Guide des rouleaux ZK : Scalabilité d'ETH — et pourquoi c'est le prochain grand sujet d'actualité

La scalabilité est un problème majeur pourEthereumet la plupart des projets blockchain. À mesure que le nombre de processus nécessitant une puissance de calcul importante sur la blockchain principale augmente, le réseau s'encombre et les transactions deviennent lentes et coûteuses. Cela nuit à l'expérience utilisateur et à l'écosystème Ethereum dans son ensemble. Il existe cependant peut-être une solution au problème de scalabilité d'Ethereum : Rouleaux ZK. Cet article vous présentera les ZK-Rollups, leurs avantages et leurs limites, et les comparera à d'autres solutions de mise à l'échelle tout en examinant les meilleures cryptomonnaies ZK-Rollup.

Que sont les ZK-Rollups ? 

Les ZK-Rollups, ou rollups à connaissance nulle, sont des contrats intelligents qui mettent en œuvre des solutions de mise à l'échelle decouche 2d'Ethereum pour un traitement des transactions plus efficace sur la blockchain.

Pour comprendre les ZK-Rollups, il est indispensable de maîtriser les bases des rollups et de comprendre leur rôle crucial dans les solutions de scalabilité de la couche 2 d'Ethereum.Ces solutions reposentsur une chaîne secondaire, et non sur la chaîne principale.

Les rollups figurent parmi les solutions de couche 2 les plus populaires car elles offrent un débit élevé (transactions par seconde), sans sacrifier la sécurité ni la décentralisation. Ils y parviennent en déplaçant les processus nécessitant une puissance de calcul importante duréseau principalEthereum (couche 1) vers une chaîne latérale (couche 2). Un rollup soumet juste assez de données à la chaîne principale pour que chaque participant puisse recréer les états de transaction et détecter les invalidités ou les erreurs. La sécurité n'est pas compromise, puisque les données de transaction sont stockées sur la chaîne principale Ethereum.

Les ZK-Rollups regroupent — ou « enroulent » — les données de transaction dans un seul bloc et les traitent en dehors de la chaîne principale afin de réduire la congestion. Les participants du réseau, appelés opérateurs de transaction et relais, traitent ces données, les vérifient et les soumettent au réseau principal.

Les opérateurs publient leurs données de transaction — qui comprennent l'adresse indexée, la valeur, les frais de réseau et le nonce (numéro à usage unique) — sur le réseau. L'adresse indexée utilise moins de ressources de traitement, et les contrats intelligents relient ces adresses àdes arbres de Merkle, des structures de données qui garantissent que les données ne peuvent pas être falsifiées au sein d'un ZK-Rollup. Un ZK-Rollup possède deux arbres de Merkle : l’un qui enregistre les comptes et l’autre qui stocke les valeurs des transactions. Cela permet également une utilisation efficace de la puissance de traitement et du temps.

Les relaiscréent des regroupements en agrégeant les transactions. Ils créent une preuve de connaissance à divulgationnullede connaissance, succincte et non interactive (ZK-SNARK) qui valide les transactions en comparant l'état de la blockchain avant et après. ZK-SNARK est une méthode inédite pour prouver la possession d'informations spécifiques sans révéler ces informations et sans interaction entre le prouveur et le vérificateur. Le relais transmet les résultats de la preuve à la chaîne principale sous la forme d'unhachagevérifiable. Les relais doivent immobiliser leurs cryptomonnaies dans un contrat intelligent afin d'encourager l'honnêteté. Tout acte frauduleux entraîne la perte des fonds misés, ce qui dissuade les malfaiteurs et réduit la fréquence des litiges.

