Au-delà du Web3 : Comprendre le paysage des applications ZKP et les opportunités entrepreneuriales
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Au-delà du Web3 : Comprendre le paysage des applications ZKP et les opportunités entrepreneuriales
La technologie de la preuve à divulgation nulle, ou ZK, est une technologie clé qui transformera non seulement le Web 3, mais aussi d'autres secteurs.
Dédié à des analyses Web3 approfondies
Rédaction : Mohamed Fouda & Qiao Wang, Alliance DAO
Traduction : TechFlow
Durant cet hiver cryptographique morose, que ce soit sur le marché primaire ou secondaire, tout semble être arrivé à un « moment de congélation », sauf une seule niche qui reste florissante et empreinte de FOMO : celle des « preuves à connaissance nulle » (Zero-Knowledge Proofs, ZKP), actuellement la seule discipline dominante dans l'écosystème crypto.
Pourquoi affirmer que les preuves à connaissance nulle (ZKP) constituent une révolution technologique, voire quelque chose qui dépasse même la cryptomonnaie elle-même ?
Aujourd'hui, nous partageons une étude approfondie de AllianceDao sur les preuves à connaissance nulle, explorant les cas d'utilisation et les opportunités d'investissement liées aux ZKP.
Voici le texte intégral :
La technologie à connaissance nulle, ou simplement ZK, est une technologie transformatrice qui non seulement changera Web3, mais également d'autres secteurs.
Il s'agit d'une technologie générale pouvant avoir de nombreux cas d'utilisation. Nous en sommes encore au stade précoce où nous cherchons à comprendre toutes ses applications possibles.
Certains cas d'usage évidents des ZK ont déjà trouvé des applications pratiques, comme assurer la confidentialité des transactions et la compression des données, notamment via les Rollups.
Cependant, pour que les ZK deviennent mainstream, davantage de cas d’usage et de progrès techniques restent nécessaires.
Dans cet article, nous devons d’abord examiner les différentes applications des ZKP avant d’explorer ce qui pourrait constituer la prochaine étape de cette technologie, ainsi que quelques idées entrepreneuriales pouvant tirer parti de ces avancées.
Carte des applications ZKP
Depuis leur invention, les preuves à connaissance nulle (ZKPs) ont trouvé un terrain solide dans la cryptomonnaie.
Les ZKPs sont effectivement une technologie fascinante. À haut niveau, elles permettent à une entité de prouver au reste du monde qu’elle connaît une certaine information, ou a correctement accompli une tâche, sans révéler ladite information ni les détails de l’exécution.
Grâce à cette magie des ZK, il suffit de vérifier la preuve générée pour croire à la possession de cette connaissance ou à l’accomplissement de la tâche. Pour cette raison, le premier et le plus naturel cas d’usage des ZKPs est celui des réseaux cryptographiques axés sur la confidentialité.
Les ZKPs sont également utilisées pour fournir des preuves de validité des transactions L2 sur Ethereum, introduisant ainsi le concept de ZK Rollup. En outre, les ZKPs trouvent des applications niches dans divers projets.
Paiements et protocoles centrés sur la confidentialité
Les ZKPs permettent la confidentialité, particulièrement dans les réseaux décentralisés où il n'existe pas d'autorité centrale pouvant servir de source de vérité.
Les ZKPs permettent aux utilisateurs Web3 (c’est-à-dire les « prouveurs ») de démontrer aux validateurs du réseau (les « vérificateurs ») que leurs transactions sont valides — par exemple, qu’ils disposent d’un solde suffisant — sans divulguer les détails de la transaction, tels que le montant, ou les adresses de l’expéditeur ou du destinataire.
Les ZKPs ont été initialement développées pour soutenir les paiements cachés (c’est-à-dire privés) sur le réseau Zcash, puis étendues à d’autres réseaux.
