Un univers multichaînes fou, un OP Stack fou
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Un univers multichaînes fou, un OP Stack fou
La bataille pour le scaling Layer2 ne fait que commencer. Quelle est votre opinion sur cette guerre sans merci qu'est le Layer2 ?
Dédié à des analyses Web3 approfondiesAuteur : Ac-Core, chercheur chez YBB Capital
Préface
Le récit principal d'ETH a désormais migré de la couche 1 vers la couche 2. S'il est encore perçu comme un simple « lancement instantané de jetons » ERC-20, élargissons notre vision : une ère de « création instantanée de chaînes » est sur le point d'exploser ! Fort d'un écosystème inégalé et d'un TVL extrêmement élevé, Arbitrum domine actuellement la guerre entre les couches 2. Mais cette domination provisoire durera-t-elle longtemps ? Contrairement à Arbitrum Orbit qui propose des solutions de couche 3, OP Stack permet de créer facilement une couche 2 via une « super-chaîne ». Ce texte analyse en profondeur l’architecture OP Stack, les éléments ZK au sein d’OP, ainsi que les questions de sécurité des rollups.
OP Stack ouvre l’univers de la « Super-Chaîne »
Création originale du chercheur Ac-Core de YBB Capital
D'où partira le récit du prochain cycle haussier ? Des blockchains L1 haute performance, des couches 3 encore plus élevées, des couches 2 basées sur ZK, ou bien de la super-chaîne OP Stack ? Une question fascinante et méritant réflexion. Tant qu'Ethereum ne s’autodétruit pas, le titre de « tueur d’Ethereum » restera pour toute autre blockchain un objectif inatteignable lors du prochain marché haussier. Pourtant, au sein de ce géant se cachent de nombreux noyaux puissants, dont l’un est : OP Stack.
Qu'est-ce qu'OP Stack ?
OP Stack peut être compris comme un ensemble de composants logiciels open source permettant à n’importe qui de construire sa propre blockchain de niveau 2 (Layer2) sur Ethereum en utilisant des rollups optimistes. Il déplace la majeure partie du calcul et du stockage hors chaîne, tout en s’appuyant sur Ethereum pour assurer sécurité et finalité. D’un point de vue technique, Optimism réduit considérablement les frais de transaction sur chaîne. OP Stack comprend quatre composants principaux :
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Réseau principal : OP Mainnet est un réseau Layer2 économique et rapide, compatible avec la machine virtuelle Ethereum (EVM) ;
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Contrats : contrats intelligents implémentant la logique centrale et les fonctionnalités d’OP Stack. Ils incluent le système de transition d’état (STS), le prouveur de fraude (FP), la chaîne d’engagement d’état (SCC) et la chaîne de transactions canoniques (CTC) ;
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Services : assurent la disponibilité des données, la synchronisation et la communication entre la couche 1 et la couche 2 ;
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Outils : facilitent le développement, les tests, le déploiement, la surveillance et le débogage des blockchains basées sur OP Stack.
Une ouverture exceptionnelle :
OP Stack vise à devenir une infrastructure modulaire pouvant être forkée pour étendre les blockchains, afin d’intégrer diverses couches 2 en une seule super-chaîne (Superchain). Cela consisterait à intégrer des couches 2 auparavant isolées dans un système interopérable et composable, où lancer une couche 2 serait aussi simple que de déployer un contrat intelligent sur Ethereum aujourd’hui. Le récit passerait ainsi de « lancer un jeton en un clic » à « lancer une chaîne en un clic ». En essence, la super-chaîne forme un réseau de blockchains extensible horizontalement, partageant la sécurité, la couche de communication et les kits de développement d’Ethereum.