Les ZK-Rollups permettent une utilisation plus efficace de l'espace blockchain, car ils nécessitent moins de stockage que les contrats intelligents traditionnels puisqu'aucune connaissance de l'intégralité des données de la transaction n'est requise. Ils n'ont besoin que d'une preuve de validation, ce qui rend la validation plus rapide et moins coûteuse car elle ne nécessite que des données minimales. Les transactions ont déjà été vérifiées sur la chaîne latérale, qui les valide automatiquement sur la chaîne principale. La validation à l'aide d'un ZK-Rollup nécessite moins de données, ce qui est plus rapide et moins coûteux que l'exécution des transactions sur la chaîne principale Ethereum.

Avantages et limites des ZK-Rollups

Moins chers et plus rapides, les ZK-Rollups offrent certaines des meilleures solutions de mise à l'échelle de couche 2 d'Ethereum. Voici les principaux avantages :

• Délai de finalisation des transactions plus rapide: Les ZK-Rollups offrent un délai de finalité des transactions plus rapide (le temps nécessaire à un utilisateur pour obtenir la confirmation qu'une transaction blockchain ne sera ni modifiée ni annulée). Le réseau Ethereum vérifie immédiatement l'état mis à jour une fois les preuves de validité envoyées.

• Débit et évolutivité accrus: Les ZK-Rollups augmentent le débit et l'évolutivité, car chaque transaction contient un minimum de données. Un ZK-Rollup compile toutes les transactions en une seule, qui est ensuite vérifiée par une preuve de validité. De ce fait, seul l'état le plus récent doit être communiqué entre les nœuds, ce qui permet un traitement plus rapide et plus efficace.

• Frais de transaction moins élevés: Les ZK-Rollups permettent de réduire les frais de transaction. Les utilisateurs partagent les frais de gaz entre eux, puisque leurs transactions sont regroupées ou « consolidées ». Avec un nombre suffisant d'utilisateurs, les frais de gaz pourraient se limiter à quelques centimes, car le ZK-Rollup peut regrouper un nombre quasi infini de transactions.

• Délais de retrait plus rapides: Les ZK-Rollups permettent des délais de retrait rapides car ils utilisent une preuve de validité pour authentifier les données de transaction et ne nécessitent pas de période de vérification. 

• Décentralisé mais sécurisé: Étant donné que les ZK-Rollups sont « à connaissance nulle », seule la preuve de validité est nécessaire pour récupérer les données, au lieu de l'intégralité des données transactionnelles. Comme la preuve de validité est stockée sur la couche 1, le regroupement peut accroître l'évolutivité tout en préservant la nature sécurisée et décentralisée de la couche. Le traitement parallèle des blocs de calcul favorise également la décentralisation.

Grâce à son approche novatrice, le protocole ZK-Rollup promet d'être l'avenir de la mise à l'échelle de la couche 2. Bien sûr, cela n'est pas sans inconvénients. Les ZK-Rollups présentent certaines limitations qu'il faudra surmonter pour parvenir à une adoption généralisée :

• Preuve de validité complexe: Calculer une preuve de validité à divulgation nulle de connaissance est difficile et prend du temps. Par conséquent, pour obtenir un débit maximal, les ZK-Rollups nécessitent une optimisation des données. De plus, la complexité mathématique des preuves de validité ZK limite la fonctionnalité des ZK-Rollups aux transactions simples comme les transferts directs et les échanges – du moins pour l’instant. Une optimisation des données sera nécessaire pour obtenir un débit maximal.

• Confiance: Comme il suffit qu'un seul des participants au réseau soit considéré comme honnête pour valider les données agrégées, il existe un risque que tous les participants soient corrompus.

• Prise en charge des contrats intelligents: Contrairement à d'autres solutions de mise à l'échelle de couche 2, les ZK-Rollups ne prennent pas en charge l'exécution de contrats intelligents. Cependant, divers projets à différents stades d'avancement visent à résoudre ce problème.

ZK-Rollups par rapport aux autres solutions de mise à l'échelle de couche 2

Les protocoles Rollup et autres solutions de mise à l'échelle de couche 2 fonctionnent de manière similaire, mais chacun est conçu pour répondre à des cas d'utilisation spécifiques au sein de l'écosystème blockchain. 

