Ce texte ne se concentre pas sur les détails techniques de la technologie ZK, mais vise à décrire le plus largement possible les directions d'application de la ZK. L'itération de la technologie ZK est toujours en cours, mais son déploiement concret nécessite des applications pour s'appuyer. Nous passerons progressivement des couches applicatives les plus proches de l'utilisateur jusqu'aux niveaux inférieurs : EVM, L2, ponts inter-chaînes et blockchains publiques.
Dans le contexte actuel de division du travail, les technologies dans différents domaines semblent magiques aux non-spécialistes. Construire une perception directe par le biais d'objets utilisables nous aide à saisir les axes principaux, puis à comprendre inversément les caractéristiques techniques de la ZK. C'est également un arrangement conforme à la logique cognitive humaine.
Brève histoire
En 1985, Goldwasser, Micali et Rackoff ont introduit pour la première fois le modèle de preuve à divulgation nulle (Zero-Knowledge Proof). Plus précisément, il s'agissait d'un modèle de « preuve interactive à divulgation nulle », permettant, sous réserve d'interactions multiples entre deux parties, de vérifier la véracité sans révéler l'information elle-même.
En 1991, Manuel Blum, Alfredo Santis, Silvio Micali et Giuseppe Persiano ont proposé la « preuve non interactive à divulgation nulle ». Comme son nom l'indique, cette méthode permet une vérification unique, sans interaction continue, validant ainsi l'authenticité d'une information en une seule étape finale.
Le progrès apporté par la preuve non interactive a été considérable. Premièrement, le nombre d’interactions est réduit à une seule, rendant possible la vérification hors ligne ou publique. La première permet de poser les bases de validité des Rollups ; la seconde, couplée au mécanisme de diffusion blockchain, évite le gaspillage de ressources causé par des calculs répétés.
Par la suite, Zcash devient la première utilisation à grande échelle de la technologie SNARKs. Les monnaies privées isolées deviennent ainsi un pont reliant la technologie ZK aux blockchains.
En résumé, cette avancée repose sur la notion de « concision » (Succinct). Les SNARKs visent à réduire la taille même de l'information, et non seulement celle des données de vérification. Dans ZCash, le circuit du programme est figé, fixe et immuable, ce qui rend également fixe la validation polynomiale correspondante.
La généralisation de la technologie ZK
Initié comme L2 spécialisé, mais destiné à briller sur l’ensemble de la blockchain.
Décrire la preuve à divulgation nulle comme une technologie arrivée tardivement serait parfaitement approprié. Un algorithme cryptographique né dans les années 1980 n’a véritablement trouvé sa place qu’après trente ans. Avec l’apparition de monnaies privées comme Zcash ou Monero, la technologie ZK commence à être davantage intégrée aux blockchains.
À cette époque, Ethereum peinait encore à survivre, mais la question du passage à l’échelle était déjà envisagée à long terme. Après l’échec factuel du schéma Plasma, Ethereum s’est tourné vers les solutions Layer 2 Rollup. Parallèlement, la ZK a connu des itérations plus poussées – SNARK, PLONK, STARK – donnant naissance à la riche famille des ZK Rollup que nous connaissons aujourd’hui.
Confidentialité et montée en puissance, Tornado Cash et L2, sont devenus respectivement les cas d’utilisation et exemples pratiques emblématiques de cette technologie.
Mais ce n’est là qu’un petit aperçu. En essence, la ZK est un moyen de vérification d’informations entre deux parties, sans impliquer l’information elle-même, tout en étant aussi peu coûteuse et efficace que possible. On peut, à l’instar du triangle impossible de la blockchain proposé par Vitalik, esquisser les caractéristiques techniques de la ZK.
Légende : Le triangle impossible de la ZK Source : R3PO
Ces trois exigences sont conflictuelles. Une meilleure compatibilité exige des calculs hors chaîne pour améliorer les performances. Poursuivre la décentralisation impose une vérification autant que possible sur chaîne, ce qui réduit les performances et augmente le coût de la compatibilité. Une compatibilité optimale entraîne inévitablement une perte de performance en vérification.
