Avec l'expansion constante de l'industrie de la blockchain, les projets les plus populaires, dont Ethereum, sont confrontés à un problème critique : la congestion des transactions sur la blockchain. Quelle que soit leur taille, les réseaux informatiques ne peuvent supporter qu'une quantité limitée de trafic. Plus le réseau est populaire, plus il risque d'être encombré. Ce problème limite l'évolutivité et affecte l'expérience de l'utilisateur en général.

Ainsi, Ethereum a besoin de différents réseaux de couche 2 pour résoudre ses problèmes d'évolutivité. Parmi ces réseaux de couche 2 attachés à la chaîne de couche 1 d'Ethereum, on trouve la machine virtuelle optimiste (Optimistic Virtual Machine). Cet article se penche sur le fonctionnement interne de l'OVM et met en lumière son importance pour le bon fonctionnement de l'écosystème Ethereum.

Qu'est-ce qu'une machine virtuelle optimiste ?

La machine virtuelle optimiste (OVM), construite par Optimism à l'aide de sa technologie Optimism Rollup (OR), sert de solution de mise à l'échelle de niveau 2 pour Ethereum. Il a été conçu pour tirer parti de la compatibilité EVM, offrant un cadre stable aux développeurs pour qu'ils puissent facilement et efficacement mettre à l'échelle leurs contrats intelligents.

L'OVM fournit un écosystème unifié pour les protocoles de la couche 2, combinant d'autres solutions de mise à l'échelle sous un même parapluie. Au lieu de mettre à jour les transactions directement sur la blockchain de couche 1, l'OVM utilise des données hors chaîne pour garantir (ou prendre des décisions optimistes) les transactions mises à jour sur la blockchain Ethereum.

Comment fonctionne l'OVM ?

Chaque processus de calcul effectué par l'OVM est appelé une transition. Ces transitions sont évaluées du côté du client par des utilisateurs individuels qui souhaitent confirmer le dernier état d'un contrat intelligent ou vérifier des preuves de fraude (mécanismes conçus pour détecter et prouver un comportement frauduleux dans les systèmes décentralisés) sur la chaîne.

L'OVM fonctionne comme un espace de travail dédié aux contrats intelligents. Les contrats intelligents sont déployés, exécutés et contrôlés sur l'OVM, ce qui garantit l'efficacité de toute autre tâche liée aux contrats intelligents. Lorsqu'un nœud de la chaîne de niveau 2 soumet une transaction, l'OVM traite ces transactions et active ensuite différents changements d'état dans son environnement, ce qui entraîne des résultats variables comme le règlement des paiements.

L'OVM met également en œuvre un système de limitation des gaz pour se protéger des transactions malveillantes qui s'exécutent en permanence et épuisent les ressources du réseau. Lorsqu'ils effectuent une transaction, les utilisateurs doivent fixer une limite de gaz, en spécifiant la quantité de gaz qu'ils peuvent dépenser lors d'une transaction. Ces frais servent également de compensation aux nœuds qui fournissent les ressources informatiques supplémentaires nécessaires à l'exécution des transactions.

En outre, l'OVM ne peut interpréter et exécuter que des contrats intelligents écrits en bytecode. Bien que les langages de haut niveau compatibles avec l'EVM, comme Solidity, soient plus conviviaux et simplifient le processus de déploiement, ils doivent être traduits et compilés en bytecode avant de pouvoir être déployés. Cependant, en raison de la compatibilité de l'OVM avec l'EVM au niveau du bytecode, les développeurs peuvent directement déployer des contrats intelligents EVM existants dans l'OVM.

Décisions optimistes : Qu'est-ce qui fait la spécificité de l'OVM ?

Bien que la section précédente ait disséqué les complexités de l'OVM, sa véritable innovation réside dans son processus de "décision optimiste". Comme indiqué précédemment, une décision optimiste est un concept dans lequel l'OVM utilise des données hors chaîne pour prédire l'état futur de la couche 1 d'Ethereum. Cette approche ouvre la voie à des transactions plus rapides et plus efficaces. Le processus de décision optimiste comporte trois grandes étapes :

1. Examinez la couche 1 et estimez ce qui pourrait se produire à l'avenir.
2. Examinez les messages hors chaîne et réfléchissez à leur impact s'ils sont intégrés à la couche 1.
3. Après avoir étudié les résultats des étapes précédentes, l'OVM a une bonne idée de l'état futur de l'EVM. Cette vision guidera les prochaines décisions de l'OVM.

