Qu’est-ce qu’un rollup sur la blockchain ?

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Si la notion de rollup de blockchain vous semble difficile à appréhender, cet article est fait pour vous. Nous allons vous expliquer tout ce que vous devez savoir sur les rollups.

Ethereum a connu une croissance exponentielle de son nombre d’utilisateurs, de sa valeur et de son volume global de données gérées. La mise en œuvre des contrats intelligents et la forte hausse du nombre des utilisateurs de cryptos en 2021 ont davantage favorisé la croissance d’Ethereum.

Selon State of the Dapps, sur les quelques 4 000 dApps qui existent aujourd’hui, environ 3 000 sont construites sur Ethereum. Ethereum domine également le marché de la DeFi. Sur les 216 projets DeFi que compte cet écosystème, 191 sont propulsés par le réseau Ethereum. La deuxième plus grande cryptomonnaie possède également le réseau le plus utilisé pour les projets NFT et les transactions de NFT.

Cependant, avec son utilisation grandissante, Ethereum a atteint les limites de ses capacités. Cela a finalement conduit à un encombrement du réseau. L’une des principales raisons pour lesquelles Ethereum a vu naître de multiples concurrents est sa lenteur à traiter les transactions.

C’est pour répondre à ce besoin de scalabilité d’Ethereum et d’autres blockchains que des solutions de couche 2 ont vu le jour. Les rollups font partie de ces solutions de passage à l’échelle qui permettent d’améliorer le traitement des transactions sur le réseau principal (mainnet), ou couche 1. Dans cet article, nous allons voir ce que sont les rollups et comment ils fonctionnent.

Les rollups sur la blockchain

Les blocs classiques sur Ethereum ne peuvent stocker qu’une quantité limitée de données. Cependant, en raison du nombre croissant d’utilisateurs et d’applications construites sur Ethereum, le trafic sur le réseau ne cesse d’augmenter.

Puisque chaque bloc d’Ethereum a un espace limité, le réseau prend plus de temps pour traiter les transactions. Le réseau principal traite en priorité les quelques transactions dont les offres sont les plus élevées, faisant attendre toutes les autres.

Les informations pouvant être publiées sur le réseau principal d’Ethereum sont de deux types : les transactions et les données. Le stockage des informations sur les transactions et le traitement en chaîne peuvent être lourds pour le réseau principal. Et pourtant, les données résultant d’une transaction sont moins lourdes et restent les mêmes quel que soit le nombre de transactions. On peut comparer cela à un chèque qui conserve le même poids, quel que soit le montant qui y figure.

C’est pourquoi au lieu de stocker une seule transaction avant de la traiter, il est préférable de stocker des données regroupant plusieurs transactions. Le fait de traiter les transactions hors chaîne avant de soumettre les données qui en résultent au réseau principal peut aider celui-ci à traiter un plus grand nombre de transactions. Cela présente deux avantages : le traitement hors chaîne réduit la charge sur le réseau principal, et une seule donnée peut englober plusieurs transactions.

Les rollups de blockchain compressent plusieurs transactions pour les transformer en un seul ensemble de données, avant de le soumettre au réseau principal d’Ethereum. Ils retirent les transactions du réseau principal, les traitent hors chaîne, les convertissent en un unique ensemble de données et les renvoient au réseau principal d’Ethereum. C’est pourquoi les rollups sont également appelés « solutions de passage à l’échelle hors chaîne ».

En traitant et en soumettant plusieurs transactions en un seul ensemble de données, les rollups contribuent grandement à améliorer la scalabilité d’Ethereum. Il existe deux types de rollups de blockchain présentant des modèles de sécurité différents. Examinons chacun d’entre eux.

Les rollups ZK

Les rollups ZK (Zero Knowledge) contribuent à la scalabilité du réseau principal d’Ethereum en procédant au calcul et au stockage hors chaîne. ​​ Les rollups ZK sont des protocoles hors chaîne, construits au-dessus de la blockchain Ethereum.

Les Rollups ZK peuvent regrouper des milliers de transactions en un seul lot et les traiter sur leur protocole de couche 2. Ils produisent une « preuve de validité » pour attester de l’exactitude des transactions traitées. Pour finir, ils soumettent au réseau principal les données condensées le plus simplement possible. Parlons maintenant des deux types de rollups ZK.

ZK-SNARK

ZK-SNARK est l’acronyme de Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge.

Dans les systèmes ZK-SNARK, les vérificateurs et les prouveurs passent en revue toutes les transactions d’un rollup donné et vérifient les transactions hors chaîne. Les vérificateurs invitent plusieurs fois les prouveurs à confirmer la fiabilité des transactions. Lorsqu’ils jugent qu’une transaction est légitime, ils soumettent la « preuve de validité » de cette transaction à la couche 1 d’Ethereum.

En confiant une partie de son travail aux ZK-SNARK, Ethereum peut traiter un plus grand nombre de transactions. Les ZK-SNARK sont connus pour la petite taille de leurs preuves et leur temps de vérification constant.

Examinons maintenant chaque partie de l’acronyme ZK-SNARK.

ZK : « Zero-knowledge » (sans connaissance). Cela signifie qu’aucune information supplémentaire n’est nécessaire, hormis la validité des transactions.

S : « Succinct », c’est-à-dire court. Cela sous-entend que la preuve est de petite taille, ce qui permet de traiter les transactions rapidement et facilement. Cette fonctionnalité des ZK-SNARK aide Ethereum à traiter un plus grand nombre de transactions.