Les implémentations de réseaux de paiement privés comprennent :
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L1 axés sur la confidentialité : Zcash, Horizon, Aleo et Iron Fish
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Contrats intelligents privés sur blockchains généralistes : Tornado Cash
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L2 axés sur la confidentialité : Aztec
Vérification par zkRollup
Un autre grand cas d’usage des ZKPs consiste à générer sur la couche L1 sous-jacente des preuves de validité pour les Rollups. Les Rollups généralistes optimisent le débit en ne tirant pas parti de la fonctionnalité de confidentialité des ZKP afin de valider davantage de transactions. Dans ce compromis, les ZKP servent uniquement de preuve de la bonne exécution des transactions L2.
Étant donné que certaines fonctions générales ne peuvent pas être efficacement prouvées, générer une ZKP pour attester de l'exécution correcte d'un contrat intelligent arbitraire est difficile. Résoudre ce problème nécessite la mise en œuvre de machines virtuelles spécialisées capables d'utiliser efficacement les circuits zk sous-jacents.En raison de cette complexité, les zkRollups ont commencé par ne supporter que des paiements ou des applications uniques, comme les DEX, où les ZKPs peuvent être facilement générées. Des exemples incluent zkSync 1.0 et Loopring.
Par la suite, les zkEVM ont commencé à apparaître, notamment Starknet, zkSync 2.0, Polygon zkEVM et Scroll.
Actuellement, tous les zkRollups reposent sur Ethereum, bien que cette technologie puisse potentiellement être implémentée sur d'autres chaînes, telles que Bitcoin.
Toutefois, l'implémentation d'un Rollup Bitcoin nécessiterait des modifications du code opérationnel de Bitcoin et un hard fork, ce qui est généralement mal vu par la communauté Bitcoin.
Autres applications des preuves à connaissance nulle
Outre les applications centrées sur la confidentialité et les Rollups, les ZKPs sont utilisées dans d'autres protocoles blockchain.
Mina
Mina utilise les ZKPs pour compresser l'état de la blockchain à une taille très réduite (environ 22 Ko).
Pour y parvenir, Mina utilise des ZKPs récursives, c’est-à-dire des ZKPs qui prouvent d'autres ZKPs. Lorsqu’un bloc est généré sur le réseau Mina, des zk-SNARKs sont utilisées pour produire une preuve de ce bloc, garantissant sa validité. Comme chaque nouveau bloc fait référence aux blocs précédents, la ZKP du nouveau bloc valide tous les blocs antérieurs tout en conservant une taille constante.
Filecoin
Filecoin utilise les ZKPs pour s’assurer que les fournisseurs de stockage conservent correctement les données.
Ce processus est appelé « preuve de duplication » (Proof of Replication, PoReb). Pendant celui-ci, les fournisseurs de stockage génèrent des ZKPs pour prouver qu’ils stockent une copie unique des données, c’est-à-dire sans faire référence aux copies maintenues par d’autres fournisseurs. Les ZKPs offrent ainsi des garanties aux clients. De plus, étant donné que la taille des preuves est bien inférieure à celle des données stockées, l’utilisation des ZKPs peut réduire les exigences en bande passante des fournisseurs de stockage.
Celo Plumo
Celo Plumo utilise les ZKPs pour créer des clients légers capables de fonctionner sur des téléphones et autres appareils aux ressources limitées.
Bien que léger, ce client garantit la justesse de l’état auquel il accède.
Dark Forest
Dark Forest est l'application la plus populaire des ZKPs dans le domaine du jeu.
Bien que les ZKPs soient principalement associées à la confidentialité, leur utilisation pour créer des jeux à information incomplète constitue un cas d’usage original, allant au-delà de leurs applications financières dans les réseaux de paiement.
Trajectoire de développement des ZKP et de leurs applications
Jusqu’en 2016, les ZKPs étaient encore un sujet de recherche discuté uniquement dans de petits cercles académiques.
