Avec Layer2, pourquoi avons-nous encore besoin de Layer3 ?
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Avec Layer2, pourquoi avons-nous encore besoin de Layer3 ?
La narration autour du scaling d'Ethereum s'achèvera-t-elle peut-être au niveau de la couche 3 ?
Dédié à des analyses Web3 approfondiesAuteur : Cynic
TL;DR
1. De la couche 1 à la couche 2
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Comment atteindre l'extensibilité sur le plan technique ? Ethereum considère les rollups comme la seule solution de niveau 2 (Layer2), car ils permettent d'étendre Ethereum sans compromettre sa décentralisation ni sa sécurité. D’un point de vue modulaire, la Layer2 gère l’exécution, tandis que le règlement, le consensus et la disponibilité des données sont tous traités par la Layer1.
2. De la couche 2 à la couche 3
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Quelle est la différence entre l’architecture Layer2-Layer3 et Layer1-Layer2 ? Bien que la technologie Rollup ait résolu le goulot d’étranglement du calcul sur Ethereum, elle n’a pas encore résolu le problème de disponibilité des données. La couche supérieure doit compresser les données transactionnelles avant de les transmettre à la couche inférieure, mais cette compression ne peut être répétée indéfiniment ; ainsi, passer de Layer2 à Layer3 n’apporte pas un gain significatif en performance.
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Si nous disposons déjà d’une Layer2, pourquoi aurions-nous besoin d’une Layer3 ? La Layer2 restera décentralisée, servant de couche de calcul universelle assurant la composable interopérabilité, tandis que la Layer3 devrait fonctionner comme une chaîne dédiée aux applications spécifiques, répondant aux besoins particuliers de chaque application en matière de compatibilité, d’efficacité ou de confidentialité.
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Dans un écosystème similaire de blockchains dédiées aux applications, quelle est la différence entre la Layer3 et Cosmos ? La Layer3 s’appuie sur l’écosystème Ethereum, ce qui facilite l’accès aux utilisateurs et aux capitaux, mais en raison de son fort ancrage à Ethereum, elle perd une partie de sa souveraineté, notamment en ce qui concerne la capture de valeur du jeton.
3. De la couche 3 vers la couche X ?
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État actuel du développement de la Layer3 : Arbitrum a lancé Orbit Chain le 22 juin ; zkSync a annoncé le 26 juin qu’il introduirait ZK Stack dans les semaines à venir ; au sein de l’écosystème Starknet, madara a permis à un projet de déployer une chaîne d’application Starknet Layer3 en seulement 24 heures lors d’un hackathon.
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La Layer3 est-elle arrivée ? Les couches 4, 5, etc., sont-elles encore loin ? Selon LK Venture, d’un point de vue technique, la Layer3 ne peut plus obtenir de saut de performance par simple superposition. Même si les écosystèmes des couches 1, 2 et 3 sont étroitement liés (au sein de l’écosystème Ethereum) et que leur interopérabilité est bien supérieure à celle des chaînes hétérogènes traditionnelles (avec des coûts de ponts moindres), elles ne peuvent toujours pas hériter pleinement de l’écosystème les unes des autres. Il se pourrait donc que le scénario d’extension d’Ethereum s’achève avec la Layer3.
De la couche 1 à la couche 2 : extensibilité
Dans la blockchain existe un triangle impossible : sécurité, décentralisation et extensibilité ne peuvent pas être réalisées simultanément. Ethereum a choisi les deux premières, au détriment de la troisième. Effectuer un simple swap sur Ethereum coûte habituellement entre 3 et 4 dollars en frais de gaz, et durant les périodes de forte activité (comme en période de marché haussier), ce coût peut atteindre près de 100 dollars, montrant clairement un fort phénomène de congestion.
Grâce à son avantage précoce et à son vaste écosystème établi, malgré l’apparition continue depuis 2018 de nouvelles blockchains axées sur l’extensibilité, Ethereum conserve une position dominante absolue sur le marché. L’attention s’est donc tournée vers les solutions d’extension construites sur Ethereum.
Parmi celles-ci, trois approches sont largement utilisées : sidechains, Validium et Rollup, chacune reposant sur des hypothèses de confiance différentes.
