma sont des blockchains distinctes ancrées au Mainnet Ethereum qui utilisent des preuves de fraude pour arbitrer les litiges. Contrairement aux sidechains, les chaînes Plasma sont construites au sommet de la blockchain Ethereum et peuvent étendre de nombreuses chaînes "enfants". Dans une certaine mesure, les chaînes Plasma bénéficient de la sécurité d'Ethereum Mainnet. Plasma était autrefois considéré comme une solution pour mettre à l'échelle Ethereum, mais il a ensuite été remplacé par Layer 2. Une blockchain Plasma bien connue est OMG Network.
La mise à l'échelle sur chaîne est difficile à mettre en œuvre car elle nécessite des modifications du protocole Ethereum. Par conséquent, la mise à l'échelle hors chaîne est actuellement le principal objectif de la mise à l'échelle.
La mise à l'échelle hors chaîne fait référence à l'amélioration de l'évolutivité du Mainnet d'Ethereum par des innovations en dehors de celui-ci. Cette méthode ne nécessite pas de modifier le protocole Ethereum original. Les solutions courantes de mise à l'échelle hors chaîne comprennent Layer 2, Plasma, Sidechains, etc.
Layer 2 est actuellement la solution de mise à l'échelle hors chaîne la plus populaire, bénéficiant des caractéristiques suivantes :
Bénéficie d'un débit de transaction élevé, améliore l'expérience des utilisateurs et réduit la congestion du réseau Ethereum.
Les rollups de la couche 2 peuvent comprimer un grand nombre de transactions et réduire le coût d'utilisation du réseau.
Réalise la décentralisation et la sécurité tout en poursuivant l'extensibilité, ce qui la distingue des autres solutions d'extensibilité hors chaîne.
La technologie la plus populaire et la plus utilisée de la couche 2 est le rollup, qui se caractérise par un débit de transaction élevé, de faibles frais de transaction et l'accessibilité aux actifs de la couche 1.
En 2020, Vitalik a proposé une feuille de route Ethereum centrée sur les rollups et le concept de multi-rollups.
Bien qu'il n'en soit encore qu'à ses débuts, le multirollup pourrait créer davantage de possibilités pour l'Ethereum à l'avenir. Étant donné la possibilité pour les rollups d'atteindre un débit de transaction élevé, couplé à la mise à l'échelle sur la chaîne - sharding combiné pour le stockage de la disponibilité des données (DA), Rollups as a Service (RaaS) pourrait être proposé à l'avenir, permettant à quiconque de démarrer rapidement ses propres rollups.
L'émergence des multi-rollups crée également une demande pour la technologie de pontage des cross-rollups. Lorsque les Rollups deviendront le courant dominant, il est nécessaire de construire des technologies qui peuvent réaliser un transfert d'actifs pratique et sécurisé entre les Rollups tout en éliminant les frais de transaction élevés sur Ethereum.
Les Rollups constituent actuellement la principale option pour mettre en œuvre la couche 2. Les Rollups sont eux-mêmes des blockchains indépendantes, où les utilisateurs effectuent des transactions et envoient ensuite les données à Ethereum pour le stockage. De cette façon, Rollups pourrait bénéficier de la sécurité du réseau principal. De plus, en regroupant des centaines de données de transaction en un seul lot, les rollups permettent de réduire drastiquement les frais de transaction car les frais sont partagés par tous.
Les rollups visent à améliorer l'évolutivité d'Ethereum en calculant les transactions dans une blockchain indépendante, et en empaquetant les données des transactions et en les soumettant sur Ethereum pour le stockage.
Actuellement, il existe deux types de rollups : les rollups optimistes et les rollups à connaissance zéro. Ils se distinguent les uns des autres par leurs différents modèles de sécurité.
Les rollups optimistes sont considérés comme "optimistes" car ils supposent que toutes les transactions sur les OP-Rollups sont réelles et valides, et traitent toutes les transactions de manière optimiste.
Les OP-Rollups adoptent des incitations crypto-économiques pour garantir que les validateurs agissent honnêtement. N'importe qui sur la blockchain peut devenir un validateur mais doit payer des dépôts, ce qui est similaire à la Proof-of-Stake. Si le validateur propose une transaction invalide ou tente de forker malicieusement, ses dépôts seront réduits.
Les OP-Rollups utilisent des preuves de fraude pour détecter l'authenticité des transactions. Après que les transactions sur les OP-Rollups sont regroupées en lots et soumises sur le Mainnet Ethereum, il y a une fenêtre de temps appelée la période de défi, pendant laquelle n'importe qui peut vérifier les lots en calculant une preuve de fraude.
Pour entrer dans OP-Rollups, les utilisateurs doivent déposer des ETH, des jetons ERC-20 ou d'autres actifs de crypto-monnaie acceptés dans le pont cross-chain. Le contrat pont relaiera la transaction à la couche 2 (ou OP-Rollups), où un montant équivalent d'actifs est frappé et envoyé à l'adresse choisie par l'utilisateur sur l'OP-Rollup.
Sortir des rollups est plus compliqué. Si un utilisateur souhaite quitter OP-Rollups, il ne peut retirer ses fonds scrowés sur le Mainnet d'Ethereum qu'après la période de contestation, pendant laquelle n'importe qui peut contester les résultats de la transaction. Bien que le processus soit assez simple pour les utilisateurs, il prend du temps car il faut généralement compter une à deux semaines.
L'avantage d'OP-Rollups est sa compatibilité avec EVM, qui permet aux équipes de développement de migrer les contrats intelligents existants sur Ethereum vers OP-Rollups sans modifier les codes. Elle permet non seulement de gagner du temps mais aussi d'apporter de la commodité en profitant de l'infrastructure d'Ethereum comme les langages de programmation, les outils de test, etc.