Tout a changé lorsque l’équipe fondatrice de Zcash a créé une variante des ZKP appelée zk-SNARK, afin de permettre des transactions privées sur le réseau Zcash. Les ZKPs ont alors acquis un véritable cas d’usage, attirant de plus en plus d’intérêt, ce qui a conduit à l’apparition de variantes meilleures et plus nombreuses. Toutefois, pour que cette technologie atteigne un usage généralisé, des développements supplémentaires sont nécessaires.
Pour comprendre comment améliorer davantage cette technologie, nous pouvons nous inspirer de technologies similaires, comme l’intelligence artificielle. Sur bien des aspects, la technologie ZKP ressemble à l’IA et devrait suivre une trajectoire comparable. Comme les ZKPs, l’IA a commencé comme une technologie prometteuse capable de résoudre de nombreux problèmes. Cependant, les algorithmes IA initiaux avaient des capacités limitées, et leur complexité computationnelle dépassait largement les possibilités du matériel disponible. Cela rendait les applications de l’IA lentes et peu pratiques, la confinant surtout aux laboratoires de recherche.
Grâce à l’invention de nouvelles architectures, comme les réseaux neuronaux profonds (DNN), et à l’utilisation des GPU pour accélérer l’exécution, des progrès progressifs ont été réalisés. Cela a abouti à des percées majeures, comme AlexNet en 2012, qui a remporté avec une large avance la célèbre compétition de vision par ordinateur ImageNet. AlexNet a marqué le début de l’ère moderne de l’IA, menant aux applications stupéfiantes d’aujourd’hui comme GPT-3, DALL·E 2 et Stable Diffusion.
Les ZKPs d’aujourd’hui se trouvent dans un état similaire à celui de l’IA à ses débuts : une technologie prometteuse encore en développement actif. En s’inspirant des progrès de l’IA, nous pouvons identifier les goulots d’étranglement qu’il faut résoudre pour que la technologie ZKP décolle.
1. Amélioration des algorithmes / circuits
Tout comme l’IA a évolué de LeNet-5 à AlexNet, ResNet-50, puis au Transformer, les algorithmes ZKP connaîtront un développement similaire. Nous avons déjà observé des progrès : depuis l’introduction des zk-SNARKs en 2011, des algorithmes plus avancés ont été développés.
En 2018, les fondateurs de Starkware ont mis au point STARK, une méthode de ZKP sans besoin de configuration de confiance, offrant un temps de génération de preuve plus court. Cette technologie est à la base de plusieurs produits de Starkware, dont StarkNet.
En 2019, l’introduction de PLONK a permis une nouvelle avancée : une implémentation SNARK permettant à plusieurs applications d’utiliser une même configuration de confiance unique, sans avoir à la répéter. PLONK a stimulé le développement de multiples implémentations, utilisées par plusieurs protocoles Web3 comme Aztec, Mina et Celo.
2. Optimisation des moteurs d’exécution
Une limitation majeure des ZKPs est leur complexité computationnelle, entraînant des temps de preuve longs. Par exemple, le zkEVM récemment annoncé par Polygon nécessite environ 5 minutes sur un serveur 64 cœurs pour générer une preuve correspondant à 500k Gas. Améliorer le temps de génération des ZKP est essentiel pour rendre cette technologie accessible au grand public.
Comme pour l’IA, l’optimisation des moteurs logiciels d’exécution et l’utilisation de matériel spécialisé sont toutes deux nécessaires.
Optimisation logicielle
De nombreuses opérations de génération de ZKP sont parallélisables, ce qui signifie que le traitement parallèle (comme sur GPU) peut accélérer les calculs. Des bibliothèques GPU spécialisées, comme CUDA, peuvent être utilisées pour accélérer les calculs ZKP sur les GPU Nvidia. Certains projets développent des solutions internes car chaque projet utilise différents algorithmes ZKP. Un exemple notable est Filecoin avec son algorithme Groth16, qui utilise le GPU pour accélérer le processus de preuve. Un autre exemple est Edgeswap, qui utilise le GPU pour réduire de 75 % le temps de preuve de PLONK.