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Les sidechains sont des blockchains indépendantes fonctionnant séparément de la Layer1, reliées au réseau principal d’Ethereum via un pont bidirectionnel. Elles peuvent avoir leurs propres paramètres de blocs et algorithme de consensus, permettant un traitement efficace des transactions, mais elles n’héritent pas de la sécurité d’Ethereum.
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Validium utilise la disponibilité des données et le calcul hors chaîne, traite les transactions hors chaîne pour augmenter le débit, puis publie sur chaîne un preuve de connaissance nulle (zero-knowledge proof) afin de valider les transactions hors chaîne sur la Layer1, garantissant ainsi la sécurité.
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Le Rollup effectue les calculs hors chaîne, mais utilise la Layer1 comme couche de disponibilité des données, en publiant sur chaîne une preuve de fraude ou une preuve d’efficacité, vérifiée par un contrat intelligent sur la Layer1, héritant ainsi de la sécurité d’Ethereum.
Ethereum considère les rollups comme la seule solution de niveau 2, car ils permettent d’étendre Ethereum sans sacrifier la décentralisation ni la sécurité. D’un point de vue modulaire, la Layer2 prend en charge l’exécution, tandis que le règlement, le consensus et la disponibilité des données sont tous gérés par la Layer1.
Selon le type de preuve soumise, les rollups peuvent être divisés en Rollup optimiste (Optimistic Rollup) et Rollup ZK (ZK Rollup).
Pour un Optimistic Rollup, les transactions sont exécutées par lots ; les lots de transactions, l’état initial et l’état final sont envoyés au contrat Rollup déployé sur la Layer1. La Layer1 ne valide pas le processus de transition d’état ; tant que l’état initial fourni par le Rollup correspond à celui conservé dans le contrat Layer1, il transfère de manière optimiste l’état à la nouvelle valeur proposée par le Rollup. Pour prévenir la fraude, une preuve de fraude est utilisée : pendant une période de contestation, d'autres validateurs peuvent contester cette racine d’état en soumettant une preuve de fraude au contrat Rollup sur la Layer1. Cela ramène l’état du Rollup à sa version antérieure confirmée, recalcule l’état légitime, puis punit les validateurs selon le résultat. En pratique, les cas de fraude sont rares, donc cette transition d’état « optimiste » permet d’économiser considérablement les ressources de vérification.
La différence principale du ZK Rollup avec l’Optimistic Rollup réside dans le fait que la transition d’état doit être validée — non pas par le contrat Rollup sur la Layer1, mais par la vérification d’une preuve de validité (Validity Proof) directement dans le contrat. Une fois la preuve vérifiée, la transition d’état devient immédiatement définitive, sans attendre la période de contestation pouvant durer jusqu’à une semaine.
Parmi les projets utilisant la technologie Optimistic Rollup, Arbitrum et Optimism sont les plus matures, tous deux déjà opérationnels sur mainnet. Arbitrum One a implémenté la preuve de fraude, mais uniquement accessible à une liste blanche, tandis qu’Optimism est encore en cours de développement. Les deux projets progressent activement vers une plus grande décentralisation, notamment en ce qui concerne les séquenceurs et validateurs. Selon les données de L2Beat, au 26 juin 2023, la TVL d’Arbitrum One et d’Optimism était respectivement de 5,81 milliards et 2,25 milliards de dollars. D’autres projets utilisant l’Optimistic Rollup incluent Boba Network, Zora Network, Layer2.finance, Fuel, BNBOP, Coinbase, dont certains sont développés à partir du code source OP Stack publié par l’équipe d’Optimism.
Parmi les projets utilisant la technologie ZK Rollup, ceux supportant une machine virtuelle incluent principalement zkSync Era, StarkWare, Polygon zkEVM, désormais en mainnet, avec une TVL respective de 618 millions, 68,11 millions et 42,65 millions de dollars. Ceux limités à des types spécifiques de transactions comprennent dydx, Loopring, zkSync Lite, avec une TVL de 350 millions, 98,47 millions et 97,69 millions de dollars. Actuellement, la direction du développement du ZK Rollup vise une meilleure compatibilité avec Ethereum, avec des projets zkEVM en cours de développement comme Taiko, Scroll, Linea, etc.