Pour en savoir plus sur EVM (Ethereum Virtual Machine), veuillez consulter What is EVM sur Gate Learn.
Arbitrum est la principale blockchain de couche 2 qui adopte les OP-Rollups, représentant près de la moitié de la capitalisation totale du marché de couche 2.
En plus de certains projets réussis qui ont déjà fonctionné sur Arbitrum, comme Uniswap, Yearn et Sushiswap, il existe d'autres projets natifs uniques, notamment GMX, un protocole de dérivés, et TreasureDAO qui a l'intention de construire un énorme écosystème NFT, etc.
Bien qu'Arbitrum n'ait pas encore de jeton natif, elle est la plus grande chaîne de couche 2 par TVL, ce qui incite ses investisseurs à suivre de près son développement. Arbitrum a lancé l'événement Arbitrum Odyssey en avril 2022, visant à offrir aux utilisateurs un parcours complet de l'écosystème Arbitrum. L'événement a été coopéré avec le projet Galaxy et conçu pour durer 8 semaines. Les utilisateurs pouvaient recevoir des parachutages de NFT en accomplissant des tâches hebdomadaires. Après avoir collecté 13 NFT ou plus, les utilisateurs pourraient être récompensés par des NFT exclusifs qui marquent la fin du voyage Arbitrum.
Mais une semaine seulement après le début de l'événement, un grand nombre d'utilisateurs ont afflué, entraînant une explosion du volume des transactions et de la congestion du réseau, ainsi qu'une montée en flèche des frais de réseau. Face à cette situation, Arbitrum a décidé de suspendre Odyssey et de le reprendre après la sortie de Nitro.
Arbitrum Daily Transaction Volume
(Image source : Arbiscan)
Arbitrum Unique Addresses
(Image source : Arbiscan)
OPTIMISM, appelé OP, est également une chaîne de niveau 2 alimentée par des OP-Rollups. Il s'agit de la deuxième plus grande chaîne de niveau 2 en termes de capitalisation boursière. Contrairement à Arbitrum, OP a annoncé son premier largage le 1er juin 2022, suivi d'un programme d'incitation de l'écosystème. Encouragés par des récompenses élevées, les investisseurs ont afflué vers OP, ce qui a conduit à une augmentation significative de sa TVL.
OP a également obtenu le soutien de certains projets bien établis tels que Uniswap et Aave. En outre, Velodrome, la couche de base des liquidités de l'écosystème OP, est un échange décentralisé qui adopte un modèle ve(3,3) et a connu un succès considérable. Il avait même dépassé Uniswap, le principal échange décentralisé, par TVL.
Légèrement différent des OP-Rollups, les ZK-Rollups regroupent un grand nombre de transactions en lots qui sont exécutés hors chaîne et mettent à jour l'état du contrat intelligent en soumettant des preuves de validité au réseau principal. Les ZK-Rollups n'ont besoin que de poster les données sommaires minimales sur Mainnet pour validation.
L'état des ZK-Rollups est maintenu par des contrats intelligents déployés sur le Mainnet Ethereum. Grâce à la preuve de validité, l'état des ZK-Rollups sera mis à jour après avoir été vérifié par le Mainnet. Les données récapitulatives soumises à Mainnet contiennent les modifications apportées aux contrats intelligents Ethereum et la preuve cryptographique que ces modifications sont correctes.
Les ZK-Rollups utilisent également la méthode Proof-of-Stake pour sélectionner les opérateurs. Les opérateurs doivent déposer à l'avance des crypto-monnaies dans le contrat en tant que mises. La taille de chaque mise influencera les chances de l'épargnant d'être sélectionné. Si l'opérateur agit par malveillance, sa mise peut être réduite.
Si un utilisateur décide de quitter un ZK-Rollup, il doit également regrouper les transactions, et vérifier et mettre à jour l'état du smart contract par le biais d'une preuve de validité. Contrairement aux OP-Rollups, les ZK-Rollups n'ont pas de période de défi.
Il n'est pas facile pour les ZK-Rollups d'être compatibles avec EVM. Il est beaucoup plus difficile d'exécuter des contrats intelligents complexes que d'effectuer des calculs simples. C'est pourquoi le développement des ZK-Rollups est beaucoup plus lent que celui des OP-Rollups. Mais avec l'amélioration de la technologie de preuve de connaissance zéro ces dernières années, il n'est plus difficile d'implémenter zkEVM.
Les ZK-Rollups regroupent les transactions on-chain en lots, qui sont des preuves de validité. La preuve de validité permet aux parties de prouver l'exactitude d'une déclaration sans révéler la déclaration elle-même. Par conséquent, elles sont également appelées preuves à connaissance zéro.
Actuellement, il existe deux types de preuves de validité comme suit :
ZK-SNARK (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge)
Les ZK-SNARK sont populaires pour leurs petites tailles de preuves et l'augmentation drastique de la vitesse et du débit des transactions. Si les informations utilisées pour créer les paramètres publics tombent en possession d'acteurs malveillants, de fausses preuves de validité peuvent être générées. ZK-SNARK est donc confronté à des problèmes de sécurité et de confiance.
ZK-STARK (Zero-Knowledge Scalable Transparent Argument of Knowledge)
ZK-STARK est considéré comme une amélioration de ZK-SNARK en raison de sa transparence. Il s'appuie sur un caractère aléatoire vérifiable publiquement pour établir les paramètres de génération et de vérification des preuves. En outre, ZK-STARK est évolutif et nécessite moins de temps pour valider de grands ensembles de données.