Matériel spécialisé
Étant donné que l’amélioration apportée par les GPU est limitée, une autre option consiste à utiliser du matériel spécialisé comme les FPGA ou les ASIC. Avant de fabriquer des puces spécialisées, les FPGA sont souvent utilisés comme plateforme de prototypage matériel. À moyen terme, les FPGA ou des solutions hybrides combinant GPU et FPGA pourraient jouer un rôle important dans l’accélération des ZKP pour les Rollups et les réseaux centrés sur la confidentialité.
Toutefois, si la technologie ZKP atteint le niveau escompté, les ASIC finiront par apparaître et dominer ce marché. Actuellement, l’accélération matérielle des ZKPs reste insuffisamment traitée, probablement en raison de la diversité et de la fragmentation des algorithmes ZKP. Néanmoins, nous pensons qu’avec le bon modèle économique, certaines startups peuvent se concentrer sur ce segment de la pile technologique et en tirer profit.
3. Couches d’abstraction logicielles
Pour libérer tout le potentiel des ZKPs, plusieurs couches d’abstraction et outils doivent être construits. Ces abstractions sont nécessaires pour simplifier le développement d’applications basées sur ZKP et permettre à chaque groupe de développeurs de se concentrer sur son domaine d’expertise. Par exemple, les développeurs d’applications ne devraient pas avoir à se soucier des détails bas niveau des circuits ZK ni de leur fonctionnement interne.
Encore une fois, par analogie avec l’IA, les grandes avancées ont été rendues possibles par la création de plusieurs couches d’abstraction. Grâce à celles-ci, les développeurs d’applications IA n’ont plus à se préoccuper de l’architecture des réseaux neuronaux ou de l’allocation des ressources matérielles. Des frameworks comme TensorFlow et PyTorch masquent tous ces détails de bas niveau.
La pile de développement ZK n’est pas encore aussi mature que celle de l’IA. Toutefois, des efforts existent pour construire ces couches d’abstraction. Au bas de la pile, on trouve des bibliothèques ZKP bas niveau comme PLONK et STARK. Au-dessus, des langages de haut niveau comme Noir visent à abstraire la cryptographie ZK sous-jacente et aident les développeurs d’applications à se concentrer sur la logique applicative.
Circom est un autre langage ZKP populaire, situé entre ces deux niveaux, car il peut être utilisé à la fois pour créer des backends ZK complexes et pour développer des applications basées sur ZKP.
Un autre exemple d’abstraction ZK dans Web3 est le langage Cairo de StarkWare, qui permet aux développeurs de créer des contrats intelligents généraux utilisant des preuves STARK.
Pour aller plus loin dans l’abstraction, l’outil Warp de Nethermind permet aux développeurs Solidity de convertir directement leur code Solidity en Cairo.
Avec Warp, le code d’Uniswap V3 peut être traduit en Cairo avec très peu de modifications du code Solidity d’origine.
Opportunités entrepreneuriales autour des ZKP
À partir de la discussion sur les voies possibles d’évolution des ZKP, nous avons identifié plusieurs idées entrepreneuriales liées aux ZKP.
Ces idées sont divisées en deux catégories : outils et applications.
Outils ZKP
1. Frameworks de développement avancés
À l’instar de Tensorflow et PyTorch dans l’IA, des frameworks ZKP de haut niveau sont cruciaux pour libérer l’innovation au niveau applicatif.
Ces frameworks doivent :
-
Abstraire la complexité du backend ZKP sous-jacent
-
Prendre en charge divers backends ZKP et environnements matériels (CPU, GPU, etc.)