Néanmoins, on peut se demander comment l'OVM parvient à ces décisions malgré des possibilités apparemment infinies. Les concepts suivants nous aideront à mieux comprendre la méthodologie qui sous-tend les décisions optimistes :

Cône des contrats à terme sur l'Ethereum

Les états futurs d'Ethereum sont infinis, englobant toutes les transactions possibles, toutes les DAO susceptibles d'être piratées et tout autre événement. Bien qu'il s'agisse d'une infinité de futurs, les règles de l'EVM permettent de filtrer les états futurs qui ont le moins de chances de se produire. Nous pouvons comparer ce processus à un vaste cône qui se rétrécit d'un grand trou à un entonnoir plus étroit chaque fois qu'un nouveau bloc est extrait et finalisé.

Informations locales

La couche 2 élargit le protocole de consensus en y intégrant des informations locales, notamment des messages hors chaîne, une mise à jour signée de la chaîne ou une preuve d'inclusion pour un bloc de plasma. L'OVM utilise ces informations locales pour prendre des décisions, mais il doit d'abord définir les hypothèses à utiliser pour dériver les futurs états possibles de l'Ethereum.

Hypothèses locales

Les programmes OVM définissent des hypothèses basées sur les informations locales expliquées ci-dessus, servant de filtres pour différencier les états futurs réalistes des états impossibles. Un exemple de cela est l'utilisation d'une hypothèse de "vivacité des litiges", qui est utilisée par de nombreuses solutions de couche 2. Étant donné que les participants au canal s'attendent à ce que les retraits malveillants soient contestés, tout état contenant un retrait malveillant sera considéré comme impossible et rejeté. Lorsque les hypothèses locales ont éliminé ces futurs impossibles, nous pouvons enfin prendre des "décisions optimistes" concernant l'avenir.

Avantages et inconvénients : OVM vs EVM et zkEVM

Maintenant que nous comprenons le fonctionnement de l'OVM, il est essentiel de comprendre ses forces et ses faiblesses, notamment par rapport à d'autres machines virtuelles comme l'Ethereum Virtual Machine (EVM) et la Zero-Knowledge Ethereum Virtual Machine (zkEVM). L'examen de leurs différences mettra en évidence la valeur unique de l'OVM et la manière dont ils travaillent ensemble pour améliorer l'évolutivité.

OVM vs EVM

L'OVM donne la priorité aux transactions les plus rapides, contrairement à l'EVM. Avec l'OVM, un nœud peut écrire directement sur la blockchain, ce qui élimine la nécessité du processus de vérification multi-nœuds de l'EVM. D'autre part, l'EVM exige un consensus de tous les nœuds en faisant voter chacun d'entre eux sur chaque transaction avant de mettre à jour la blockchain. Cette rigueur est raisonnable car elle garantit une confiance absolue, mais le coût est une réduction du débit par rapport à l'OVM.

L'OVM et l'EVM diffèrent également en termes de validité, car l'OVM n'impose pas la validité des changements d'état. Avec l'OVM, un utilisateur mal intentionné peut transférer les actifs d'un autre utilisateur à son profit avant de soumettre la transaction à la couche 1. Si la transaction n'est pas contestée, l'OVM l'accepte.

D'autre part, tous les changements d'état dans le MVE doivent suivre les règles de consensus du réseau avant d'être acceptés. Le scénario ci-dessus obéirait donc à des règles différentes, car la clé de signature de l'expéditeur ne correspondrait pas à sa clé publique, ce qui est une condition pour que les transactions soient acceptées.

En outre, l'EVM garantit une finalité instantanée. On parle de finalité instantanée lorsqu'un changement d'état est accepté sur le réseau et qu'il ne peut être modifié ou annulé. L'OVM ne garantit pas une finalité instantanée, car il n'assure pas la validité des transactions et la finalisation de transactions non valides ou malveillantes corromprait la blockchain. Par conséquent, les états OVM ne sont définitifs que lorsqu'ils sont acceptés sur la chaîne de la couche 1.