Cependant, comme ZK-STARK produit des preuves de plus grande taille, il est plus coûteux de les vérifier sur le Mainnet.
Immutable X, fondée en 2018, est l'une des blockchains les plus connues qui utilise le ZK-Rollup. Il se caractérise par la fourniture d'un environnement de transaction NFT solide. De nombreux grands jeux blockchain sont prévus sur Immutable X, notamment Illuvium, Ember World, etc.
Gods Unchained, un jeu de cartes lancé à un stade antérieur, est également très populaire. Dans Gods Unchained, les joueurs achètent, construisent et collectionnent des cartes qui peuvent être utilisées pour construire des decks et affronter d'autres joueurs.
Récemment, le Polygon a continué à développer son activité dans les ZK-Rollups. Suite aux efforts déployés pour acquérir Mir Protocol et Hermez Network, Polygon a lancé Polygon Hermez en juillet 2022. Il s'agit du premier projet open-source zkEVM équivalent à un EVM. Bénéficiant de la marque forte de Polygon, Hermez avait suscité une grande attention dès son lancement. Après la mise en service du testnet, les développeurs peuvent déployer de manière transparente n'importe quel contrat intelligent Ethereum sur Polygon Hermez.
(Source d'image : Polygon zkEVM)
Les ZK-Rollups s'appuient sur le mécanisme cryptographique sans confiance pour garantir la sécurité, tandis que les OP-Rollups s'appuient sur des incitations crypto-économiques pour maintenir la confiance.
Les OP-Rollups regroupent plusieurs transactions en lots et les envoient au Mainnet pour vérification. Ils ne vérifient pas l'authenticité de ces transactions à l'avance mais supposent de manière optimiste que toutes les transactions sont correctes. Les OP-Rollups ont une période de contestation d'environ 1 à 2 semaines, permettant à quiconque de contester l'authenticité de la transaction en calculant des preuves de fraude, protégeant ainsi l'état de la blockchain. Si l'utilisateur veut sortir, il doit attendre la fin de la période de défi pour déterminer l'exactitude de la transaction.
ZK-Rollups produira des preuves de validité pour les transactions groupées à l'avance, et les enverra aux contrats intelligents sur le Mainnet pour prouver l'exactitude du changement d'état. Comme les preuves de validité peuvent être proposées pour mettre à jour l'état de la blockchain, les utilisateurs peuvent quitter ZK-Rollups à tout moment.
Les OP-Rollups regroupent un grand nombre de transactions par lots et les envoient au Mainnet pour vérification. En revanche, les ZK-Rollups envoient des données récapitulatives de petite taille au Mainnet. Comme le coût d'envoi des données au Mainnet est le principal coût encouru par les Rollups, les ZK-Rollups sont supérieurs car ils ne doivent envoyer que des preuves de validité minimales.
En raison de leur plus grande compatibilité avec l'EVM, les OP-Rollups occupent la majorité du marché de la couche 2. Mais la finalisation de l'exactitude des transactions est sujette à un retard dû aux preuves de fraude.
Les ZK-Rollups présentent les avantages d'un faible coût, de la fiabilité et d'une confirmation plus rapide des transactions. L'inconvénient est qu'il est difficile d'être compatible avec EVM, ainsi que de nombreux problèmes existants à résoudre, tels que le code pas entièrement open-sourcé et les différentes méthodes de développement.
D'un point de vue global, les OP-Rollups sont plus open-source que les ZK-Rollups, ce qui facilite leur processus de développement. C'est pourquoi le marché actuel de la couche 2 est dominé par les OP-Rollups. Cependant, en raison des preuves de fraude, les OP-Rollups sont intrinsèquement inférieurs aux ZK-Rollups en termes de sécurité ; tandis que les ZK-Rollups sont limités par des problèmes de barrières techniques élevées et de développement immature, etc.
Quant à l'avenir des rollups, les OP-Rollups sont plus favorisés par le public comme une solution idéale à court terme, qui peut soulager efficacement la charge sur Ethereum. Et ZK-Rollups est considéré comme une solution beaucoup plus prometteuse pour atteindre une sécurité et une évolutivité plus élevées à moyen et long terme.
Les Rollups actuels peuvent être considérés sous deux aspects. Les blocs sont générés par des opérateurs spécifiques de manière centralisée, mais sont vérifiés par Ethereum qui est sans confiance et hautement décentralisé.
Des opérateurs spécifiques peuvent soumettre des preuves de données à la couche 1, mais cela peut provoquer un point de défaillance unique. En fait, Arbiturm a été arrêté plusieurs fois pour cette raison.
En fonction de la façon dont les données seront soumises à Ethereum, les rollups sont divisés en deux types : les rollups optimistes et les rollups à connaissance zéro.
Les OP-Rollups ont des codes source ouverts matures et se développent rapidement car ils sont plus faciles à mettre en œuvre. Cependant, comme les OP-Rollups supposent que toutes les transactions sont correctes, des preuves de fraude et des incitations par jeton sont nécessaires pour stimuler les validateurs en dehors du Mainnet à vérifier l'exactitude des transactions pendant la période de défi. Si les utilisateurs veulent se retirer, ils doivent attendre la fin de la période du défi. Les OP-Rollups sont donc inférieurs en termes de sécurité.
Dans ces conditions, il convient de proposer des solutions aux problèmes de sécurité des OP-Rollups. Sinon, ils seront finalement remplacés par des ZK-Rollups qui sont plus sûrs.
