Optimism VS ZK : Quelle solution Rollup sera la plus performante ?
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Optimism VS ZK : Quelle solution Rollup sera la plus performante ?
Pour l'instant, nous ne pouvons conclure que les couches 2 joueront un rôle important pour rendre Ethereum plus évolutif, mais il est impossible de déterminer clairement quelle solution de Rollup est supérieure.
Dédié à des analyses Web3 approfondies
Avant d’entamer une analyse comparative entre Optimism Rollup et ZK Rollup, nous devons d’abord comprendre le contexte de leur apparition.
Les Rollups sont considérés comme la solution ultime pour l’évolutivité d’Ethereum. Ils exécutent les transactions en dehors de la couche 1, mais publient les données des transactions sur la couche 1. Cela permet aux Rollups d’étendre le réseau tout en conservant la sécurité issue du consensus d’Ethereum. Ce processus consiste essentiellement à exécuter des transactions, collecter les données, les compresser, puis les regrouper par lots sur la chaîne principale — d’où le nom « Rollup ».
Pourquoi avons-nous besoin de solutions de mise à échelle Rollup ?
En réalité, l’intérêt suscité par les recherches sur les Rollups est étroitement lié au développement récent d’Ethereum. L’évolutivité d’Ethereum a toujours été l’un des sujets les plus discutés dans le domaine cryptographique. Que ce soit le phénomène CryptoKitties de 2017, l’été DeFi de 2020 ou le marché haussier des cryptomonnaies début 2021, la forte demande pour Ethereum a alimenté les débats autour de sa mise à échelle, entraînant une hausse spectaculaire des frais de gaz, rendant les transactions de plus en plus coûteuses pour les utilisateurs.
Parallèlement, dans un contexte de croissance rapide du Web3, Ethereum est devenu l’hôte de milliers de DApps. Ce volume massif de transactions implique inévitablement des limites de vitesse, ralentissant progressivement les opérations sur Ethereum et entraînant une baisse de la fidélisation des utilisateurs.
Face à cette situation, trouver une solution idéale de mise à échelle est devenu un objectif crucial pour de nombreuses équipes et pour toute la communauté Ethereum. En général, il existe trois principales approches pour étendre Ethereum : étendre la blockchain elle-même — mise à l’échelle de la couche 1 (Layer 1) ; construire au-dessus de la couche 1 — mise à l’échelle de la couche 2 (Layer 2) ; ou construire une sidechain adjacente à la couche 1.
Le principe des Rollups consiste donc à regrouper des centaines de transactions traitées en un seul lot, exécutées sur une chaîne L2 parallèle au réseau principal Ethereum, puis publiées par lots sur la blockchain sous-jacente (L1, Layer 1), augmentant ainsi la vitesse des transactions et réduisant les frais de gaz.
Parmi les diverses solutions Rollup, Optimistic Rollup et ZK Rollup se distinguent particulièrement. En effet, bien que leurs principes d’exécution soient très similaires, ils diffèrent principalement par leur méthode de validation. Aujourd’hui, examinons de près ces deux solutions performantes, comparons leurs avantages et inconvénients respectifs lors de leur mise en œuvre, et envisageons positivement le modèle idéal des prochaines générations de solutions d’évolutivité pour Ethereum.
Décrypter les architectures d'Optimism et de ZK
Optimism
Un Optimistic Rollup fonctionne selon un mécanisme dit « optimiste », reposant sur les preuves de fraude (fraud proofs). Le système suppose par défaut la fiabilité des données des transactions. Sans validation préalable, celles-ci entrent directement dans une période d’attente. Pendant cette période, si un nœud soulève une objection en prouvant qu’une transaction est malveillante, celle-ci est annulée. Sinon, une fois la période écoulée, la transaction est finalisée et inscrite dans un bloc. Cette approche par « preuve de fraude » évite un déploiement massif de vérifications, économise ainsi des ressources informatiques et garantit l’exactitude des transactions.
Parmi les solutions basées sur Optimistic Rollup, on distingue notamment Arbitrum et Optimism. Bien que Optimism ait été le premier protocole Optimistic Rollup compatible avec la machine virtuelle Ethereum (EVM), son retard dans le lancement du réseau principal a permis à Arbitrum de prendre un avantage concurrentiel.
Optimism : Preuve de fraude non interactive en un seul tour
Optimism utilise des contrats intelligents pour transférer les données des transactions depuis la chaîne principale Ethereum vers la couche 2. Le séquenceur peut regrouper plusieurs transactions en un lot unique, puis soumettre ce lot à la chaîne principale via une seule transaction. Sous l'hypothèse que toutes les transactions sont valides, le séquenceur agit de manière « optimiste ». Un délai d’attente d’une semaine est mis en place, durant lequel toute contestation peut être soulevée. En cas d’anomalie, une preuve de fraude est générée.