Création originale du chercheur Ac-Core de YBB Capital
OP Stack (Over Powered Stack) deviendra la pile modulaire unifiée derrière la super-chaîne, reliant entre elles d’innombrables blockchains capables de communiquer. Cette pile est gérée et développée par le collectif Optimism, qui soutient un système open source partagé pour déployer de nouveaux réseaux de regroupement. OP Stack constitue également un ensemble standardisé de modules open source. Ne ressemble-t-il pas alors à un Cosmos entièrement sécurisé par Ethereum ? Alors que l’on parlait d’une complémentarité entre ETH et ATOM, OP Stack pourrait finalement devenir le tueur de Cosmos ! Décortiquons maintenant sa définition :
Un module est un élément de données que tout développeur peut intégrer à OP Stack. La « standardisation » de cette super-chaîne signifie qu’il existe un consensus sur les normes d’un module, permettant à tous de l’implémenter. Être entièrement open source signifie qu’il est offert gratuitement à quiconque souhaite développer, itérer ou envoyer des requêtes. Les développeurs peuvent librement changer de module aux niveaux d’exécution, de consensus, de règlement et de disponibilité des données d’une chaîne.
Par exemple, dYdX a choisi de quitter Ethereum pour une blockchain d’applications Cosmos, car il souhaitait davantage de modularité au niveau du consensus. C’est un bon départ, incitant davantage de DApps indépendants à choisir la blockchain correspondant le mieux à leurs besoins — Luna en était l’exemple le plus emblématique, avant sa chute. Heureusement, OP Stack résout ce problème grâce à une conception facilitant le fork de code, permettant aux développeurs d’abstraire facilement différentes parties d’une blockchain et de les modifier via des modules interchangeables.
Principes de conception d’OP Stack :
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Efficacité : Construire n’importe quoi avec OP Stack et lancer une blockchain en un clic ;
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Simplicité : Réutiliser du code et des kits existants pour améliorer la sécurité et réduire la complexité de maintenance, abaissant ainsi les barrières d’entrée ;
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Extensibilité : Le Collectif Optimism rendra entièrement open source le code principal d’OP Stack.
Architecturalement, OP Stack peut être divisé de bas en haut en six couches : la couche DA (disponibilité des données), la couche de séquençage (Sequencing Layer), la couche de dérivation (Derivation Layer), la couche d’exécution (Execution Layer), la couche de règlement (Settlement Layer) et la couche de gouvernance (Governance Layer). Chaque couche d’OP Stack est constituée d’API modulaires pouvant être combinés ou dissociés librement. Les plus critiques sont la couche DA, la couche d’exécution et la couche de règlement, qui forment le flux de travail principal d’OP Stack.
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Couche de disponibilité des données (DA) : Source initiale des données d’OP Stack. Peut utiliser un ou plusieurs modules de disponibilité des données. Actuellement, Ethereum en est la principale, mais d’autres chaînes pourraient s’y ajouter à l’avenir ;
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Couche d’exécution : Structure d’état d’OP Stack, pouvant supporter EVM ou d'autres machines virtuelles. Elle étend le support des transactions Layer2 initiées sur Ethereum, ajoutant des frais supplémentaires de données Layer1 par transaction, représentant le coût global de publication sur Ethereum ;
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Couche de règlement : Destination des données de transaction Layer2 d’OP Stack. Après confirmation sur Layer2, les informations sont envoyées à la blockchain cible pour règlement final. À l’avenir, elle pourrait intégrer des mécanismes de preuves d’effectivité comme ZK, permettant de franchir les silos entre chaînes, voire relier les îlots entre les couches 2 OP et celles basées sur ZK.