Rollups ZK vs. Rollups optimistes

Certaines solutions de couche 2 peuvent offrir une évolutivité et un débit améliorés en ne publiant aucune donnée sur le réseau principal Ethereum. Cependant, cela se fait au détriment de la sécurité. 

Les ZK-Rollups et les rollups optimistes permettent tous deux d'améliorer la scalabilité en déplaçant le calcul des transactionshors chaîneet en soumettant des données hautement compressées au réseau principal Ethereum. Leur divergence réside dans leurs méthodes de vérification. Les ZK-Rollups valident les transactions à l'aide de preuves de validité cryptographiques complexes, chaque lot de transactions soumettant une preuve de validité au réseau principal.

Les regroupements optimistes, en revanche, considèrent toutes les transactions comme valides et soumettent des lots de transactions sans aucun calcul. Cela permet d'améliorer considérablement l'évolutivité. Il existe toutefois une période de contestation durant laquelle chacun peut remettre en question la validité d'une transaction. Si une anomalie est observée, le système effectue une vérification de fraude (un contrôle des transactions pour détecter une éventuelle fraude) en utilisant les données disponibles sur la couche 1. Cette période d'attente liée à la contestation entraîne plus de retards qu'avec les ZK-Rollups.

Le protocole de cumul optimiste encourage les transactions légitimes en récompensant les séquenceurs (parties responsables du stockage et de l'exécution des transactions des utilisateurs hors chaîne). Les séquenceurs qui soumettent des transactions frauduleuses à la blockchain Ethereum sont punis par une réduction de leur mise en ETH. 

Les agrégats optimistes peuvent offrir une augmentation de l'évolutivité jusqu'à 100 fois supérieure, car ils n'ont pas besoin d'effectuer de calculs complexes. Cependant, la période de contestation signifie que leur période de retrait est beaucoup plus longue que celle des ZK-Rollups. 

Une autre différence majeure réside dans le fait que les rollups optimistes offrent des fonctionnalités de contrats intelligents, difficiles à mettre en œuvre avec les ZK-Rollups.

ZK-Rollups vs. Sidechains

Les sidechains sont des blockchains liées à la blockchain principale, comme Ethereum, via des contrats de pont. Elles diffèrent principalement des ZK-Rollups en ce qu'elles reçoivent des données du réseau principal sans avoir besoin de les valider. Au lieu de cela, les chaînes latérales s'appuient sur un ensemble de parties qui contrôlentles contrats de pontpour confirmer que le réseau principal n'est pas compromis et transmettre cette information au pont. 

En tant qu'entité distincte, les chaînes latérales possèdent leurs propres propriétés de sécurité et mécanismes de consensus pour traiter les transactions. À l'instar des ZK-Rollups, les transactions sur les chaînes latérales sont souvent moins chères que celles sur la chaîne principale.

Parallèlement, pour les ZK-Rollups, les séquenceurs fournissent la preuve de l'état du réseau au contrat de pont, qui doit valider la preuve et vérifier que le réseau n'a pas été compromis.

Les ZK-Rollups utilisent la sécurité du réseau Ethereum et consomment donc davantage de ressources. Cela rend les ZK-Rollups plus chers qu'une sidechain. 

La principale différence entre les ZK-Rollups et les sidechains réside dans la méthode de stockage des données de transaction. Alors que les rollups regroupent les transactions sur la couche 2, puis les soumettent à la chaîne principale, les sidechains créent des chaînes entièrement séparées et ne soumettent ensuite que les dépôts et les retraits à la chaîne principale. Alors que les ZK-Rollups peuvent compter sur la sécurité de la chaîne principale, les chaînes latérales sont responsables de la leur. Il existe également un risque, avec toute chaîne latérale, que les opérateurs créant de nouveaux blocs cessent de produire des blocs ou limitent les retraits. Comme les chaînes principales, les chaînes latérales sont également sujettes auxattaques à 51 %.