De la couche 2 à la couche 3 : personnalisation
Couche 2 : 100x, Couche 3 : 100x² = 10 000x ?
Du passage de la couche 1 à la couche 2, le coût est réduit à 1/100. On pourrait alors naturellement penser qu’en répétant la même opération sur la couche 2 pour créer une couche 3, le coût serait réduit à 1/10 000. Malheureusement, ce n’est pas le cas.
Le Rollup résout effectivement le problème du calcul sur Ethereum en déplaçant l’exécution hors chaîne : les nœuds de la Layer1 n’ont plus besoin d’exécuter chaque transaction du lot pour vérifier la validité de la transition d’état. Grâce à la technologie cryptographique de preuve récursive, les calculs peuvent être récursifs indéfiniment, offrant une performance potentiellement illimitée. Toutefois, la disponibilité des données ne peut pas être empilée. La Layer2 doit envoyer les données transactionnelles groupées sous forme de calldata à un contrat intelligent sur Ethereum. Même si ces données sont compressées, on ne peut pas appliquer deux fois la même méthode de compression. Les données de la Layer3 doivent finalement être soumises à la Layer1 (sinon, elles ne pourraient pas hériter de la sécurité), mais le taux de compression ne peut plus être amélioré. Par conséquent, au niveau de la disponibilité des données, aucun gain de coût supplémentaire ne peut être obtenu par empilement.
Par conséquent, la Layer3 ne peut pas simplement suivre la voie de l’empilement mécanique. La solution proposée par l’équipe StarkWare est la personnalisation : attribuer des fonctions différentes à la Layer3 et à la Layer2.
Si nous avons déjà une Layer2, pourquoi aurions-nous besoin d’une Layer3 ?
Ethereum assure la sécurité et la décentralisation, la Layer2 apporte l’extensibilité : on peut dire que le dilemme de la blockchain est résolu. Alors pourquoi une Layer3 ?
Le concept de Layer3 a été initialement introduit par l’équipe StarkWare dans l’article intitulé « Fractal Scaling: From L2 to L3 ». L’équipe pense que cette structure hiérarchique et cette idée d’encapsulation sont précisément au cœur de la vitalité de l’informatique. En outre, la machine virtuelle de la Layer2 maintiendra la décentralisation, servant de couche de calcul générale assurant la composable interopérabilité, tandis que la Layer3 devrait être une chaîne spécialisée pour les applications, répondant aux besoins spécifiques de chaque application. L’universalité de Turing pose une base solide à cette hiérarchisation : une fois qu’un système est Turing-complet, toute application imaginable peut théoriquement y être créée.
En réalité, pour maintenir sa généralité, la Layer2 doit faire certains compromis et ne peut pas satisfaire tous les besoins applicatifs. Le cas le plus direct est que StarkWare, afin de générer plus efficacement des preuves, a développé le langage Cairo et la machine virtuelle CairoVM, qui ne sont pas compatibles avec Ethereum. Une chaîne Layer3 peut alors pallier ce problème de sécurité.
Les cas d’usage possibles pour une Layer3 incluent :
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Compatibilité : Implémenter un interpréteur d’un autre langage au sein de la machine virtuelle de la Layer2, afin de rendre compatible une autre machine virtuelle.
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Efficacité : Si une application requiert un TPS extrêmement élevé (jeux, réseaux sociaux), elle peut consentir à sacrifier une partie de la sécurité en adoptant une solution Validium, en réglant sur la Layer2 ; l’application peut aussi personnaliser son format de transaction pour atteindre un meilleur taux de compression.
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Vie privée : Construire une chaîne dédiée à la confidentialité, réglant sur la Layer2, mais dont les activités ne seraient pas visibles publiquement.
En outre, étant donné qu’une chaîne d’application est spécialisée, elle n’est pas affectée directement par d’autres applications, ce qui rend ses performances et coûts relativement prévisibles. En outre, les transactions de pont ne doivent pas nécessairement être envoyées directement sur la Layer1, ce qui réduit les coûts ; les ponts entre L2-L3 ou L3-L3 sont moins chers. En ce qui concerne la soumission par lots, la Layer3 présente un avantage clair : le coût fixe en gaz pour soumettre un lot est plus faible, et il n’est pas nécessaire d’attendre longtemps pour rassembler davantage de transactions afin de réduire le coût moyen en gaz, atténuant ainsi fortement le dilemme entre délai de confirmation et coût existant sur la Layer2.