ZK-Rollups doit produire des preuves de validité pour les transactions compressées. Ils doivent envoyer les données de la transaction à Ethereum pour le stockage et prouver l'exactitude du changement d'état de la blockchain. Les utilisateurs peuvent se retirer d'un ZK-rollup à tout moment car les transactions de sortie sont exécutées dès que le contrat ZK-rollup vérifie la preuve de validité.
Bien que les ZK-Rollups bénéficient d'une sécurité plus élevée, de nombreux problèmes subsistent, notamment les codes qui ne sont pas totalement ouverts, les différentes méthodes de développement des différentes équipes, la vitesse limitée des transactions en raison du calcul de la preuve de connaissance zéro (ZKP), et les difficultés à être compatible avec l'EVM. Tous ces facteurs empêchent la mise en œuvre de ZK-Rollups à court terme.
Le pontage des rouleaux croisés est nécessaire pour réaliser des rouleaux multiples. Les ponts à chaînes croisées étant moins sûrs et susceptibles d'être volés, nous devrions éviter d'adopter la conception des ponts à chaînes croisées mais nous concentrer sur leur sécurité et leur interopérabilité. La technologie sous-jacente étant assez complexe et n'en étant qu'à ses débuts, nous ne l'approfondirons pas dans cet article.
La vision des rollups multiples est en effet séduisante, mais actuellement, les rollups n'en sont qu'à leurs débuts. Au fur et à mesure que de plus en plus d'équipes professionnelles se lancent dans Rollups, de nombreux défis existant depuis longtemps pourront être relevés, et l'enseignement généralisé de ce domaine ainsi que le nombre d'applications augmenteront également en conséquence. À l'avenir, nous allons certainement mettre en place un écosystème multi-rollups complet.
La technologie Rollup n'en étant qu'à ses débuts, il faut plus de temps pour mener des recherches et des développements approfondis. À l'heure actuelle, on considère généralement que les rollups présentent des barrières techniques élevées et des difficultés à atteindre la compatibilité EVM. Par conséquent, les Rollups OP sont considérés comme une solution idéale à court terme, tandis que les Rollups ZK le sont à moyen et long terme.
Les rollups visent à réduire la charge sur Ethereum. Actuellement, le volume de transactions quotidiennes d'Arbitrum et d'Optimism, deux chaînes de niveau 2 de premier plan, se situe autour de 100 000, ce qui est un chiffre relativement faible. En revanche, le volume de transactions quotidiennes d'Ethereum Mainnet atteint 1 million. Il est évident que la couche 2 a besoin de plus de temps pour attirer plus d'utilisateurs et de projets du Mainnet.
Le concept Multi-rollups plus la mise à l'échelle sur la chaîne - sharding combiné pour le stockage de la disponibilité des données pourrait être une solution au problème du "triangle impossible" de la blockchain, dont le développement donnera le coup d'envoi d'un tout nouveau chapitre.
(Source d'image : Etherscan)
L'objectif de la mise à l'échelle d'Ethereum est d'améliorer son évolutivité sans sacrifier la décentralisation ou la sécurité, en vue de résoudre le "triangle impossible". Le Rollup n'est qu'une des nombreuses façons possibles d'atteindre l'objectif de mise à l'échelle énorme. Les rollups, associés à la technologie de sharding pour réaliser la mise à l'échelle on-chain, peuvent véritablement améliorer le débit d'Ethereum. Avant cela, tout ce que nous pouvons faire, c'est nous mettre continuellement au courant des dernières technologies et des nouvelles connexes, recevoir différents points de vue et construire notre propre cadre de connaissances sur le développement futur de ce secteur, créant ainsi nos propres opportunités potentielles.
Les rollups représentent l'une des solutions de mise à l'échelle d'Ethereum les plus populaires et les plus efficaces. En tant que solution de mise à l'échelle hors-chaîne de niveau 2, Rollup regroupe des milliers de transactions hors-chaîne en lots et les envoie à la blockchain principale pour stockage et vérification. Il améliore considérablement le volume et la vitesse des transactions tout en héritant de la sécurité du Mainnet Ethereum.
Actuellement, toutes les blockchains sont aux prises avec le problème du "triangle impossible" : décentralisation, évolutivité et sécurité. Toute blockchain peut en avoir au maximum deux. Par exemple, lorsque Ethereum atteint la décentralisation et la sécurité, il sacrifie l'évolutivité. Au fur et à mesure que le nombre d'utilisateurs sur le réseau augmente, Ethereum est submergé et incapable de supporter un trafic aussi important. Il en résulte des problèmes tels que la lenteur des transactions et des frais élevés.
L'objectif principal de l'évolutivité est d'augmenter la vitesse et le débit des transactions (transactions par seconde, TPS) sans sacrifier la sécurité ou la décentralisation.
Les rollups, le terme le plus fréquemment mentionné récemment, sont des solutions pour mettre à l'échelle Ethereum. Il s'agit de la solution de mise à l'échelle la plus réalisable pour Ethereum avant de compléter le sharding et la mise à l'échelle du Mainnet.
Il existe deux types de mise à l'échelle de la blockchain : la mise à l'échelle sur la chaîne et la mise à l'échelle hors chaîne.
La mise à l'échelle sur chaîne implique une modification du protocole Ethereum afin d'améliorer véritablement la vitesse et le débit des transactions. À l'heure actuelle, la mise à l'échelle on-chain se concentre principalement sur le sharding. La mise à l'échelle sur la chaîne est plus difficile que la mise à l'échelle hors chaîne.
La technologie du sharding n'est pas un concept nouveau. Elle est utilisée depuis longtemps dans les bases de données commerciales traditionnelles. Le sharding est le processus qui consiste à diviser horizontalement une base de données en plusieurs shards pour alléger la charge. Les données shardées seront attribuées de manière aléatoire à chaque nœud et traitées indépendamment et simultanément en parallèle.