Rouleaux ZK contre chaînes de plasma

Les chaînes plasma sont une solution de scalabilité proposée initialement parJoseph Poonet Vitalik Buterin (co-fondateur d'Ethereum).

Plasma est une solution de scalabilité de couche 2 qui décharge les transactions vers une chaîne latérale de couche 2 (ou « chaîne enfant ») et soumet périodiquement les blocs nouvellement créés au réseau principal Ethereum. Plasma crée des blocs via des mécanismes de consensus, similaires aux chaînes latérales, mais publie les racines des blocs sur la chaîne principale, qui agit comme une couche de sécurité. 

À l'instar des ZK-Rollups, les coûts de transaction de la chaîne plasma sont inférieurs à ceux de la chaîne principale. Ils utilisent également des preuves de fraude pour sécuriser la chaîne du plasma. Ces mécanismes de contrôle permettent aux utilisateurs de contester la validité de leurs fonds sur la chaîne principale, créant ainsi une sécurité comparable à celle des rollups.

Les ZK-Rollups et les chaînes plasma permettent tous deux de faire évoluer Ethereum en déplaçant les transactions de la chaîne principale vers une chaîne latérale de couche 2. Cependant, la différence fondamentale réside dans le fait que les ZK-Rollups regroupent des centaines de transferts en une seule transaction, validée par une preuve ZK sur le réseau principal Ethereum, tandis que les chaînes plasma créent et soumettent une transaction par transfert.

La scalabilité de Plasma est limitée par la grande quantité de données requises sur le réseau principal pour la validation des blocs lorsque les utilisateurs souhaitent effectuer des retraits depuis la chaîne latérale. De plus, la période du défi est longue et les utilisateurs doivent rester en ligne, sous peine de perdre leurs récompenses. Les ZK-Rollups sont plus conviviaux, consomment moins de ressources et constituent une solution de mise à l'échelle Ethereum plus prometteuse que Plasma pour la plupart des cas d'utilisation. 

Plasma est conçu pour interagir et communiquer le moins souvent possible avec l'ordinateur central. Cela a entraîné des erreurs d'indisponibilité des données. Lorsque cela se produit, il faut déterminer si le registre est correct et si l'opérateur est digne de confiance. Certaines implémentations de Plasma organisent des votes parmi les détenteurs de jetons de gouvernance pour résoudre ce problème. Cela diffère de l'état de confiance supposé des agrégats, qui s'appuient sur la règle « un sur n » pour valider l'authenticité.

L'un des principaux avantages du plasma et des rollups est que même si la plateforme d'échange qui gère la solution de mise à l'échelle est hors service, les fonds peuvent être retirés grâce aux preuves de fraude sur le registre public principal.

Enroulements ZK contre canaux d'état

Les canaux d'état sont des solutions de mise à l'échelle qui permettent à deux parties ou plus d'effectuer des transactions sécurisées en dehors de la blockchain Ethereum. Les parties concernées interagissent sans passer par la chaîne principale en s'envoyant des mises à jour d'état.

Lorsque l'une des parties décide de cesser d'utiliser les canaux, elle initie une « sortie » — c'est-à-dire qu'elle soumet les dernières mises à jour d'état à la chaîne principale, et les soldes actuels sont transférés aux parties qui ont lancé le canal. La chaîne principale valide cet état actuel en vérifiant les soldes finaux et les signatures, ce qui rend difficile pour quiconque de sortir d'un état invalide.

Mais il y a un inconvénient : La chaîne principale n'a aucun moyen de savoir si une autre transaction a été ajoutée aux précédentes après la soumission des dernières mises à jour d'état. Une solution consiste à accorder un délai à chacune des parties pour contester la sortie. Pour éliminer les longs délais d'attente pour retirer des fonds vers la chaîne principale, les parties impliquées dans la transaction peuvent signer une « preuve de conclusion » qui permet à une partie de se retirer sans attendre l'expiration de la période de contestation.

