Introduction à Ethereum Layer-2

Apprenez tout sur les technologies de mise à l’échelle Ethereum Layer-2 et leur fonctionnement.

Principaux enseignements :

• Les types de Layer-2 les plus populaires sur Ethereum sont les rollups optimistes et les rollups Zero-Knowledge (rollups ZK). Cependant, il existe également d’autres technologies de couche 2 telles que les chaînes latérales, les chaînes plasma et les validiums.
• En général, les rollups optimistes et les rollups ZK sont considérés comme hautement sécurisés, car ils héritent de la sécurité du réseau principal Ethereum.
• La compatibilité Ethereum Virtual Machine (EVM) des rollups optimistes permet aux développeurs de migrer les contrats intelligents existants d’Ethereum vers des blockchains de rollup optimistes. Les machines virtuelles Ethereum à connaissance nulle (zkEVM) peuvent offrir les avantages d’évolutivité des preuves à connaissance nulle et de la compatibilité EVM.

Qu’est-ce qu’Ethereum ?

Ethereum est une plateforme de blockchain open source qui permet aux développeurs de créer et de déployer des applications décentralisées (dapps) et des contrats intelligents. Proposé par Vitalik Buterin fin 2013, il a été lancé officiellement en 2015.

À la base, Ethereum est un réseau décentralisé de nœuds qui gère collectivement une base de données partagée appelée Ethereum Virtual Machine (EVM), capable d’exécuter des contrats intelligents. Ces accords auto-exécutoires incluent les termes du contrat directement écrits dans le code. Les contrats intelligents permettent l’automatisation de divers processus sans avoir besoin d’intermédiaires.

Ethereum et ses défis d’évolutivité

Ces dernières années, la popularité de la crypto-monnaie a considérablement augmenté, de même que l’utilisation des chaînes de blocs. Les chaînes de blocs populaires, notamment Ethereum, n’ont pas été en mesure de répondre à la forte demande, ce qui a fait monter en flèche les prix du gaz . Actuellement, Ethereum a atteint la capacité du réseau de plus d’un million de transactions par jour .

Dans le monde de la crypto-monnaie, il existe un concept connu sous le nom de trilemme de la blockchain , qui stipule qu’une blockchain typique ne peut se concentrer que sur deux des trois éléments suivants : sécurité , décentralisation et évolutivité . Ethereum a adopté une position ferme en se concentrant sur la sécurité et la décentralisation , ce qui signifie – selon le trilemme – qu’il doit sacrifier un niveau d’évolutivité.

Les couches 2 en tant que solution d’évolutivité

Les blockchains de couche 2, construites au-dessus des blockchains de couche 1 comme Ethereum et Bitcoin, facilitent la mise à l’échelle en gérant une partie de la charge de transaction des blockchains de la couche de base. Cela aide la couche 1 à devenir moins encombrée et réduit considérablement les frais de gaz pour les utilisateurs, car les couches 2 combinent généralement plusieurs transactions en une seule.

Les solutions de couche 2 utilisent différents types de technologies. Les plus populaires sont les cumuls optimistes et les cumuls Zero-Knowledge (cumuls ZK), bien que d’autres technologies de couche 2 existent également. Il s’agit notamment des sidechains, des canaux d’état/de paiement, des chaînes plasma et des validiums. De nombreuses solutions de couche 2 actuelles visent à faire évoluer Ethereum, car il s’agit actuellement de la blockchain avec la plus grande demande pour son espace de bloc.

Types d’Ethereum Layer-2

Rollups optimistes

Un cumul optimiste facilite la mise à l’échelle en déplaçant le calcul et le stockage d’état hors du réseau de couche 1. Les cumuls optimistes regroupent un grand nombre de transactions hors chaîne avant de les soumettre au réseau principal Ethereum. Ils utilisent également des techniques de compression pour réduire la quantité de données publiées sur Ethereum. En conséquence, les utilisateurs bénéficient de frais de transaction moins élevés.

La caractéristique déterminante des cumuls optimistes implique leur hypothèse selon laquelle les transactions hors chaîne sont valides par défaut, et ils ne publient pas de preuves de validité pour les lots de transactions publiés en chaîne. Au lieu de cela, les cumuls optimistes utilisent un schéma appelé « preuve de fraude » pour détecter les calculs de transaction incorrects. Après la publication d’un lot cumulatif sur Ethereum, il existe une fenêtre temporelle (également connue sous le nom de « période de contestation ») au cours de laquelle n’importe qui peut soumettre une preuve de fraude pour contester les résultats de la transaction cumulée.

Des exemples notables de cumuls optimistes incluent Arbitrum , Optimism et Boba Network .

Rollups à connaissance nulle

Les rollups Zero-Knowledge (rollups ZK) regroupent également les transactions pour les exécuter hors chaîne, ce qui réduit considérablement la quantité de données à publier en chaîne.

Les preuves de validité sont une caractéristique clé que les cumuls ZK produisent pour prouver que leurs modifications proposées à l’état d’Ethereum sont correctes. Contrairement aux rollups optimistes, qui doivent publier toutes les données de transaction sur la chaîne, les rollups ZK n’ont qu’à fournir des preuves de validité pour finaliser les transactions sur Ethereum. Cela entraîne plusieurs avantages, tels que l’absence de retard lors du transfert de fonds d’un rollup ZK vers Ethereum, car les transactions de sortie sont exécutées une fois la preuve de validité vérifiée.