OVM vs zkEVMs

L'OVM se concentre principalement sur l'exécution des transactions et des contrats intelligents et laisse l'EVM de couche 1 appliquer les règles de la blockchain, en particulier sur les changements d'état. L'OVM privilégie la rapidité en soumettant des transactions terminées sans preuve de validité. Cela favorise l'évolutivité, mais il existe un risque que des transactions non valides passent inaperçues et soient finalisées sur la couche 1, en particulier si elles ne sont pas contestées.

Une machine virtuelle Ethereum à zéro connaissance (zkEVM) s'attaque à ce problème en créant des preuves cryptographiques pour chaque transaction hors chaîne, à l'instar des reçus. Cela renforce l'assurance de la validité des mises à jour de l'état, ce qui accroît encore la confiance dans le système dans son ensemble.

Avec le zkEVM, les transitions d'état sont finalisées dès qu'elles sont vérifiées sur la chaîne. Cela réduit les retards dans l'exécution des transactions de la couche 2 sur la couche 1. Les preuves à connaissance nulle confirment également la validité des mises à jour d'état, ce qui élimine le besoin de preuves de fraude, à moins qu'elles ne soient nécessaires.

Les zkEVM sont généralement plus difficiles à mettre en œuvre que les OVM, car l'élaboration de preuves aussi élaborées pour plusieurs étapes de calcul est coûteuse. Cette accessibilité rend l'OVM plus facile à lancer que les zkEVM. Néanmoins, les deux projets sont compatibles avec l'EVM et peuvent exécuter des contrats intelligents.

Cas d'utilisation de l'OVM

Exécuté sur la couche 2, l'OVM permet aux utilisateurs d'utiliser l'EVM basé sur la couche 1 sans avoir à actualiser constamment et directement l'état de l'EVM. Imaginez l'OVM comme un assistant de l'EVM, travaillant en coulisse sur la couche 2 et traitant les transactions afin que l'EVM ne soit pas débordé.

Dans ce contexte, supposons que l'utilisateur A possède 2 WBTC et envoie 1 WBTC à l'utilisateur B à l'aide d'un rollup optimiste. Un agrégateur soumettra ensuite les détails de la transaction au contrat rollup de niveau 1. Si elle n'est pas contestée, elle sera intégrée de manière permanente à la blockchain Ethereum, ce qui la rendra officielle.

Cette garantie est possible à deux conditions. Tout d'abord, l'OVM exécute les transactions conformément aux règles de l'EVM, de sorte que les transactions traitées correctement en dehors de la chaîne sont garanties d'être acceptées sur la couche 1. Le deuxième facteur est que l'agrégateur partage les données de transaction publiquement, ce qui permet à quiconque de signaler des incohérences dans l'exécution d'une transaction et, par extension, de maintenir l'honnêteté de toutes les parties.

Néanmoins, que les deux parties décident de retirer leurs actifs ou d'effectuer d'autres transactions, elles ont toujours bénéficié de l'EVM sans avoir à effectuer de transactions sur la couche 1.

Outre l'exécution de transactions plus rapides, l'OVM peut être utilisé de diverses manières. L'OVM a également révolutionné le jeu blockchain, permettant un jeu plus rapide, sans décalage ni retard, où les transactions se produisent instantanément et où le monde du jeu réagit en temps réel. Son utilisation pour améliorer les applications DeFi ne peut pas non plus passer inaperçue, car elle permet des échanges de jetons quasi instantanés sur des bourses décentralisées avec des frais de gaz réduits.

Conclusion

Grâce à la machine virtuelle optimiste, les développeurs peuvent déployer des contrats intelligents et les utilisateurs peuvent effectuer des transactions sans les inconvénients des frais d'essence élevés et des temps de traitement lents qui affligent Ethereum. Bien qu'il soit confronté à des défis concernant la sécurité et les risques potentiels de centralisation, l'OVM détient la clé pour débloquer une nouvelle ère d'applications alimentées par la blockchain et l'adoption de masse en général. Avec l'évolution de la technologie blockchain, l'OVM est l'un des outils innovants qui devrait façonner l'avenir des applications décentralisées.