Pourtant, c’est précisément dans cette exploration du triangle impossible que la technologie ZK a évolué, aboutissant à des usages aujourd'hui riches et variés. Mais il faut d’abord sortir des idées reçues : la ZK ne se limite pas au Layer 2. Dans cet article, nous explorerons successivement cinq domaines clés : Dapp, L2, ZK-EVM, pont ZK et blockchain publique avec ZK.
ZK Dapp : Une lueur dans la forêt obscure
Légende : Schéma explicatif du principe ZK Source : R3PO
Dans "Le Problème à trois corps", Yun Tianming transmet trois lois de survie dans la forêt obscure à ses compatriotes terriens à travers trois contes familiers aux tri-solariens :
Se rendre, se cacher, réduire volontairement le niveau de civilisation, envoyant ainsi une déclaration de sécurité aux chasseurs embusqués dans la forêt ;
Fuir, développer la propulsion courbure, abandonner l'idée que la Terre est la maison : partout où les humains iront, ce sera leur foyer ;
Combattre, développer une civilisation interstellaire et vaincre Tri-solaris ; face à une civilisation plus forte, résister avec force.
Le simple fait de transmettre cette histoire sous surveillance tri-solaire illustre un processus typique de technologie ZK : les tri-solariens, Yun Tianming et les Terriens connaissent tous l’« information », mais seuls Yun Tianming et les Terriens comprennent la « connaissance » qu’elle représente.
Légende : Principe de fonctionnement de Loopring Source : L2Beat.com
Cette caractéristique de la ZK — « l’information enveloppe la connaissance » — convient parfaitement aux communications inter-chaînes, aux DEX inter-chaînes, où la transmission d’informations doit être publique, mais où la connaissance requiert un chiffrement.
Prenons Loopring comme exemple. Bien qu’il se qualifie lui-même de L2, il s’agit d’une solution L2 spécialisée dans les transactions et paiements, utilisant la voie zkSNARKs. Selon sa documentation officielle, il déplace la majorité des vérifications hors chaîne, stockant sur chaîne des informations de vérification aussi concises que possible.
Pour atteindre un débit maximal, nous ne prenons en charge que les soldes hors chaîne. Ceux-ci sont stockés dans un arbre de Merkle. Les utilisateurs peuvent déposer et retirer des jetons via notre contrat intelligent, leurs soldes étant mis à jour dans l’arbre de Merkle. Ainsi, nous pouvons transférer des jetons entre utilisateurs en mettant à jour l’arbre de Merkle hors chaîne, sans avoir recours aux transferts coûteux sur chaîne.
L’avantage est de concevoir un schéma ZK opérationnel dans un domaine spécifique, utilisant effectivement la technologie ZK pour faire du Rollup une solution monopurpose. Ce modèle a été popularisé par dYdX, développé avec StarkEx, devenu leader dans les produits dérivés.
Cependant, ce type de solution non universelle conduit à l’autarcie. La communication avec l’extérieur reste problématique, tandis que la mise à jour interne doit constamment concilier les besoins du réseau principal Ethereum et ceux de l’application elle-même. Cette marche précaire ne peut durer. Le départ de dYdX vers Cosmos et l’émergence de Rollups universels comme Taiko marquent que la compétition L2 se joue désormais sur la généralisation.
ZK Rollup : Le milieu du rêve
Le point de départ au centre du ventre caractérise bien cette vague d’innovation ZK. Les premières monnaies privées comme ZCash ou Tornado Cash, confrontées à des régulations, ont disparu prématurément, sans pouvoir porter haut le flambeau de la ZK.
Légende : Processus de victoire de la ZK Source : R3PO
Le segment L2 Rollup occupe une position étrange dans l’écosystème crypto : ni couche fondamentale ni application directe. Il correspond à la domination quasi exclusive d’Ethereum, toutes les autres blockchains étant essentiellement des chaînes compatibles en attente.
Les L2 ne sont pas propres à Ethereum. Théoriquement, le réseau Lightning de Bitcoin est aussi un L2. Pourtant, seul le L2 d’Ethereum constitue un vrai secteur. Sur le plan vertical, après une longue évolution passant par Plasma, les sidechains, Optimistic Rollup et ZK Rollup, plusieurs voies ont rivalisé. Horizontalement, même au sein du ZK Rollup, on observe des divergences : ZK VM vs ZK EVM, SNARK vs STARK, illustrées par une multitude de projets aux discours divergents.