Le sharding améliorera efficacement la vitesse et le débit des transactions de la blockchain. Il pourrait même aider Ethereum à résoudre le "triangle impossible".
La mise à l'échelle hors chaîne fait référence à l'amélioration de l'évolutivité du Mainnet par des innovations en dehors du Mainnet, qui n'entraîneront pas de modifications du protocole Ethereum. Outre Layer 2, d'autres solutions de mise à l'échelle hors chaîne populaires à l'heure actuelle sont Sidechain et Plasma, etc.
La décentralisation et la sécurité ne doivent jamais être compromises pour atteindre l'évolutivité. La couche 2 est une blockchain indépendante. Comme elle hérite de la sécurité et de la décentralisation du Mainnet, la couche 2 a le potentiel d'atteindre une plus grande évolutivité. Il existe actuellement deux types de mise à l'échelle de la couche 2 : les rollups et les canaux d'état.
Les rollups sont actuellement la solution la plus courante pour la mise à l'échelle d'Ethereum. Ils jouent un rôle crucial dans l'élaboration de la feuille de route d'Ethereum. Sur la base du modèle de sécurité, les rollups peuvent être divisés en deux catégories : les rollups optimistes et les rollups à connaissance zéro.
Les canaux d'État permettent aux utilisateurs d'effectuer des transactions sécurisées, rapides et peu coûteuses hors chaîne, puis de régler la finalité avec le Mainnet.
Les Sidechains sont des blockchains compatibles EVM qui fonctionnent indépendamment d'Ethereum Mainnet. Les sidechains sont compatibles avec le Mainnet d'Ethereum via des ponts cross-chain et fonctionnent sous leurs propres algorithmes de consensus en parallèle avec le Mainnet. Contrairement à Ethereum, les sidechains sacrifient une certaine mesure de décentralisation ou de sécurité pour atteindre un débit de transaction élevé et une vitesse de transaction plus rapide. Les deux sidechains les plus populaires sont Polygon et Fantom.
Les chaînes plasma sont des blockchains distinctes ancrées au Mainnet Ethereum qui utilisent des preuves de fraude pour arbitrer les litiges. Contrairement aux sidechains, les chaînes Plasma sont construites au sommet de la blockchain Ethereum et peuvent étendre de nombreuses chaînes "enfants". Dans une certaine mesure, les chaînes Plasma bénéficient de la sécurité d'Ethereum Mainnet. Plasma était autrefois considéré comme une solution pour mettre à l'échelle Ethereum, mais il a ensuite été remplacé par Layer 2. Une blockchain Plasma bien connue est OMG Network.
La mise à l'échelle sur chaîne est difficile à mettre en œuvre car elle nécessite des modifications du protocole Ethereum. Par conséquent, la mise à l'échelle hors chaîne est actuellement le principal objectif de la mise à l'échelle.
La mise à l'échelle hors chaîne fait référence à l'amélioration de l'évolutivité du Mainnet d'Ethereum par des innovations en dehors de celui-ci. Cette méthode ne nécessite pas de modifier le protocole Ethereum original. Les solutions courantes de mise à l'échelle hors chaîne comprennent Layer 2, Plasma, Sidechains, etc.
Layer 2 est actuellement la solution de mise à l'échelle hors chaîne la plus populaire, bénéficiant des caractéristiques suivantes :
Bénéficie d'un débit de transaction élevé, améliore l'expérience des utilisateurs et réduit la congestion du réseau Ethereum.
Les rollups de la couche 2 peuvent comprimer un grand nombre de transactions et réduire le coût d'utilisation du réseau.
Réalise la décentralisation et la sécurité tout en poursuivant l'extensibilité, ce qui la distingue des autres solutions d'extensibilité hors chaîne.
La technologie la plus populaire et la plus utilisée de la couche 2 est le rollup, qui se caractérise par un débit de transaction élevé, de faibles frais de transaction et l'accessibilité aux actifs de la couche 1.
En 2020, Vitalik a proposé une feuille de route Ethereum centrée sur les rollups et le concept de multi-rollups.
Bien qu'il n'en soit encore qu'à ses débuts, le multirollup pourrait créer davantage de possibilités pour l'Ethereum à l'avenir. Étant donné la possibilité pour les rollups d'atteindre un débit de transaction élevé, couplé à la mise à l'échelle sur la chaîne - sharding combiné pour le stockage de la disponibilité des données (DA), Rollups as a Service (RaaS) pourrait être proposé à l'avenir, permettant à quiconque de démarrer rapidement ses propres rollups.
L'émergence des multi-rollups crée également une demande pour la technologie de pontage des cross-rollups. Lorsque les Rollups deviendront le courant dominant, il est nécessaire de construire des technologies qui peuvent réaliser un transfert d'actifs pratique et sécurisé entre les Rollups tout en éliminant les frais de transaction élevés sur Ethereum.
Les Rollups constituent actuellement la principale option pour mettre en œuvre la couche 2. Les Rollups sont eux-mêmes des blockchains indépendantes, où les utilisateurs effectuent des transactions et envoient ensuite les données à Ethereum pour le stockage. De cette façon, Rollups pourrait bénéficier de la sécurité du réseau principal. De plus, en regroupant des centaines de données de transaction en un seul lot, les rollups permettent de réduire drastiquement les frais de transaction car les frais sont partagés par tous.
Les rollups visent à améliorer l'évolutivité d'Ethereum en calculant les transactions dans une blockchain indépendante, et en empaquetant les données des transactions et en les soumettant sur Ethereum pour le stockage.
