Que sont les Zk-Rollups ? La technique d’évolutivité de couche 2

Résumé

• La faible évolutivité de la blockchain entraîne des vitesses plus lentes, des frais de transaction plus élevés et une mauvaise expérience utilisateur. Cela peut être potentiellement résolu par les solutions de couche 1 (ex : la fragmentation) et de couche 2 (ex : rollups).

• Les solutions de couche 1 visent à mettre à niveau la blockchain elle-même, tandis que les solutions de couche 2 créent un cadre au-dessus de la blockchain existante.

• Les rollups sont une solution populaire de couche 2. Ils regroupent les transactions hors de la blockchain pour un calcul plus rapide. 

• Les zk-rollups sont un type d’implémentation de rollup qui utilise une technique cryptographique appelée preuves zero-knowledge

• Les preuves zero-knowledge permettent une vérification sans révéler les données sous-jacentes, garantissant ainsi la confidentialité et la sécurité des transactions.

La course à l’évolutivité de la blockchain

À mesure que la crypto est de plus en plus largement adoptée, il devient impératif de résoudre les problèmes d’évolutivité des réseaux blockchain. Une blockchain encombrée entraîne des vitesses plus lentes et des frais de transaction plus élevés. Pour résoudre ce problème, nous avons deux structures principales : les solutions de couche 1 et de couche 2.

• Solutions de couche 1 : ces solutions réorganisent directement la structure fondamentale de la blockchain pour permettre à l’ensemble du système de bénéficier d’un débit plus élevé. La fragmentation (sharding) en est un excellent exemple. En segmentant la blockchain en secteurs distincts, elle augmente la capacité du système et permet le traitement simultané des transactions.

• Solutions de couche 2 : ces solutions fonctionnent au-dessus de la blockchain de base. Dans la couche 2, les transactions sont traitées hors de la blockchain et intégrées en masse dans la blockchain de base. Les techniques clés incluent les canaux d’état, les blockchains parallèles et les rollups. Les zk-rollups sont une forme de rollups qui utilisent des preuves zero-knowledge (à connaissances nulles).

Que sont les Zk-Rollups ?

Pour comprendre les zk-rollups, il est important de comprendre les rollups et les preuves zero-knowledge. 

Que sont les rollups ?

Les rollups permettent aux blockchains de regrouper les données de transaction et de les traiter hors de la blockchain. Une fois traité, le résultat final est dûment enregistré dans la blockchain de base. Le traitement simultané d’autant de transactions élimine les risques d’engorgement de la blockchain et permet un calcul plus rapide et moins cher. Les rollups se divisent en deux catégories : les rollups optimistes et les rollups Zk.

• Rollups optimistes : les rollups optimistes fonctionnent selon une hypothèse : toutes les transactions qu’ils ont regroupées sont légitimes. Avant que ces transactions ne soient validées dans la blockchain, elles passent par une période d’attente. Pendant cette période d’attente, le réseau soulève des litiges pour contester les transactions douteuses. Optimism, Arbitrum et opBNB sont des exemples de rollups optimistes.

• Zk-rollups : contrairement à leurs homologues optimistes, les zk-rollups valident chaque transaction via des preuves de validité zero-knowledge. Bien que plus complexes à mettre en œuvre, les zk-rollups sont conçus pour contourner la période de résolution des litiges observée dans les rollups optimistes et traiter les transactions théoriquement plus rapidement.

Examinons maintenant les preuves zero-knowledge.

Que sont les preuves zero-knowledge ?

La preuve zero-knowledge (ZKP) est un outil cryptographique qui permet à une partie (le prouveur) de prouver à une autre (le vérificateur) qu’une certaine déclaration est vraie sans divulguer de détails complexes sur la déclaration.

Un ZKP doit avoir trois qualités :

1. Exhaustivité : si la déclaration est vraie et que les deux parties sont authentiques, la preuve confirmera toujours sa véracité.

2. Solidité : un prouveur mensonger ne devrait pas être en mesure de convaincre un vérificateur honnête de la validité d’une fausse déclaration, sauf dans les circonstances les plus rares.

3. Zero-Knowledge : la caractéristique la plus déterminante. Le vérificateur, à la fin du processus, n’apprend que la validité de la déclaration sans avoir un aperçu de son contenu.

Alors, comment fonctionne un ZKP ? La méthodologie peut être divisée en trois étapes :

• Témoin: au cours de la première étape, le prouveur fournit une information secrète, ou « témoin », au vérificateur. L’idée est ici de prouver au vérificateur que le prouveur peut accéder à des données spécifiques sans le mentionner explicitement. Le témoin établit une série de questions sur l’information auxquelles seul un prouveur légitime peut répondre.