Arbitrum : Preuve de fraude interactive en plusieurs tours
Arbitrum a été lancé sur le réseau principal Ethereum le 28 mai 2021. Globalement, le processus est similaire, mais la différence réside dans le fait que les validateurs et les challengers résolvent les litiges hors chaîne en divisant itérativement les étapes contestées selon une méthode binaire, jusqu’à isoler l’étape précise en litige, qui est ensuite soumise à la chaîne L1 pour jugement. Cette méthode permet une résolution efficace des conflits. Par conséquent, par rapport à Optimism, Arbitrum peut supporter une capacité transactionnelle plus élevée et réaliser une traçabilité plus poussée.
ZK Rollup
ZK Rollup (preuve de connaissance nulle), concept introduit dans les années 1980 par des chercheurs du MIT, fut un temps surnommé « mathématiques lunaires ».
ZK Rollup est une solution de mise à échelle fondée sur des preuves de validité à connaissance nulle. Elle traite par lots les transactions hors chaîne et génère une preuve cryptographique de validité pour attester de leur authenticité. Ces preuves sont ajoutées par lots à la blockchain L1 et peuvent être rapidement vérifiées par les contrats L1, tandis que les lots invalides sont rejetés immédiatement.
Si les rollups optimistes supposent que chaque participant agit de bonne foi, alors ZK Rollup s’efforce de prouver rigoureusement que c’est bien le cas. Actuellement, les principaux projets dans l’écosystème ZK Rollup incluent Hermez, ZKSync, etc.
Hermez : Génération de preuves non interactives succinctes
Hermez peut produire des preuves cryptographiques de type SNARK (Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge), lui permettant d’étendre Ethereum jusqu’à 2 000 transactions par seconde. Ce système repose principalement sur un coordinateur chargé de traiter les transactions et de générer les preuves de validité. Ce coordinateur est choisi par adjudication, où les nœuds inscrits font des offres pour devenir le prochain coordinateur. Actuellement, l’équipe Hermez annonce travailler sur une machine virtuelle Ethereum à connaissance nulle (ZKEMV), visant une compatibilité totale au niveau des opcodes.
ZKSync : Génération de preuves non interactives succinctes
ZKSync décrit son projet comme un moteur d’évolutivité et de confidentialité, permettant des transferts à faible coût en gaz d’Ether et de jetons ERC-20 sur Ethereum. Dans ZKSync, un seul vérificateur traite les lots et génère les preuves de validité. La version ZKSync 2.0 est désormais disponible, offrant une solution de disponibilité des données hors chaîne, assurant à la fois la garantie de mise en jeu et la disponibilité des données, tout en empêchant les gardiens de voler les fonds.
Optimism VS ZK : Qui sortira vainqueur ?
Dès leur entrée sur le marché, Optimism et ZK ont emprunté deux voies différentes de mise à échelle. Les preuves de fraude et les preuves de validité répondent à des besoins distincts des développeurs et des utilisateurs, mettant chacune en valeur leurs propres atouts en termes de débit, rapidité, coût, etc. Il convient donc d’examiner attentivement différents scénarios de développement afin de choisir la solution la plus adaptée.
Difficulté de développement et coût d’utilisation
Optimism n’exige pas de déploiement massif de vérifications. En supposant que toutes les transactions sont valides, elle épargne de nombreuses étapes de développement et publie simplement les informations de validation sur la couche de base. Cette approche, fondée sur l’hypothèse optimiste, ne nécessitant aucun travail supplémentaire, réduit considérablement la barrière d’entrée pour les développeurs techniques, économisant temps, efforts et coûts financiers. Pour les développeurs souhaitant adopter rapidement une solution Rollup, Optimism est le choix privilégié. Les données montrent qu’Optimism peut offrir une amélioration de l’évolutivité allant jusqu’à 10 à 100 fois.
En revanche, ZK Rollup doit fournir des preuves de validité qu’il soumet une à une à la chaîne principale, une étape dont la complexité technique est nettement supérieure à celle d’Optimism. De nombreux nouveaux développeurs rencontrent fréquemment des erreurs en tentant d’utiliser ZK Rollup, ce qui finit par réduire l’efficacité de la mise à échelle et la vitesse d’exécution.
Exécution des contrats intelligents
Optimism possède une forte interopérabilité et peut exécuter des contrats intelligents. Cela lui offre une grande flexibilité d’opération sur la couche 2, renforçant ainsi la « confiance » dans son fonctionnement grâce à la participation collective des utilisateurs, et lui apportant des avantages supplémentaires tels qu’une meilleure protection des données et des droits transactionnels garantis. À noter que des équipes comme Fuel, OMGX ou Cartesi cherchent également à développer des versions compatibles EVM pour leurs Rollups, améliorant davantage l’adaptabilité et les performances d’Optimism.