Les canaux d'état présentent l'avantage de permettre des transactions entre deux parties sans impliquer un tiers, contrairement aux ZK-Rollups, où un opérateur de rollup doit traiter toutes les transactions. 

Une autre différence entre les canaux d'état et les ZK-Rollups est que les canaux d'état ont une finalité immédiate : L’état est définitif une fois que la contrepartie confirme la réception de la mise à jour (c’est-à-dire que le transfert de valeurs est instantané).

Les meilleures cryptomonnaies ZK-Rollup à connaître

Les agrégations à connaissance nulle présentent un potentiel important en tant que solution de scalabilité idéale pour Ethereum.

Par conséquent, pour tirer parti de cette technologie en plein essor, voici une liste des protocoles qui implémentent les ZK-Rollups et leurs cryptomonnaies.

Boucle (LRC)

Le réseau Loopring est un projet basé sur ZK-Rollup qui permet aux développeurs de créer des plateformes d'échange ou des DEX avec un règlement rapide pour les traders sur le réseau Ethereum. Les DEX Loopring offrent des transactions et des paiements à faible coût sur la blockchain Ethereum, tirant parti du débit élevé des preuves ZK.

Les ZK-Rollups permettent aux DEX Loopring de déporter le calcul des règlements hors chaîne, au lieu de régler directement sur la blockchain Ethereum comme le font d'autres plateformes d'échange. Cela réduit considérablement le nombre de transactions soumises au réseau Ethereum, ce qui atténue la congestion, augmente la vitesse et diminue les coûts de transaction.

LRC est le jeton utilitaire natif du réseau Loopring. Les opérateurs paient en LRC lors du traitement de chaque transaction. Sur Loopring, 80 % des fonds sont envoyés aux fournisseurs de liquidités, et le reste est partagé entre les assureurs etla DAOde Loopring.

Le prix du LRC pourrait être affecté par les performances du réseau Ethereum. À mesure que le nombre de transactions sur Ethereum augmente, ralentissant le réseau et faisant grimper les frais, de plus en plus d'utilisateurs privilégieront des solutions de scalabilité telles que Loopring.

X immuable (IMX)

Immutable X est une solution de mise à l'échelle de couche 2 pour les jetons non fongibles (NFT) sur Ethereum. Elle utilise les ZK-Rollups pour accélérer les échanges instantanés et éliminer les frais de gaz pour la création et l'échange de NFT, sans sacrifier la sécurité des utilisateurs et des actifs.

IMX est le jeton utilitaire natif du protocole Immutable X. Les utilisateurs peuvent gagner des IMX en effectuant des transactions et d'autres activités sur le réseau. L'IMX peut être utilisé pour payer des frais, pour miser sur le protocole ou comme jeton de gouvernance.

Immutable X se situe au carrefour de trois récits populaires dans l'univers crypto :

Les NFT, les ZK-Rollups et les jeux vidéo en font un actif prometteur à prendre en considération. De plus, grâce à ses frais de gaz nuls pour le trading de NFT qui attirent davantage de développeurs sur la plateforme, Immutable X est bien positionnée pour une croissance substantielle.

Polygone (MATIC)

PolygonNetwork est un protocole basé sur ZK-Rollup permettant de construire et de connecter des réseaux blockchain compatibles avec Ethereum. Elle permet aux développeurs de créerdes DAppsqui combinent les fonctionnalités de haute sécurité d'Ethereum avec les faibles frais de gaz et l'évolutivité du réseau Polygon.

MATIC est le jeton natif qui alimente le réseau Polygon. Il sert à payer les frais de transaction et peut également être mis en jeu dans le consensus PoS pour générer des revenus passifs. Les utilisateurs peuvent gagner des MATIC en fournissant des ressources pour la validation des transactions et l'exécution de contrats intelligents sur le réseau.