Il existe deux principaux types de preuves de validité : ZK-SNARK (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge) et ZK-STARK (Zero-Knowledge Scalable Transparent Argument of Knowledge).

Autres solutions de couche 2

Selon le site Web officiel d’Ethereum, les rollups sont actuellement la solution de couche 2 préférée pour faire évoluer son réseau. Néanmoins, il existe également d’autres technologies de couche 2, que nous présentons brièvement ici.

Plasma est une solution de mise à l’échelle de couche 2 proposée pour la première fois par Joseph Poon et Buterin en août 2017. En utilisant une combinaison de contrats intelligents et de vérification cryptographique, les transactions du réseau principal Ethereum sont déchargées vers des chaînes plasma, qui font périodiquement rapport à la blockchain principale Ethereum et l’utilisent pour régler tout litige. Il est à noter, cependant, que la communauté Ethereum est généralement passée du Plasma au profit des rollups.

Validium est une solution de mise à l’échelle qui se concentre sur le maintien de l’intégrité des transactions en utilisant des preuves de validité, telles que les cumuls ZK. Contrairement à d’autres solutions, Validium ne stocke pas les données de transaction sur le réseau principal Ethereum. Bien que cette approche présente des compromis, elle offre également des améliorations significatives en matière d’évolutivité. Validium peut traiter un nombre élevé de transactions, atteignant potentiellement environ 9 000 transactions par seconde (tps) ou plus.

Les chaînes latérales, également considérées par certains comme des solutions de couche 2, sont des chaînes de blocs indépendantes compatibles avec Ethereum qui utilisent leurs propres modèles de consensus et paramètres de bloc pour traiter les transactions. Des exemples notables incluent Polygon (anciennement Matic Network) et Gnosis (anciennement xDAI) .

Avantages des solutions de couche 2

L’un des principaux avantages des solutions Layer-2 est la réduction des frais de transaction, qui attirent plus d’utilisateurs et rendent la blockchain plus faisable pour les dapps qui nécessitent des transactions fréquentes. Ceux-ci incluent des jeux et des réseaux sociaux décentralisés.

Selon La vision de Buterin, “l’internet de l’argent ne devrait pas coûter plus de 5 centimes par transaction.” Alors que le réseau principal Ethereum lui-même est loin d’atteindre cet objectif, nous observons que certains Layer-2 sont capables d’atteindre cet objectif. Par exemple, une transaction sur Boucle et zkSync ne coûte que 0,03 USD et 0,04 USD, respectivement, au moment de la rédaction.

Un autre avantage des solutions Layer-2 est leur sécurité. En général, les rollups optimistes et les rollups ZK sont considérés comme hautement sécurisés, car ils héritent de la sécurité du réseau principal Ethereum. Les cumuls optimistes dérivent la sécurité du réseau principal Ethereum en publiant les résultats des transactions en chaîne. Par conséquent, ils peuvent améliorer l’évolutivité sans sacrifier la sécurité ou la confiance. Les cumuls ZK dérivent également la sécurité d’Ethereum en stockant les données nécessaires pour récupérer l’état hors chaîne sur L1, ce qui favorise la sécurité, la résistance à la censure et la décentralisation.

Certaines solutions de couche 2 présentent des avantages supplémentaires de fonctionnalité de contrat intelligent. Pour les cumuls optimistes, un avantage majeur est leur compatibilité avec la machine virtuelle Ethereum (EVM). Cela permet aux développeurs de migrer les contrats intelligents existants d’Ethereum vers les chaînes de déploiement optimistes. De plus, les développeurs peuvent utiliser l’infrastructure existante d’Ethereum, comme les langages de programmation, les bibliothèques de codes, les outils de test, les logiciels clients et le cadre de déploiement.

Il y a eu des avancées récentes dans la technologie à connaissance zéro qui rendent possible la mise en œuvre de la machine virtuelle Ethereum à connaissance zéro (zkEVM). Un zkEVM peut recréer des opcodes EVM existants pour prouver/vérifier dans les circuits, permettant l’exécution de contrats intelligents. Cela permet de surmonter les limitations des cumuls ZK typiques, qui ne sont pas facilement compatibles avec EVM et ne prennent généralement en charge que les transferts de jetons simples.

En savoir plus sur les projets Layer-1 et Layer-2 dans Peeling Away the Layers: Introducing the New Layer-1 and Layer-2 Blockchain Landscape .

Conclusion

Les solutions de couche 2 jouent un rôle important dans l’amélioration de l’évolutivité des blockchains. Vitalik Buterin a déclaré un jour que “[L] ayer-2 est l’avenir de la mise à l’échelle du réseau et le seul moyen de préserver sa décentralisation”. Cela est particulièrement vrai à court et à moyen terme, car le sharding pourrait encore être encore loin .

Il existe de nombreuses solutions de mise à l’échelle de couche 2, chacune avec ses propres avantages et inconvénients. En général, les rollups (à la fois optimistes et ZK) sont largement considérés comme les principales solutions d’évolutivité d’Ethereum dans un avenir prévisible.

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