Actuellement, il existe deux types de rollups : les rollups optimistes et les rollups à connaissance zéro. Ils se distinguent les uns des autres par leurs différents modèles de sécurité.
Les rollups optimistes sont considérés comme "optimistes" car ils supposent que toutes les transactions sur les OP-Rollups sont réelles et valides, et traitent toutes les transactions de manière optimiste.
Les OP-Rollups adoptent des incitations crypto-économiques pour garantir que les validateurs agissent honnêtement. N'importe qui sur la blockchain peut devenir un validateur mais doit payer des dépôts, ce qui est similaire à la Proof-of-Stake. Si le validateur propose une transaction invalide ou tente de forker malicieusement, ses dépôts seront réduits.
Les OP-Rollups utilisent des preuves de fraude pour détecter l'authenticité des transactions. Après que les transactions sur les OP-Rollups sont regroupées en lots et soumises sur le Mainnet Ethereum, il y a une fenêtre de temps appelée la période de défi, pendant laquelle n'importe qui peut vérifier les lots en calculant une preuve de fraude.
Pour entrer dans OP-Rollups, les utilisateurs doivent déposer des ETH, des jetons ERC-20 ou d'autres actifs de crypto-monnaie acceptés dans le pont cross-chain. Le contrat pont relaiera la transaction à la couche 2 (ou OP-Rollups), où un montant équivalent d'actifs est frappé et envoyé à l'adresse choisie par l'utilisateur sur l'OP-Rollup.
Sortir des rollups est plus compliqué. Si un utilisateur souhaite quitter OP-Rollups, il ne peut retirer ses fonds scrowés sur le Mainnet d'Ethereum qu'après la période de contestation, pendant laquelle n'importe qui peut contester les résultats de la transaction. Bien que le processus soit assez simple pour les utilisateurs, il prend du temps car il faut généralement compter une à deux semaines.
L'avantage d'OP-Rollups est sa compatibilité avec EVM, qui permet aux équipes de développement de migrer les contrats intelligents existants sur Ethereum vers OP-Rollups sans modifier les codes. Elle permet non seulement de gagner du temps mais aussi d'apporter de la commodité en profitant de l'infrastructure d'Ethereum comme les langages de programmation, les outils de test, etc.
Pour en savoir plus sur EVM (Ethereum Virtual Machine), veuillez consulter What is EVM sur Gate Learn.
Arbitrum est la principale blockchain de couche 2 qui adopte les OP-Rollups, représentant près de la moitié de la capitalisation totale du marché de couche 2.
En plus de certains projets réussis qui ont déjà fonctionné sur Arbitrum, comme Uniswap, Yearn et Sushiswap, il existe d'autres projets natifs uniques, notamment GMX, un protocole de dérivés, et TreasureDAO qui a l'intention de construire un énorme écosystème NFT, etc.
Bien qu'Arbitrum n'ait pas encore de jeton natif, elle est la plus grande chaîne de couche 2 par TVL, ce qui incite ses investisseurs à suivre de près son développement. Arbitrum a lancé l'événement Arbitrum Odyssey en avril 2022, visant à offrir aux utilisateurs un parcours complet de l'écosystème Arbitrum. L'événement a été coopéré avec le projet Galaxy et conçu pour durer 8 semaines. Les utilisateurs pouvaient recevoir des parachutages de NFT en accomplissant des tâches hebdomadaires. Après avoir collecté 13 NFT ou plus, les utilisateurs pourraient être récompensés par des NFT exclusifs qui marquent la fin du voyage Arbitrum.
Mais une semaine seulement après le début de l'événement, un grand nombre d'utilisateurs ont afflué, entraînant une explosion du volume des transactions et de la congestion du réseau, ainsi qu'une montée en flèche des frais de réseau. Face à cette situation, Arbitrum a décidé de suspendre Odyssey et de le reprendre après la sortie de Nitro.
Arbitrum Daily Transaction Volume
(Image source : Arbiscan)
Arbitrum Unique Addresses
(Image source : Arbiscan)
OPTIMISM, appelé OP, est également une chaîne de niveau 2 alimentée par des OP-Rollups. Il s'agit de la deuxième plus grande chaîne de niveau 2 en termes de capitalisation boursière. Contrairement à Arbitrum, OP a annoncé son premier largage le 1er juin 2022, suivi d'un programme d'incitation de l'écosystème. Encouragés par des récompenses élevées, les investisseurs ont afflué vers OP, ce qui a conduit à une augmentation significative de sa TVL.
OP a également obtenu le soutien de certains projets bien établis tels que Uniswap et Aave. En outre, Velodrome, la couche de base des liquidités de l'écosystème OP, est un échange décentralisé qui adopte un modèle ve(3,3) et a connu un succès considérable. Il avait même dépassé Uniswap, le principal échange décentralisé, par TVL.
Légèrement différent des OP-Rollups, les ZK-Rollups regroupent un grand nombre de transactions en lots qui sont exécutés hors chaîne et mettent à jour l'état du contrat intelligent en soumettant des preuves de validité au réseau principal. Les ZK-Rollups n'ont besoin que de poster les données sommaires minimales sur Mainnet pour validation.
L'état des ZK-Rollups est maintenu par des contrats intelligents déployés sur le Mainnet Ethereum. Grâce à la preuve de validité, l'état des ZK-Rollups sera mis à jour après avoir été vérifié par le Mainnet. Les données récapitulatives soumises à Mainnet contiennent les modifications apportées aux contrats intelligents Ethereum et la preuve cryptographique que ces modifications sont correctes.
