Regroupements à connaissance nulle

Que sont les rollups à connaissance nulle ?

En termes simples, les agrégats à connaissance nulle (ou ZK-rollups) sont un type de solution de mise à l'échelle. Ils combinent plusieurs preuves de transfert en une seule transaction qui peut être instantanément vérifiée à plusieurs niveaux de la blockchain . Les agrégats à connaissance nulle sont encore un concept relativement nouveau, mais on peut déjà les trouver sur des plateformes comme StarkNet et zkSync.

Un rollup à connaissance nulle interagit avec plusieurs niveaux d'une blockchain. La plupart des ZK-rollups fonctionnent sur Ethereum, prenons donc cela comme exemple. La blockchain Ethereum principale présente des avantages, mais ceux-ci s'accompagnent souvent de frais de transaction élevés et d'une faible vitesse. Les blockchains de couche 2 d'Ethereum utilisent la sécurité de la chaîne principale, tout en ajoutant de la vitesse et une accessibilité accrue.

Les ZK-rollups vous permettent de créer une transaction qui fonctionne pour les deux couches. Un ZK-rollup donné est une transaction qui contient plusieurs preuves à divulgation nulle de connaissance dans un seul ensemble. Cette transaction est un contrat intelligent capable de maintenir son état à la fois sur la couche 2 et la couche 1 de la blockchain. Sans entrer dans les détails, cela signifie essentiellement qu'un ZK-rollup vérifie les informations de plusieurs transactions à plusieurs endroits, ce qui permet de gagner du temps et de l'argent.

Comment fonctionnent les agrégations à connaissance nulle ?

Pour comprendre comment fonctionne un rollup à divulgation nulle de connaissance, il faut d'abord examiner le concept de preuves à divulgation nulle de connaissance, qui est un mécanisme cryptographique permettant de prouver que l'on possède certaines informations, sans les révéler réellement. 

Par exemple, vous pouvez prouver que vous possédez le mot de passe d'un compte en montrant que vous êtes connecté à ce compte, au lieu de donner le mot de passe lui-même. En matière de cryptomonnaies, les preuves à divulgation nulle de connaissance fournissent la documentation nécessaire aux transactions. Les utilisateurs peuvent prouver qu'ils possèdent toutes les données et autorisations nécessaires sans pour autant communiquer ces informations aux autres utilisateurs.

Un autre élément essentiel du processus de consolidation à connaissance nulle est l' arbre de Merkle, un type de structure mathématique qui permet aux blockchains d'empêcher le stockage de données erronées. Les ZK-rollups possèdent deux arbres de Merkle dans leurs contrats intelligents. L'un des arbres stocke les données des comptes, tandis que l'autre stocke les soldes. Cela permet au système de stockage de conserver essentiellement toutes les informations nécessaires sur la couche 1 tout en stockant des informations de sauvegarde supplémentaires sur la couche 2. Cela réduit la puissance de traitement nécessaire à la blockchain, car la couche principale n'a à gérer que quelques informations essentielles.

Concrètement, lorsque vous envoyez un rollup à connaissance nulle, vous regroupez plusieurs preuves de couche 2 en une seule transaction, qui est ensuite publiée sur la blockchain principale. Au lieu de devoir traiter plusieurs transactions individuelles, la chaîne principale n'a à gérer qu'une seule preuve de validité. La vérification du cumul unique sur la couche 1 vous permet de vérifier simultanément toutes les différentes transactions sur la couche 2. Le mécanisme de regroupement fonctionne en ne gérant que de petites quantités d'informations sur la chaîne principale, tout en fournissant un accès aux informations de vérification sur la deuxième couche.

Regroupements à connaissance nulle vs. regroupements optimistes

Gardez à l'esprit qu'un rollup ZK est légèrement différent d'un rollup optimiste. Les agrégats optimistes sont un autre type de transaction évolutive et pratique, c'est pourquoi ils sont souvent confondus avec les agrégats à connaissance nulle. Cependant, d'un point de vue informatique, leur traitement est légèrement différent. Les optimisations sont également des ensembles de transactions qui sont traitées sur la couche 2 et publiées sur la chaîne principale.

Cependant, elles ne sont pas réellement prouvées avant leur publication. Comme son nom l'indique, les cumuls optimistes sont considérés, par optimisme, comme valides — sauf preuve du contraire. Le système prévoit une période de contestation durant laquelle les utilisateurs peuvent contester toute transaction potentiellement invalide. Les transactions ne sont pas enregistrées sur la chaîne principale tant que la période de litige n'est pas terminée.

Les agrégats optimistes ont certes certaines utilités, mais l'absence de preuve définitive signifie qu'ils ne sont pas aussi sûrs que les agrégats à connaissance nulle. Un rollup ZK a également tendance à être plus rapide qu'un rollup optimiste. Lorsqu'on utilise un cumul optimiste, il faut attendre la fin de la période de litige.