-
Permettre un débogage et des tests efficaces
-
Offrir un environnement de développement riche, avec exemples et tutoriels
L’exemple le plus proche dans l’écosystème Ethereum est Hardhat ou Foundry, mais ils ne prendront probablement pas rapidement en charge les zkEVM ou les ZKPs. En revanche, les travaux d’abstraction existants, comme Cairo, pourraient évoluer pour occuper cet espace.
2. SDKs pour ZK Rollups
Les ZK Rollups gagnent en popularité comme solution L2 permettant de créer des applications spécifiques, adaptées aux jeux ou aux protocoles DeFi à haut débit. Dans ce modèle, les ZK Rollups gèrent l’exécution et le règlement, tandis que la couche L1 assure la consensus et la disponibilité des données. Toutefois, démarrer un ZK Rollup spécifique reste très complexe.
Nous pensons que les startups proposant des SDK conviviaux pour lancer des ZK Rollups personnalisés répondront à un réel besoin et pourront devenir des entreprises précieuses en offrant boîtes à outils, services aux développeurs, services de séquenceurs et infrastructures d’appui.
3. Accélération matérielle des ZKP
Les entreprises spécialisées dans le matériel, ciblant des cas d’usage précis et acquérant un avantage précoce sur le marché, finissent par devenir extrêmement valorisées. C’est ce qui s’est produit pour Nvidia, devenu le fabricant de semi-conducteurs nord-américain le plus valorisé grâce à son orientation vers le matériel IA.
Idem pour le minage Bitcoin, où des entreprises comme Bitmain, Canaan et Whatsminer sont devenues des licornes en se concentrant sur les ASIC. Les sociétés concevant et construisant des accélérateurs matériels efficaces pour les ZKP suivront la même trajectoire.
Applications Web3 ZKP
1. Ponts inter-chaînes et interopérabilité basés sur ZK
Les ZKPs peuvent être utilisées pour créer des preuves de validité dans les protocoles de transfert d’informations inter-chaînes, permettant une vérification rapide sur la chaîne de destination.
Cela ressemble à la façon dont les ZK Rollups sont validés sur la L1 sous-jacente.
Toutefois, le transfert inter-chaînes est plus complexe car les schémas de signature et les fonctions cryptographiques à vérifier peuvent différer entre la chaîne source et la chaîne cible.
2. Moteurs de jeu Web3 basés sur ZK
Dark Forest montre que les ZKPs permettent de créer des jeux Web3 à information incomplète. Cela est crucial pour concevoir des jeux plus interactifs, où les actions des joueurs restent confidentielles jusqu’à ce qu’ils décident de les révéler.
À mesure que les jeux sur chaîne mûrissent, nous prévoyons que les ZKPs deviendront une composante intégrée des moteurs de jeu.
Les opportunités sont immenses pour les startups réussissant à intégrer la confidentialité dans des moteurs de jeu à haut débit.
3. Solutions d’identité
Les ZKPs ouvrent plusieurs opportunités dans le domaine de l’authentification. Elles peuvent servir à établir une réputation ou à relier les identités Web2 et Web3. Actuellement, nos identités Web2 et Web3 sont séparées. Des projets comme Clique utilisent des oracles pour les connecter.
Les ZKPs peuvent faire progresser cette approche en permettant un lien anonyme entre les identités Web2 et Web3. Cela permettrait, par exemple, à des personnes capables de prouver leur expertise dans un domaine spécifique (via des données Web2 ou Web3) de devenir membres anonymes de DAO.
Un autre cas d’usage consiste à accorder des prêts Web3 non garantis basés sur le statut social Web2 de l’emprunteur (par exemple, le nombre de ses abonnés Twitter).
4. ZKPs conformes à la réglementation
Web3 permet à des comptes en ligne anonymes de participer activement au système financier. En ce sens, Web3 réalise une liberté et une inclusion financières à grande échelle.
Face à l’augmentation de la réglementation Web3, les ZKPs peuvent permettre la conformité sans compromettre l’anonymat.