• Défi : au cours de cette étape, le vérificateur défie le prouveur en choisissant des questions au hasard dans l’ensemble.

• Réponse : le prouveur répond avec succès aux questions du vérificateur pour prouver sa crédibilité. 

Nous savons maintenant ce que sont les rollups et les ZKP. Réunissons-les sous un même toit et comprenons comment fonctionnent les zk-rollups.

Comment fonctionnent les zk-rollups ?

Les zk-rollups ont deux composants principaux :

• Contrats sur la blockchain : les smart contracts définissent les règles dans lesquelles le protocole zk-rollup fonctionne. Il se compose des contrats principaux et des vérificateurs. Le contrat principal stocke les blocs du rollup, suit les dépôts et effectue des mises à jour importantes. Le contrat de vérificateur valide les ZKP générés.

• Machines virtuelles hors de la blockchain : ces machines gèrent l’exécution des transactions en dehors de la blockchain Ethereum de base dans la couche 2. Les machines virtuelles hors de la blockchain fonctionnent indépendamment de la blockchain Ethereum.

Les zk-rollups sont étroitement liés à la blockchain Ethereum, bien que dans une strate unique. Ils n’inondent pas Ethereum avec chaque détail des transactions. Au lieu de cela, ils fournissent intelligemment des résumés groupés, garantissant que la couche de base reste sans encombrement et efficace.

Avantages et inconvénients de l’utilisation des zk-rollups

Alors, quels sont les avantages de l’utilisation de zk-rollups ? Examinons cela de plus près.

Avantages des zk-rollups

• Augmentation du débit : les zk-rollups déchargent les exécutions de transactions de la couche de base vers un environnement informatique plus efficace. Comme les transactions ne sont pas traitées individuellement sur la blockchain, cela augmente le débit global.

• Réduction de la congestion : en réduisant l’engorgement de la blockchain, les zk-rollups contribuent à l’efficacité des opérations de couche 1. De plus, les nœuds complets n’ont besoin que de stocker des preuves zero-knowledge au lieu des données entières.

• Réduction des frais : en raison de la réduction de la congestion, les zk-rollups contribuent à réduire les frais totaux.

• Implémentation de mesures de sécurité : les zk-rollups intègrent des mesures de sécurité qui permettent aux utilisateurs de retirer des fonds même en cas de problèmes avec le réseau de rollup. Il s’agit d’un avantage distinct par rapport aux blockchains parallèles qui peuvent compromettre les fonds en cas de défaillance du réseau.

• Période de contestation de transaction plus rapide : avec les zk-rollups, seules les preuves de validité dans les rollups doivent être vérifiées, ce qui accélère la période de contestation des transactions.

Inconvénients des zk-rollups

• Complexité : le plus grand inconvénient des zk-rollups est leur complexité inhérente. Ils sont beaucoup plus compliqués à exécuter que les rollups optimistes.

• Limités par la couche de base : malgré leur efficacité, les zk-rollups sont toujours soumis aux restrictions de la couche de base sous-jacente.

• Fragmentation de la liquidité : toute couche 2 entraîne la dispersion de la liquidité dans l’écosystème. Une liquidité peu profonde dans les protocoles de la couche de base pourrait entraîner des problèmes potentiels.

Rollups optimistes vs zk-rollups

Examinons comment les rollups optimistes et les zk-rollups correspondent.

Conclusion

L’évolutivité est souvent présentée comme le « Saint Graal » des technologies blockchain. Il ne sert à rien d’utiliser un système s’il ne fonctionne pas de manière optimale. Les rollups, à la fois optimistes et zk, ont apporté une solution élégante à ce problème de longue date. Les zk-rollups, avec leur approche unique, promettent des vitesses plus rapides, moins de trafic et une sécurité robuste. Oui, ils peuvent être complexes, mais leur potentiel est énorme. Pour tous ceux qui s’intéressent à l’avenir de la monnaie numérique, il est indispensable de comprendre les zk-rollups. Alors que nous nous efforçons d’améliorer les performances de la blockchain, le moment est venu de nous familiariser avec les zk-rollups et leurs promesses pour l’avenir. 

Plus d’informations

• Les rollups optimistes et les rollups zero knowledge : Quelle est la différence ?

• Qu’est-ce qu’une ZkEVM et comment peut-elle améliorer l’écosystème Ethereum ?

• Solutions d’évolutivité blockchain de couche 1 vs. de couche 2

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