Mais en réalité, le Rollup est une narration de niveau quasi-blockchain. Son fonctionnement ne génère pas directement de profit, mais dépend de l’effet d’écosystème des fonctions et applications qu’il héberge. Que ce soit zkSync axé sur les transferts Gitcoin ou dYdX construit sur StarkEx, ces cas illustrent la similitude narrative entre Rollup et blockchain.
Actuellement, la concurrence majeure dans le paysage global des Layer 2 oppose les approches SNARK et STARK. Les projets représentatifs sont zkSync (SNARK) et StarkWare (STARK), dont les différences principales sont les suivantes :
zkSync : Vers une compatibilité EVN via ZK-SNARK
Informations générales :
Équipe de développement : Matter Labs
TVL : 52M, 170M (maximum)
Frais de transfert : 0,1U
Paradigme technique : ZK-SNARK
Équipe :
Alex Gluchowski, cofondateur et PDG
Danil Lugovskoi, ingénieur logiciel senior
Histoire de financement : À novembre 2021, Matter Labs a levé 58 millions de dollars auprès d'a16z, Union Square Ventures et Placeholder.
Légende : Historique de financement de Matter Labs Source : R3PO
Légende : Écosystème de zkSync Source : @ZK_Daily
Panorama complet : Actuellement, plus de 70 applications. Après le lancement de zkSync 2.0, la compatibilité EVM pourrait augmenter encore ce nombre.
ZigZag : DEX à livre d’ordres basé sur zkSync, l’un des premiers protocoles DeFi supportant zkSync.
ZigZag est un protocole de trading décentralisé sans custody, reposant sur l’architecture ZK Rollups. En transférant uniquement les calculs et le stockage d’état hors chaîne, il excelle dans les paiements simples, les échanges et certains cas spécifiques, offrant aux utilisateurs des frais presque nuls. ZigZag propose aussi un pont et un marché NFT (non encore lancé).
ZigZag a reçu une donation de 100 000 dollars dès octobre dernier, lançant simultanément sur zkSync 1.0 les paires ETH/USDT, ETH/USDC et USDC/USDT. Selon la page de donation Gitcoin, il a reçu près de 300 000 dollars, devenant l’un des projets les plus populaires lors du 12ᵉ round de donations.
Le pont ZigZag est un autre produit phare, supportant actuellement les échanges entre Ethereum et zkSync, ainsi qu’un pont entre zkSync et Polygon.
ZigZag prévoit aussi de lancer un marché NFT sur le réseau principal zkSync.
Au moment de l’annonce de son jeton, ZigZag a créé un DAO, qui décidera ultérieurement de l’utilisation du jeton et du partage des revenus.
Nombre total d'utilisateurs : 310 000, comptes actifs : 2 216, nouveaux utilisateurs : 504.
1.zkSync 1.0
Compatible au niveau zkVM, utilisé principalement pour les paiements et transferts. Son cas d’usage le plus réussi est d’avoir pris en charge 98 % des canaux de donation Gitcoin.
Fonctionne stablement depuis deux ans, réduit les frais de gaz de 50 fois, supporte 4 millions de transferts.
2. zkSync 2.0
Supportera pleinement zkEVM. zkSync 2.0 sera lancé sur le réseau principal dans les 100 jours, avec des preuves ZK pour contrats intelligents EVM en production réelle à l’automne.
29.10.2022 : zkSync, solution d’extension Ethereum Layer 2, publie la version Baby Alpha de son réseau principal 2.0.
18.10.2022 : zkSync achève sa « Milestone 3 : Proof Merging », publie un validateur bout-en-bout sur testnet, intègre une preuve de validité et fait fonctionner zkEVM sur testnet public. Un ZK-Rollup entièrement opérationnel sera présenté 11 jours avant le lancement sur mainnet.
07.09.2022 : Ouverture des inscriptions au réseau principal zkSync 2.0.