Même écosystème de chaînes dédiées : quelle différence entre Layer3 et Cosmos ?
Cosmos est probablement le premier projet à avoir introduit le concept de chaîne d’application. À travers le SDK Cosmos, les utilisateurs peuvent facilement personnaliser et lancer leur propre chaîne d’application. L’IBC de Cosmos, comparé au protocole TCP/IP d’internet, offre une interopérabilité native entre les chaînes construites avec le SDK Cosmos. En résumé, la vision de Cosmos est de construire un univers de blockchains interconnectées.
La Layer3 accorde également une grande importance à l’interopérabilité. Grâce à une architecture technique identique et à des coûts transactionnels faibles, les ponts entre chaînes Layer3 seront caractérisés par l’absence de confiance, rapidité et faible coût, ce qui permet de considérer que la liquidité est partagée entre les Layer3. Du point de vue de l’interopérabilité, Layer3 et Cosmos offrent presque les mêmes fonctionnalités.
Selon l’équipe de recherche et investissement de LK Venture, la principale différence entre Layer3 et Cosmos réside dans leur ancrage à l’écosystème Ethereum, qui constitue à la fois un avantage et un inconvénient.
Concernant les avantages, ils proviennent principalement de la vaste liquidité et du grand nombre d’utilisateurs de l’écosystème Ethereum.
Bien que Cosmos soit technologiquement puissant et le choix privilégié de nombreux géants pour lancer des chaînes, il n’échappe pas pour autant à une faible part de marché. Selon les données de DefiLlama, au 26 juin 2023, la TVL d’Ethereum était de 26,2 milliards de dollars, tandis que l’ensemble de l’écosystème Cosmos totalisait environ 1 milliard. Pour réussir, la Layer3 dépend fortement de l’écosystème Ethereum.
Quant aux inconvénients, ils proviennent principalement de son fort ancrage à Ethereum, entraînant une perte partielle de souveraineté.
Pour les chaînes Cosmos, le modèle de jeton est entièrement conçu librement par l’équipe projet selon ses besoins, avec une forte valorisation du jeton. En revanche, le jeton natif d’une chaîne Layer3 est limité par Ethereum. Bien que l’équipe projet puisse utiliser son jeton natif comme jeton de gaz, il reste indéniable que $ETH est utilisé pour soumettre les données transactionnelles finales à Ethereum. Ainsi, si le jeton de gaz n’est pas $ETH mais un jeton natif propre, l’équipe devra constamment convertir ce jeton en $ETH pour soumettre les données, transférant finalement la valorisation au $ETH.
Un autre aspect de la Layer3 est que tout ce qui est fait sur une Layer3 pourrait en réalité être migré vers une Layer2, cela dépend uniquement du choix de la couche DA.
Si la Layer2 sur laquelle repose la Layer3 connaît un problème de sécurité ou une baisse d’activité, la Layer3 peut migrer à faible coût vers une autre Layer2, voire dépendre directement de la Layer1 pour la disponibilité des données et le règlement, devenant ainsi une Layer2. En raison de son fort ancrage à l’écosystème Ethereum, la Layer3 pourrait donner naissance à de nombreuses innovations.
Perspectives : de la Layer3 vers la couche X
État actuel du développement de la Layer3
Le 22 juin, Offchain Labs a publié un outil permettant de lancer des chaînes Arbitrum Orbit. Orbit Chain est une Layer3 construite au-dessus de la Layer2 Arbitrum, pouvant choisir l’une des trois chaînes suivantes pour le règlement : Arbitrum One, Arbitrum Nova ou Arbitrum Goerli. L’utilisateur peut choisir entre la technologie Rollup ou Anytrust : cette dernière utilise un DAC (Committee of Availability) au lieu de soumettre les données transactionnelles sur chaîne, offrant un coût plus bas mais une sécurité légèrement réduite. Les atouts d’Orbit Chain résident dans sa simplicité de déploiement, son interopérabilité avec l’écosystème Arbitrum, les mises à jour instantanées de Nitro et la compatibilité EVM+ de Stylus (permettant d’écrire en Rust, C, C++ et de fonctionner sur la machine virtuelle WASM). L’utilisateur peut créer librement toute chaîne Orbit, mais doit régler sur la Layer2 Arbitrum ; sinon, une autorisation d’Offchain Labs ou de l’Arbitrum DAO est requise.