Avantages des agrégations à connaissance nulle

Les bundles à connaissance nulle gagnent en popularité car ils présentent plusieurs avantages utiles.

Délais de vérification plus rapides

L'un des principaux avantages d'un enroulement ZK est sa rapidité. Toutes les transactions sont d'abord effectuées sur la couche 2, qui est plus rapide que la chaîne principale. Comme ces transactions sont étayées par des preuves, elles sont vérifiées instantanément (une fois qu'elles atteignent la chaîne principale). Ces temps d'exécution plus rapides sont plus pratiques pour les utilisateurs et rendent la mise à l'échelle de la couche 2 beaucoup plus accessible. Surtout lorsqu'il s'agit de traiter un grand nombre de transactions, un ZK-rollup est l'une des options les plus rapides.

Moins vulnérables aux attaques

Contrairement à certains autres systèmes de regroupement, la preuve à divulgation nulle de connaissance est relativement sécurisée. Les transactions étant confirmées par des preuves à divulgation nulle de connaissance, les informations sont validées à plusieurs étapes. Cela permet de protéger les transactions contre les attaques économiques.

Sécurité décentralisée

Toutes les données nécessaires pour retrouver l'état de votre transfert sont stockées sur la blockchain principale, ce qui vous garantit une décentralisation maximale. Surtout lorsque vous travaillez avec une blockchain comme Ethereum, vous pouvez être sûr que votre transaction est relativement décentralisée. Cela offre une sécurité supplémentaire lors de la réalisation de votre transaction.

Plus abordable à traiter

La rapidité et la simplicité du traitement sur la couche 2 d'une blockchain permettent aux utilisateurs de réaliser des économies importantes. Cela est particulièrement vrai lorsqu'on travaille sur Ethereum et d'autres blockchains, qui augmentent leurs frais de transaction aux heures de pointe. Un regroupement à connaissance nulle vous permet de gérer plusieurs transactions pour un seul paiement. Par conséquent, le traitement de gros volumes de données permet de réaliser d'importantes économies.

Inconvénients des agrégats à connaissance nulle

Les ZK-rollups ne fonctionnent pas bien dans toutes les situations, et leur utilisation dans certaines circonstances peut poser certains problèmes.

Absence de prise en charge EVM

Certains types de rollups ne prennent pas en charge la machine virtuelle Ethereum (EVM). Ce n'est pas forcément un problème pour certains types de blockchains, mais cela peut en causer pour d'autres. Vous devrez prendre le temps d'étudier attentivement votre blockchain avant de décider d'utiliser les ZK-rollups.

Exigences de calcul élevées

La principale raison pour laquelle certaines personnes optent pour des agrégations optimistes (non éprouvées) est que leur mécanisme a des exigences de calcul moindres. Les ZK-rollups sont plus sûrs, mais la création d'un si grand nombre de preuves à divulgation nulle de connaissance a un coût de calcul. Tous ces efforts supplémentaires pourraient ne pas valoir la peine pour une application qui n'a pas beaucoup d'activité sur la blockchain.

Vulnérabilité à l'influence de l'opérateur

Le processus de création d'un agrégat à connaissance nulle permet à l'opérateur d'avoir une certaine influence sur le contrat intelligent. Ils peuvent modifier l'ordre des transactions, ce qui peut potentiellement poser des problèmes à certains utilisateurs. C’est pourquoi il est très important de n’utiliser que des fournisseurs de confiance lorsqu’on travaille avec tout type de cumul à connaissance nulle.

Rollups à connaissance nulle sur Ethereum

Bien que les rollups aient des applications pour de nombreuses blockchains, la majorité des rollups à connaissance nulle sont utilisés lors de l'utilisation d'Ethereum. Les ZK-rollups ont des applications spécifiques pour Ethereum. Bien qu'Ethereum soit populaire pour sa flexibilité, son réseau peut devenir congestionné, lent et coûteux. Les ZK-rollups facilitent l'expansion des projets. Elles permettent une plus grande évolutivité, tout en permettant aux utilisateurs d'accéder aux avantages du réseau Ethereum.

Il existe divers projets qui se concentrent sur l'application des ZK-rollups à Ethereum. L'un des plus grands est Polygon Hermez (zkEVM de Polygon). Ce projet open source a investi 1 milliard de dollars dans la technologie des fournisseurs de rollup. Parmi les autres implémentations populaires, citons dYdX, Loopring et zkSync. Ces projets peuvent tous être intégrés à vos applications décentralisées (DApps) pour ajouter plus de fonctionnalités et de vitesse aux projets basés sur Ethereum.

En définitive, les agrégations à connaissance nulle offrent de nombreuses applications passionnantes pour Ethereum et au-delà. Leur capacité à effectuer des transactions plus rapidement contribue à résoudre certains problèmes d'évolutivité des blockchains. Bien qu'ils ne soient pas encore très connus, vous en verrez probablement davantage à l'avenir.