31.08.2022 : Testnet zkSync 2.0 finalise la mise à jour des frais dynamiques, estimés selon les ressources système requises et facturés selon l'utilisation réelle. Inclut un nouveau modèle de frais, prise en charge de l'abstraction des Paymasters et de l'EIP-1559, ainsi que le support du langage Vyper, améliorations de compatibilité zkEVM et fonctionnalités du plugin Hardhat.
25.05.2022 : Le pont inter-rollup Orbiter Finance ajoute le support de zkSync 2.0 sur son testnet.
10.03.2022 : zkSync met à jour le portail 2.0, supportant le paiement des frais en tout token ERC20 (pas seulement ETH), ajout d’un explorateur de blocs, etc. Les utilisateurs peuvent demander des jetons de test.
22.02.2022 : zkSync annonce le lancement de son testnet public 2.0, publiant le premier ZK Rollup compatible EVM sur testnet public.
StarkNet
Après le départ de dYdX vers Cosmos,StarkNet écrit un ZK-EVM avec Cairo.
Informations générales :
Émetteur : StarkWare
TVL : 1,26M, 1,5M (maximum)
Paradigme technique : ZK-STARK, mode ZKVM, langage propriétaire Cairo non compatible Solidity, mais optimisé pour écrire un ZK-EVM
Produits principaux :
StarkEx, service B2B, fournit à chaque application un service technique Rollup dédié. Lancé sur Ethereum mainnet depuis 2020, mature. dYdX en est l'exemple le plus emblématique.
StarkNet, L2 universel, permet le déploiement de tout contrat intelligent, contrairement à StarkEx qui nécessite un développement sur mesure par application. StarkNet a lancé son testnet en juin dernier et son réseau principal en novembre.
StarkNet vise un circuit ZK universel, tandis que StarkEx crée des circuits sur mesure par application. La complexité traitée par StarkNet est bien supérieure.
Légende : Fonctionnement de StarkNet Source : L2BEAT.COM
Équipe :
Cofondateur et président Eli Ben-Sasson, docteur en informatique théorique de l’Université Hébraïque (2001), spécialiste de la cryptographie et des preuves à divulgation nulle. Co-inventeur du système de preuve STARK, ancien chercheur chez Zcash. Avant StarkWare, professeur d’informatique au Technion.
Cofondateur et PDG Uri Kolodny, licence en informatique (Université Hébraïque), MBA (MIT Sloan). Entrepreneur en série, ayant cofondé plusieurs startups tech, dont OmniGuide (médical) et Mondria (visualisation big data). Ancien analyste chez McKinsey et EIR dans deux VC israéliennes.
Cofondateur et architecte principal Dr Michael Riabzev, doctorant d’Eli Ben-Sasson, co-inventeur du protocole ZK-STARK.
Cofondateur et scientifique en chef Alessandro Chiesa, co-fondateur de Zcash, professeur au département d’informatique de l’UC Berkeley.
Histoire de financement : Total de 225 millions de dollars levés.
Évaluation rapide :
Le développement STARK est difficile, mais prometteur, résistant aux attaques quantiques. C’est la raison principale de son faible TVL malgré un financement massif.
Le départ de dYdX est un coup dur, mais MakerDAO et Aave devraient déployer à l’avenir. Adapté aux applications ayant des exigences de sécurité particulières.
StarkNet supporte de gros volumes de calcul, favorable au développement de jeux (@LootRealms, @TheDopeWars en préparation).
Enfin, StarkNet a écrit le premier ZK-EVM, plus tôt que tout concurrent compatible Solidity. StarkWare prévoit d’ouvrir son langage Cairo 1.0 au premier trimestre 2022, dont le compilateur sortira début 2023, supportant toutes les fonctions existantes de StarkNet.
Développement de l’écosystème :
Le 29 novembre, StarkNet annonce la mise à jour de son mainnet alpha vers v0.10.2, accompagnée d’une feuille de route de performance.
Avancées clés : parallélisation du séquenceur, nouvelle implémentation Rust de Cairo-VM, réécriture complète du séquenceur en Rust. Cette feuille de route vise à préparer l’amélioration du TPS.
Actuellement, plus de 40 projets dans l’écosystème StarkNet : 13 infrastructures, 14 DeFi, 11 NFT/jeux.