N : « Non-interactive » (Non interactif). Cela signifie qu’aucune interaction n’est nécessaire avec les personnes qui vérifient le travail ou les transactions.

ARK : « Argument of Knowledge » (Argument de connaissance). Cela signifie que la preuve de validité fournie par le vérificateur (que ces transactions sont légitimes) est vraie. Cette composante concerne la qualité de la puissance de calcul de la solution ZK-SNARK.

Les ZK-SNARK veillent à la sécurité et à la confidentialité des transactions. Cependant, ils sont sensibles à certains types de piratages, appelés piratages du calcul quantique.

ZK-STARK

ZK-STARK est l’acronyme de Zero-Knowledge Scalable Transparent Argument of Knowledge. Ces rollups sont actuellement développés par StarkWare Industries et portent principalement sur la scalabilité.

Les ZK-STARK fonctionnent de la même manière que les ZK-SNARK. Ils regroupent également les transactions, les vérifient hors chaîne, créent des preuves de validité et les soumettent au réseau principal d’Ethereum. Cependant, ce sont des versions plus récentes et améliorées des ZK-SNARK, principalement en raison de leur meilleure scalabilité et transparence.

Examinons maintenant chaque terme de l’acronyme ZK-STARK.

S : Scalable, c’est à dire évolutif. Cela met en évidence le fait que les ZK-STARK sont plus évolutifs que les ZK-SNARK. Ils utilisent une technologie avancée qui leur permet de générer des preuves plus rapidement que les ZK-SNARK. C’est pourquoi les ZK-STARK sont plus évolutifs.

T : Transparent. Cet élément constitue la principale différence entre les ZK-SNARK et les ZK-STARK. Ces rollups ne dépendent pas de tiers de confiance, ce qui les rend plus transparents que les ZK-SNARK.

ARK : « Argument of Knowledge » (Argument de connaissance). Il s’agit de la même fonctionnalité que pour les ZK-SNARK, mais avec une approche de calcul différente. De plus, ils suppriment le besoin de configurations de confiance.

Bien que les ZK-STARK génèrent des preuves plus rapidement grâce à leur technologie avancée, ils créent des preuves de plus grande taille, qui prennent plus de temps à être vérifiées que les ZK-SNARK. Les ZK-STARK sont plus évolutifs, plus sécurisés et plus transparents que les ZK-SNARK.

De plus, on estime que les ZK-SNARK ne consomment que 24 % des frais de gaz. De cette façon, ils rendent l’exécution de la transaction moins coûteuse pour l’utilisateur final. Bien qu’ils utilisent une technologie avancée, les ZK-STARK en sont toujours à leurs débuts. Il faudra peut-être du temps pour en prouver l’efficacité.

Les Rollups optimistes

Les rollups optimistes traitent également les transactions hors chaîne et soumettent les données de transaction appelées « données d’appel » (« call data » en anglais) à la chaîne principale. Les rollups optimistes utilisent des techniques de compression pour réduire la quantité de données ajoutées à Ethereum. De cette façon, ils traiteront un plus grand nombre de transactions, ce qui améliore la scalabilité du réseau.

Ces solutions de passage à l’échelle de niveau 2 sont dites optimistes parce qu’elles partent du principe que toutes les transactions sont valides par défaut. De plus, elles soumettent toutes les transactions en lots sur le réseau principal d’Ethereum. Cela permet d’économiser le temps et les efforts qui auraient été nécessaires pour exécuter les transactions et soumettre les données à la chaîne principale.

Une fois qu’un lot issu du rollup optimiste est soumis à Ethereum, n’importe qui peut challenger ces transactions pendant un certain laps de temps appelé « période de contestation ».

Alors que les rollups ZK utilisent des preuves de validité, les rollups optimistes utilisent des preuves de fraude. Ils utilisent un mécanisme de détection des fraudes pour identifier les transactions illégitimes.

Lorsqu’une transaction semble invalide et qu’il est prouvé qu’elle est illégitime, le protocole du rollup ré-exécute les transactions et met à jour le rollup. De plus, si une transaction n’est pas valide, son validateur de bloc sera pénalisé.

Le fonctionnement des rollups optimistes est piloté par des contrats intelligents sur Ethereum. Leur sécurité est donc liée à celle du réseau principal d’Ethereum. Toutefois, s’il y a un manque de validateurs ou de nœuds honnêtes, les risques de fraude deviennent élevés.

Les rollups optimistes sont faciles à mettre en œuvre et moins coûteux que les rollups ZK. L’une des raisons à cela est que les ZK-SNARK nécessitent un matériel de pointe pour produire des « preuves de validité » des transactions traitées. Sur le plan de la transparence, les ZK-STARK et les rollups optimistes sont plus transparents que les ZK-SNARK.

Un avenir évolutif

Les rollups de blockchain sont des solutions innovantes et incontournables pour améliorer la scalabilité du réseau Ethereum. Il existe plusieurs itérations qui abordent la question de manière légèrement différente, selon la façon dont elles traitent les volets sécurité et efficacité.

La technologie rollup de blockchain étant encore à ses balbutiements, son potentiel et son impact n’ont pas encore été pleinement appréhendés. Cependant, l’existence même des rollups, ainsi que d’autres solutions visant à résoudre les problèmes auxquels la blockchain est actuellement confrontée, est la preuve que l’écosystème de la blockchain est loin d’avoir révélé tous ses secrets. De plus, avec autant d’acteurs désireux de rendre la technologie efficace et évolutive, les cas d’utilisation de la blockchain semblent appelés à se multiplier à l’avenir.

Le savoir, c’est le pouvoir.