La règle de la chaîne (Chain Law) :
Création originale du chercheur Ac-Core de YBB Capital
L’espace de blocs infini d’Ethereum est une étape clé vers l’adoption massive, mais cette expansion entraîne aussi une fragmentation. Le déploiement sans permission pose de nouveaux défis : chaque nouvelle chaîne OP Stack grandit indépendamment, sans méthode directe pour partager normes et améliorations. Utilisateurs et développeurs font face à un défi colossal : évaluer individuellement chaque chaîne selon sa sécurité, qualité et neutralité. Pour réaliser la super-chaîne, OP Stack doit passer d’un espace de blocs indépendant et dispersé à un collectif unifié, œuvrant ensemble pour un espace de blocs ouvert et décentralisé. La « règle de la chaîne » établit les principes directeurs de la gouvernance Optimism et de la super-chaîne. Cette gouvernance passe de la gestion d’une chaîne unique à celle de standards partagés entre multiples chaînes, définissant ainsi les attributs requis pour faire partie de la super-chaîne, tout en priorisant la protection des utilisateurs. Fondamentalement, la « règle de la chaîne » est un contrat social (non juridique), rendant les discussions communautaires essentielles. Elle permettra à la super-chaîne de garantir :
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Garantir un espace de blocs homogène, neutre et ouvert : Adhérer à la règle de la chaîne, c’est s’engager à protéger utilisateurs, développeurs et autres parties prenantes. Toute chaîne, quelle que soit sa taille, faisant partie de la super-chaîne, peut prouver de manière crédible l’homogénéité, la neutralité et l’ouverture de son espace de blocs grâce à la gouvernance Optimism ;
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Bénéficier d’améliorations continues : Les mises à jour partagées signifient que la super-chaîne bénéficie toujours des meilleures technologies, sans avoir à gérer soi-même la maintenance ;
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Fournir une infrastructure meilleure et plus accessible : Puisque toutes les chaînes de la super-chaîne s’engagent crédiblement autour d’un standard, elles peuvent collaborer pour assurer accessibilité et rentabilité de services clés comme l’indexation et le tri.
Questions à méditer :
OP Stack peut-il enrichir OP ?
À quoi sert le jeton OP ? Si des chaînes comme Basechain reversent une partie de leurs revenus au Collectif Optimism, alors les recettes du « trésor » dépendront de leur « valeur », créée par de nouveaux récits alimentant le prix du jeton. Ainsi, la logique du marché secondaire d’OP ressemblerait à celle d’ATOM. Bien que cette solution semble optimale aujourd’hui, si davantage de chaînes imitent Basechain, le Collectif Optimism en bénéficiera largement. Cette dynamique rappelle-t-elle UNI ? Ces deux projets ont une solide base technique, mais leurs jetons manquent de cas d’utilisation concrets au-delà du vote et de la gouvernance. Toutefois, les couches 2 font face à un problème de séquenceur centralisé : même si le jeton Layer2 sert uniquement à choisir un leader (et non à voter pour le consensus), la valeur du droit de séquençage s’accumule néanmoins sur le jeton Rollup.
En outre, l’équipe OP a publié le 25 juillet une proposition appelée « Loi de la Chaîne », visant à lancer un modèle de gouvernance partagée et un séquenceur commun pour toutes les chaînes utilisant OP Stack. L’objectif est de formaliser le modèle de « reversement des profits », générant davantage de bénéfices pour tout l’écosystème OP (comme expliqué précédemment dans la section sur les principes d’OP Stack). Comparé au modèle de sécurité partagée de Cosmos, cela représente une approche similaire mais innovante.
Différence entre OP Stack et ZK Stack :
OP Stack : multi-chaînes, un seul choix
Comme vu ci-dessus, OP Stack adopte un modèle multi-chaînes similaire à Cosmos, mais avec un seul choix possible. En effet, OP Stack exige que chaque chaîne valide les transactions des autres chaînes ; sinon, il faudrait attendre plusieurs jours sur Layer1 pour obtenir un résultat. Un séquenceur unique et partagé, une allocation centralisée du MEV, et une protection par contrat et gouvernance sont donc la seule manière permettant aux rollups optimistes d’assurer une interopérabilité transparente entre chaînes.