Les ZK-Rollups utilisent également la méthode Proof-of-Stake pour sélectionner les opérateurs. Les opérateurs doivent déposer à l'avance des crypto-monnaies dans le contrat en tant que mises. La taille de chaque mise influencera les chances de l'épargnant d'être sélectionné. Si l'opérateur agit par malveillance, sa mise peut être réduite.
Si un utilisateur décide de quitter un ZK-Rollup, il doit également regrouper les transactions, et vérifier et mettre à jour l'état du smart contract par le biais d'une preuve de validité. Contrairement aux OP-Rollups, les ZK-Rollups n'ont pas de période de défi.
Il n'est pas facile pour les ZK-Rollups d'être compatibles avec EVM. Il est beaucoup plus difficile d'exécuter des contrats intelligents complexes que d'effectuer des calculs simples. C'est pourquoi le développement des ZK-Rollups est beaucoup plus lent que celui des OP-Rollups. Mais avec l'amélioration de la technologie de preuve de connaissance zéro ces dernières années, il n'est plus difficile d'implémenter zkEVM.
Les ZK-Rollups regroupent les transactions on-chain en lots, qui sont des preuves de validité. La preuve de validité permet aux parties de prouver l'exactitude d'une déclaration sans révéler la déclaration elle-même. Par conséquent, elles sont également appelées preuves à connaissance zéro.
Actuellement, il existe deux types de preuves de validité comme suit :
ZK-SNARK (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge)
Les ZK-SNARK sont populaires pour leurs petites tailles de preuves et l'augmentation drastique de la vitesse et du débit des transactions. Si les informations utilisées pour créer les paramètres publics tombent en possession d'acteurs malveillants, de fausses preuves de validité peuvent être générées. ZK-SNARK est donc confronté à des problèmes de sécurité et de confiance.
ZK-STARK (Zero-Knowledge Scalable Transparent Argument of Knowledge)
ZK-STARK est considéré comme une amélioration de ZK-SNARK en raison de sa transparence. Il s'appuie sur un caractère aléatoire vérifiable publiquement pour établir les paramètres de génération et de vérification des preuves. En outre, ZK-STARK est évolutif et nécessite moins de temps pour valider de grands ensembles de données.
Cependant, comme ZK-STARK produit des preuves de plus grande taille, il est plus coûteux de les vérifier sur le Mainnet.
Immutable X, fondée en 2018, est l'une des blockchains les plus connues qui utilise le ZK-Rollup. Il se caractérise par la fourniture d'un environnement de transaction NFT solide. De nombreux grands jeux blockchain sont prévus sur Immutable X, notamment Illuvium, Ember World, etc.
Gods Unchained, un jeu de cartes lancé à un stade antérieur, est également très populaire. Dans Gods Unchained, les joueurs achètent, construisent et collectionnent des cartes qui peuvent être utilisées pour construire des decks et affronter d'autres joueurs.
Récemment, le Polygon a continué à développer son activité dans les ZK-Rollups. Suite aux efforts déployés pour acquérir Mir Protocol et Hermez Network, Polygon a lancé Polygon Hermez en juillet 2022. Il s'agit du premier projet open-source zkEVM équivalent à un EVM. Bénéficiant de la marque forte de Polygon, Hermez avait suscité une grande attention dès son lancement. Après la mise en service du testnet, les développeurs peuvent déployer de manière transparente n'importe quel contrat intelligent Ethereum sur Polygon Hermez.
(Source d'image : Polygon zkEVM)
Les ZK-Rollups s'appuient sur le mécanisme cryptographique sans confiance pour garantir la sécurité, tandis que les OP-Rollups s'appuient sur des incitations crypto-économiques pour maintenir la confiance.
Les OP-Rollups regroupent plusieurs transactions en lots et les envoient au Mainnet pour vérification. Ils ne vérifient pas l'authenticité de ces transactions à l'avance mais supposent de manière optimiste que toutes les transactions sont correctes. Les OP-Rollups ont une période de contestation d'environ 1 à 2 semaines, permettant à quiconque de contester l'authenticité de la transaction en calculant des preuves de fraude, protégeant ainsi l'état de la blockchain. Si l'utilisateur veut sortir, il doit attendre la fin de la période de défi pour déterminer l'exactitude de la transaction.
ZK-Rollups produira des preuves de validité pour les transactions groupées à l'avance, et les enverra aux contrats intelligents sur le Mainnet pour prouver l'exactitude du changement d'état. Comme les preuves de validité peuvent être proposées pour mettre à jour l'état de la blockchain, les utilisateurs peuvent quitter ZK-Rollups à tout moment.
Les OP-Rollups regroupent un grand nombre de transactions par lots et les envoient au Mainnet pour vérification. En revanche, les ZK-Rollups envoient des données récapitulatives de petite taille au Mainnet. Comme le coût d'envoi des données au Mainnet est le principal coût encouru par les Rollups, les ZK-Rollups sont supérieurs car ils ne doivent envoyer que des preuves de validité minimales.
En raison de leur plus grande compatibilité avec l'EVM, les OP-Rollups occupent la majorité du marché de la couche 2. Mais la finalisation de l'exactitude des transactions est sujette à un retard dû aux preuves de fraude.
Les ZK-Rollups présentent les avantages d'un faible coût, de la fiabilité et d'une confirmation plus rapide des transactions. L'inconvénient est qu'il est difficile d'être compatible avec EVM, ainsi que de nombreux problèmes existants à résoudre, tels que le code pas entièrement open-sourcé et les différentes méthodes de développement.