Le 26 juin, zkSync a publié un article annonçant qu’il modifierait prochainement son code source ouvert pour lancer ZK Stack, permettant aux utilisateurs de construire leur propre super-chaîne ZK personnalisée. Contrairement à Orbit Chain d’Arbitrum, ZK Stack met l’accent sur la souveraineté et l’interopérabilité : les utilisateurs peuvent totalement personnaliser leurs chaînes, qui bénéficieront d’une interopérabilité sans pont. ZK Stack peut servir à construire à la fois des Layer2 et des Layer3, sans restriction officielle, et il n’est pas obligatoire de régler sur zkSync. De ce point de vue, ZK Stack semble offrir une souveraineté plus forte.
L’équipe StarkWare, première à avoir proposé le concept de Layer3, développe activement l’écosystème Layer3 au sein de Starknet. Madara teste actuellement une version publique de Stack. Lors du hackathon @PragmaOracle, une équipe a réussi à lancer une chaîne d’application en seulement 24 heures grâce à Madara. Toutefois, en raison de l’utilisation par Starknet de la technologie zk-STARK, encore peu mature, davantage de développement sera nécessaire pour peaufiner le produit avant de lancer publiquement Starknet Stack.
L’écosystème Layer3 en est encore à ses débuts, mais avec la sortie imminente d’outils faciles de création de chaînes par les principales Layer2, des Layer3 opérationnelles devraient rapidement apparaître. À mesure que l’infrastructure s’améliore, attirer les utilisateurs devient la priorité absolue pour toutes les chaînes.
La Layer3 est là : les couches supérieures sont-elles encore loin ?
D’un point de vue technique, la Layer3 ne peut plus obtenir de bond de performance par simple superposition. Bien sûr, la Layer3 peut obtenir des avantages spécifiques grâce à la personnalisation, mais la perte de généralité rend difficile un empilement supplémentaire. Bien entendu, rien n’empêche théoriquement une superposition infinie, mais selon l’équipe de recherche et investissement de LK Venture, une telle superposition ne répondrait à aucun besoin réel, tout en augmentant exponentiellement la complexité du système.
Plus important encore, bien que les écosystèmes des couches 1, 2 et 3 soient étroitement liés (dans l’écosystème Ethereum) et que leur interopérabilité soit bien supérieure à celle des chaînes hétérogènes traditionnelles (avec des ponts moins coûteux), elles ne peuvent toujours pas hériter pleinement de l’écosystème les unes des autres. Un contrat déployé sur Arbitrum One ne peut pas être directement appelé sur une Orbit Chain ; la liquidité d’un DEX sur zkSync ne peut pas être directement transférée vers une chaîne ZK Stack.
La situation actuelle est comparable à un centre commercial déjà construit, de plus en plus haut, mais avec peu de commerçants et de clients. Même si le rez-de-chaussée grouille de monde (Ethereum), les gens hésitent encore à monter aux étages supérieurs, car il y a beaucoup moins de commerçants là-haut.
Par conséquent, l’équipe de recherche et investissement de LK Venture pense qu’avant une adoption massive des technologies blockchain, la Layer3 aura du mal à attirer un grand nombre d’utilisateurs. Quant aux Layer4, Layer5… LayerN, même si certaines applications pourraient avoir des besoins spécifiques, il est peu probable qu’elles se présentent publiquement sous l’étiquette « LayerN ».
Un ancien dicton dit : « Le Tao engendre l’Un, l’Un engendre le Deux, le Deux engendre le Trois, le Trois engendre les dix mille êtres. » Le récit de l’extensibilité d’Ethereum s’achèvera-t-il peut-être à la Layer3 ? Seul le temps le dira.
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LK Venture