Les ZKPs peuvent être utilisées pour prouver qu’un utilisateur n’est ni citoyen ni résident d’un pays sanctionné.
Elles peuvent aussi servir à prouver une identité d’investisseur accrédité ou tout autre critère KYC/AML.
5. Financement par prêt privé natif Web3
Le financement par dette dans TradFi est fréquemment utilisé pour aider les startups en croissance à accélérer leur développement ou à lancer de nouvelles activités, sans lever de capital-risque supplémentaire. L’émergence des DAO Web3 et des entreprises anonymes crée des opportunités pour un financement par dette natif Web3.
Par exemple, grâce aux ZKPs, un DAO ou une entreprise anonyme peut obtenir un prêt non garanti à un taux compétitif, basé sur la preuve de ses indicateurs de croissance, sans révéler d’informations sur l’emprunteur au prêteur.
6. DeFi privée
Les institutions financières gardent généralement confidentiels l’historique des transactions et le profil de risque de leurs clients. Avec les progrès constants des techniques d’analyse sur chaîne, cela devient difficile à respecter lors de l’utilisation de protocoles DeFi. Une solution possible consiste à développer des produits DeFi centrés sur la confidentialité afin de protéger la vie privée des participants.
Le zkSwap de Penumbra est un protocole tentant de réaliser cet objectif.
De plus, zk.money d’Aztec offre des opportunités de gains privés en obscurcissant la participation des utilisateurs aux protocoles DeFi transparents. En général, les protocoles réussissant à mettre en œuvre des produits DeFi efficaces et privés peuvent attirer de gros volumes et revenus provenant d’acteurs institutionnels.
7. Publicité Web3
Web3 promeut la propriété des données par l’utilisateur, comme l’historique de navigation ou l’activité de portefeuille privé. Web3 permet aussi la monétisation de ces données, au bénéfice des utilisateurs.
Étant donné que la monétisation des données peut entrer en conflit avec la confidentialité, les ZKPs peuvent jouer un rôle clé en contrôlant quelles parties des données personnelles peuvent être divulguées aux annonceurs et agrégateurs.
8. Partage et monétisation de données privées
Beaucoup de nos données personnelles peuvent avoir un impact significatif si partagées avec les bonnes entités. Par exemple, les données de santé individuelles peuvent être partagées pour aider les chercheurs à développer de nouveaux médicaments.
Les dossiers financiers privés peuvent être partagés avec les régulateurs et organismes de surveillance pour détecter et sanctionner la corruption. Les ZKPs permettent ce partage privé et la monétisation de ces données.
9. Organisations de renseignement décentralisées
Les ZKPs peuvent donner naissance à des organisations de renseignement décentralisées. Dans ces structures, agents, enquêteurs et espions peuvent faire partie du réseau sans jamais communiquer ni se connaître.
Les participants peuvent utiliser des ZKPs pour prouver leur connaissance de certaines informations sensibles, puis recevoir un paiement anonyme en échange. Ce système peut aussi favoriser une collaboration modulaire pour enrichir ou interpréter les données collectées, tout en préservant la confidentialité des participants.
10. Confidentialité dans la gouvernance
Avec la prolifération des DAO et de la gouvernance sur chaîne, Web3 s’oriente vers une démocratie participative directe. Un défaut majeur des modèles actuels de gouvernance est leur manque de confidentialité.
Les ZKPs peuvent être la solution fondamentale à ce problème. Les participants à la gouvernance peuvent voter sans révéler leur choix.
En outre, les ZKPs peuvent limiter la visibilité des propositions de gouvernance aux membres du DAO, leur permettant ainsi de construire un avantage concurrentiel.
Conclusion
La technologie ZKP est l’une des innovations les plus marquantes du domaine Web3, offrant de nombreuses opportunités pour des protocoles révolutionnaires et des projets startup.
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