D'un point de vue global, les OP-Rollups sont plus open-source que les ZK-Rollups, ce qui facilite leur processus de développement. C'est pourquoi le marché actuel de la couche 2 est dominé par les OP-Rollups. Cependant, en raison des preuves de fraude, les OP-Rollups sont intrinsèquement inférieurs aux ZK-Rollups en termes de sécurité ; tandis que les ZK-Rollups sont limités par des problèmes de barrières techniques élevées et de développement immature, etc.
Quant à l'avenir des rollups, les OP-Rollups sont plus favorisés par le public comme une solution idéale à court terme, qui peut soulager efficacement la charge sur Ethereum. Et ZK-Rollups est considéré comme une solution beaucoup plus prometteuse pour atteindre une sécurité et une évolutivité plus élevées à moyen et long terme.
Les Rollups actuels peuvent être considérés sous deux aspects. Les blocs sont générés par des opérateurs spécifiques de manière centralisée, mais sont vérifiés par Ethereum qui est sans confiance et hautement décentralisé.
Des opérateurs spécifiques peuvent soumettre des preuves de données à la couche 1, mais cela peut provoquer un point de défaillance unique. En fait, Arbiturm a été arrêté plusieurs fois pour cette raison.
En fonction de la façon dont les données seront soumises à Ethereum, les rollups sont divisés en deux types : les rollups optimistes et les rollups à connaissance zéro.
Les OP-Rollups ont des codes source ouverts matures et se développent rapidement car ils sont plus faciles à mettre en œuvre. Cependant, comme les OP-Rollups supposent que toutes les transactions sont correctes, des preuves de fraude et des incitations par jeton sont nécessaires pour stimuler les validateurs en dehors du Mainnet à vérifier l'exactitude des transactions pendant la période de défi. Si les utilisateurs veulent se retirer, ils doivent attendre la fin de la période du défi. Les OP-Rollups sont donc inférieurs en termes de sécurité.
Dans ces conditions, il convient de proposer des solutions aux problèmes de sécurité des OP-Rollups. Sinon, ils seront finalement remplacés par des ZK-Rollups qui sont plus sûrs.
ZK-Rollups doit produire des preuves de validité pour les transactions compressées. Ils doivent envoyer les données de la transaction à Ethereum pour le stockage et prouver l'exactitude du changement d'état de la blockchain. Les utilisateurs peuvent se retirer d'un ZK-rollup à tout moment car les transactions de sortie sont exécutées dès que le contrat ZK-rollup vérifie la preuve de validité.
Bien que les ZK-Rollups bénéficient d'une sécurité plus élevée, de nombreux problèmes subsistent, notamment les codes qui ne sont pas totalement ouverts, les différentes méthodes de développement des différentes équipes, la vitesse limitée des transactions en raison du calcul de la preuve de connaissance zéro (ZKP), et les difficultés à être compatible avec l'EVM. Tous ces facteurs empêchent la mise en œuvre de ZK-Rollups à court terme.
Le pontage des rouleaux croisés est nécessaire pour réaliser des rouleaux multiples. Les ponts à chaînes croisées étant moins sûrs et susceptibles d'être volés, nous devrions éviter d'adopter la conception des ponts à chaînes croisées mais nous concentrer sur leur sécurité et leur interopérabilité. La technologie sous-jacente étant assez complexe et n'en étant qu'à ses débuts, nous ne l'approfondirons pas dans cet article.
La vision des rollups multiples est en effet séduisante, mais actuellement, les rollups n'en sont qu'à leurs débuts. Au fur et à mesure que de plus en plus d'équipes professionnelles se lancent dans Rollups, de nombreux défis existant depuis longtemps pourront être relevés, et l'enseignement généralisé de ce domaine ainsi que le nombre d'applications augmenteront également en conséquence. À l'avenir, nous allons certainement mettre en place un écosystème multi-rollups complet.
La technologie Rollup n'en étant qu'à ses débuts, il faut plus de temps pour mener des recherches et des développements approfondis. À l'heure actuelle, on considère généralement que les rollups présentent des barrières techniques élevées et des difficultés à atteindre la compatibilité EVM. Par conséquent, les Rollups OP sont considérés comme une solution idéale à court terme, tandis que les Rollups ZK le sont à moyen et long terme.
Les rollups visent à réduire la charge sur Ethereum. Actuellement, le volume de transactions quotidiennes d'Arbitrum et d'Optimism, deux chaînes de niveau 2 de premier plan, se situe autour de 100 000, ce qui est un chiffre relativement faible. En revanche, le volume de transactions quotidiennes d'Ethereum Mainnet atteint 1 million. Il est évident que la couche 2 a besoin de plus de temps pour attirer plus d'utilisateurs et de projets du Mainnet.
Le concept Multi-rollups plus la mise à l'échelle sur la chaîne - sharding combiné pour le stockage de la disponibilité des données pourrait être une solution au problème du "triangle impossible" de la blockchain, dont le développement donnera le coup d'envoi d'un tout nouveau chapitre.
(Source d'image : Etherscan)
L'objectif de la mise à l'échelle d'Ethereum est d'améliorer son évolutivité sans sacrifier la décentralisation ou la sécurité, en vue de résoudre le "triangle impossible". Le Rollup n'est qu'une des nombreuses façons possibles d'atteindre l'objectif de mise à l'échelle énorme. Les rollups, associés à la technologie de sharding pour réaliser la mise à l'échelle on-chain, peuvent véritablement améliorer le débit d'Ethereum. Avant cela, tout ce que nous pouvons faire, c'est nous mettre continuellement au courant des dernières technologies et des nouvelles connexes, recevoir différents points de vue et construire notre propre cadre de connaissances sur le développement futur de ce secteur, créant ainsi nos propres opportunités potentielles.