La principale raison de suivre de près MATIC est la croissance rapide du réseau Polygon, avec le lancement de plus en plus de projets interopérables sur celui-ci. Par ailleurs, Polygon a récemment acquisMir Protocol,une startup spécialisée dans la mise à l'échelle d'Ethereum, pour 400 millions de dollars. Le protocole Mir se targue de la technologie de preuve ZK la plus rapide et la plus avancée, appeléePlonky2, conçue pour générer des preuves plus rapidement et vérifier davantage de transactions en une seule preuve.

Il s'agit de la deuxième acquisition majeure de Polygon, après le rachat de ZK-Rollup Hermez Network (désormaisPolygon Hermez) pour 250 millions de dollars.

Syscoin (SYS)

Syscoinest une blockchain PoW qui combine des éléments de couche 1 et de couche 2 pour créer une plateforme de développement d'applications décentralisées Web 3.0. Il combine la haute sécurité duBitcoinet les capacités DApp d'Ethereum (en utilisant une solution de mise à l'échelle ZK-Rollup) pour créer des produitsDeFirapides et sécurisés. Le projet Syscoin vise à créer une plateforme permettant aux organisations d'utiliser la technologie de registre distribué avec une sécurité élevée, un faible coût et une grande évolutivité.

Le jeton natif de Syscoin, SYS, est utilisé pour payer les frais de réseau, garantir un masternode pour obtenir des récompenses et participer à la gouvernance. Les utilisateurs peuvent également créer un jeton d'actif personnalisé, le Syscoin Platform Token (SPT), qui utilise la plateforme Syscoin Token. Bitcoin et SYS peuvent être minés simultanément grâce à un processus appelé minage fusionné.

Tout porte à croire que Syscoin va se porter bien en 2022. Le réseau Syscoin offre diverses applications dansles domaines du Web 3.0, des NFT et dumétavers, et un nombre croissant de projets sont lancés sur la plateforme. Grâce à la solution de mise à l'échelle ZK-Rollups qui promet un débit de 210 000 TPS, le réseau Syscoin traitera de plus en plus de transactions à des frais très faibles.

ZKSwap (ZKS)

ZKSwap est un protocole d'échange décentralisé (DEX) construit sur le modèle de teneur de marché automatisé (AMM). Il s'agit du premierDEXà mettre en œuvre une solution de mise à l'échelle de couche 2 basée sur la technologie ZK-Rollup, qui promet sécurité et haute évolutivité. Grâce à la technologie ZK-Rollup, ZKSwap allège la charge sur le réseau Ethereum principal et offre une meilleure sécurité, des coûts réduits, un TPS plus élevé et une confidentialité accrue aux traders.

Le réseau ZKSwap est alimenté par ZKS, son jeton ERC20 natif. ZKS est utilisé pour récompenser les utilisateurs pour le minage communautaire, les vérifications de transactions et d'autres tâches utiles au réseau. Les détenteurs de ZKS peuvent voter pour les inscriptions de jetons et également gouverner le réseau.

De grands projets sont prévus pour ZKSwap : Des services de prêt de niveau 2 et de change stable sont en cours d'élaboration. ZKSwap développe également un modèleEVMgénéral basé sur les ZK-Rollups.

ZKSwap s'associe à des DEX populaires, tels que MXC, Huobi,DODOetDeFiBox, et travaille à intégrer davantage de protocoles dans un avenir proche.

Conclusion

Malgré sa popularité croissante, le réseau Ethereum est toujours confronté à des défis de scalabilité à mesure que de nouveaux projets sont lancés. Comme prévu, les solutions de couche 2 vont gagner en importance. Dans ce domaine, les ZK-Rollups dotés d'une technologie révolutionnaire de preuve à divulgation nulle de connaissance offrent des avantages significatifs en termes de TPS, de frais de gaz, de sécurité, de confidentialité et d'évolutivité. Mieux encore, les technologies ZK-Rollups et ZK-proof sont relativement récentes, et l'on peut s'attendre à d'autres avancées technologiques dans ce domaine.