En revanche, ZK Rollup est actuellement limité à des transactions simples, ce qui pose de nombreuses contraintes à son expansion. Pour l’instant, ZK ne peut supporter que les contrats intelligents écrits en Solidity grâce à la machine virtuelle EMV développée par ZKSync, élargissant ainsi son espace applicatif. Ou encore, grâce à Loopring, Hermez et ZKTube, il parvient à étendre l’échelle des paiements et à intégrer des fonctions de confidentialité.
Efficacité du retrait des fonds
Étant donné que le retrait des fonds après une transaction constitue un mécanisme clé pour garantir les opérations et prouver les droits, la rapidité de ce retrait est un critère déterminant pour les développeurs et les utilisateurs. Sur ce point, ZK Rollup présente un avantage marqué. Le processus de résolution des litiges d’Optimism est fastidieux : tous les participants doivent disposer de suffisamment de temps pour soumettre une preuve de fraude avant que la transaction ne soit définitivement confirmée. Cette période est relativement longue, car même dans le pire des cas, une transaction frauduleuse pourrait encore faire l’objet d’un recours. Le retrait des fonds depuis Optimism peut prendre jusqu’à une ou deux semaines.
À l’inverse, ZK Rollup ne connaît pas de délais prolongés pour le retrait, car dès que le lot Rollup accompagné de sa preuve de validité est soumis à la couche 1, les fonds peuvent être retirés. Cela économise indirectement du temps aux utilisateurs, accélère la circulation des transactions et améliore l’efficacité globale de l’environnement transactionnel.
Niveau de protection de la sécurité et de la confidentialité
Actuellement, ZK Rollup utilise des calculs mathématiques complexes et de la cryptographie avancée pour garantir que les transactions sont « réglées » sur la chaîne principale ETH, ce qui diffère fondamentalement de la validation par preuve de fraude d’Optimism. Des stratégies telles que SNARK, STARK, PLONK ou DARK, déployées sur ZK Rollup, présentent chacune des niveaux variés de sécurité et de risques en matière de empreinte des données, temps de génération de la preuve, temps de vérification et risque de collusion.
Il apparaît donc que, par rapport à la simple preuve de fraude, ZK intègre plusieurs couches de protection et de vérification, assurant une validation rigoureuse des transactions. Certains projets comme Aztec concentrent leurs efforts sur l’intégration de fonctions de confidentialité dans leur technologie ZK Rollup, renforçant ainsi davantage le mécanisme de confidentialité de ZK Rollup.
Perspectives pour Optimism et ZK en 2023
Comme nous l’avons vu, Optimism et ZK présentent chacun des atouts spécifiques en tant que solutions Rollup. Dans la nouvelle année, ils continueront à innover et à itérer sur leurs voies respectives. Nous pouvons espérer que Optimism et ZK seront intégrés dans davantage de projets concrets en 2023, soutenant continuellement le développement d’Ethereum.
Pour l’instant, nous pouvons seulement conclure que la couche 2 jouera un rôle crucial dans l’amélioration de l’évolutivité d’Ethereum, mais il est impossible de trancher clairement quelle solution Rollup sortira victorieuse. Sans aucun doute, Optimism et ZK poursuivront leurs efforts d’optimisation pour devenir les « chevaux noirs » des solutions Rollup dans l’univers Web3.
À long terme, avec le développement continu des technologies ZK, les limitations actuelles de ZK Rollup pourraient être levées, libérant un potentiel d’application puissant. Nous espérons que, dans l’avenir, ces deux solutions Rollup parviendront à compléter leurs forces respectives, fusionnant des facteurs tels que sécurité, confidentialité, rapidité, coût et facilité de développement en produits de qualité supérieure, ouvrant ainsi un nouveau monde. Comme nous l’avons observé, Optimism et ZK présentent chacun des atouts spécifiques en tant que solutions Rollup. Dans la nouvelle année, ils continueront à innover et à itérer sur leurs voies respectives. Nous pouvons espérer qu’en 2023, ces deux solutions d’évolutivité seront appliquées à davantage de projets concrets, soutenant continuellement le développement d’Ethereum.
Références :
Optimistic, zk-Rollups, L3... Où en est la recherche sur l’évolutivité d’Ethereum ?
https://techflowpost.mirror.xyz/DCQiiuK5_p2UhF32jCVk3ZmHy-B15qNXXuvK1guaMZk
La voie de l’évolutivité d’Ethereum
https://juejin.cn/post/7127205065839869959
Optimistic Rollups VS ZK Rollups : Six projets passionnants d’extension Ethereum en couche 2
Introduction : ZK Rollup & Optimistic Rollup
État actuel et défis de la compétition entre les Rollups en couche 2
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