ZK Stack : multi-chaînes, multiples choix
Contrairement à OP Stack, ZK Stack permet aussi plusieurs chaînes, mais avec davantage de liberté : chaque chaîne peut choisir son propre séquenceur, gérer son MEV à sa guise, et être protégée par les mathématiques et le code (notez bien : OP Stack est protégé par contrat et gouvernance). En effet, si ZK adoptait un ensemble très limité de séquenceurs partagés, la confiance aveugle entre chaînes par les seules mathématiques annulerait la valeur des preuves de connaissance nulle.
Les éléments ZK dans OP Stack
Création originale du chercheur Ac-Core de YBB Capital
Étant donné qu’OP Stack est une architecture totalement ouverte, elle rend possibles l’émergence de zkvm, zkmips, zkwasm, zkevm, etc. Cependant, ces éléments ZK diffèrent des « véritables ZK ». On peut imaginer qu’à l’avenir, un partenariat idéal entre OP Rollup et ZK Rollup verra le jour.
Implémenter la preuve de connaissance nulle (ZKP) pour OP :
Selon les dernières avancées, l’équipe derrière Mina prévoit d’utiliser son propre système Plonk + engagements KZG + algorithme de pliage Nova pour implémenter une machine virtuelle zkmips sur OP Stack. Bien que ce projet soit encore immature, il mérite exploration. Son objectif est de permettre aux couches 2, à la couche 1 et aux différentes chaînes OP de communiquer entre elles de façon sécurisée et à faible latence via des preuves de connaissance nulle. Il s’agit d’une preuve ZKP pour une architecture d’ensemble d’instructions (ISA) bien supportée, capable de prouver le comportement des programmes tolérants aux pannes d’Optimism, posant ainsi les bases pour prouver tout système blockchain basé sur OP Stack.
Création originale du chercheur Ac-Core de YBB Capital
Réussir cette mission implique de concevoir un système de preuve de connaissance nulle (ZKP) capable de prouver le comportement des programmes tolérants aux pannes OP à l’aide d’une ISA supportée par un compilateur Go (MIPS, RISC-V ou WASM). En outre, ce système de preuve doit valider la transition d’état entre deux blocs d’une chaîne OP Stack standard, démontrant sa faisabilité pratique. Outre la preuve de l’exécution standard de l’ISA, le support de tolérance aux pannes introduit des exigences supplémentaires.
Plus précisément, le programme tolérant aux pannes introduit le concept d’Oracle de pré-image, utilisant un appel système spécial pour charger des données externes dans le programme. Chaque machine virtuelle de preuve de panne doit implémenter un mécanisme permettant de placer le hachage de certaines données à un emplacement spécifique en mémoire via un appel système, puis charger la pré-image de ce hachage en mémoire pour usage du programme. L’Oracle de pré-image sert aussi à initialiser les entrées du programme.
Essais vers un séquenceur décentralisé :
Le 21 juillet 2023, Espresso Systems a annoncé que sa proposition de construction d’un séquenceur décentralisé pour OP Stack, basé sur un système d’élection de leader, avait été acceptée, devenant ainsi contributeur d’OP Stack et de la Superchain. Son protocole principal, HotShot, est un protocole de consensus ultrarapide utilisant le re-staking pour permettre aux validateurs Ethereum de participer, visant une échelle comparable à celle du jeu de validateurs Ethereum. Le projet a également développé Espresso Sequencer, intégré à une implémentation complète de ZK rollup, notamment une branche de Polygon zkEVM.
Qu'est-ce que l'élection de leader ?
L’élection de leader désigne la capacité dans un système distribué à alterner différents leaders responsables de créer la prochaine transition d’état canonique. En blockchain, cela permet à différents producteurs de blocs de générer des blocs à différents moments. L’algorithme d’élection de leader peut être concurrentiel ou non concurrentiel.
Dans le cadre de la preuve de travail, un algorithme concurrentiel signifie que plusieurs entités potentielles rivalisent simultanément pour devenir leader. Un algorithme non concurrentiel implique qu’un seul leader connu existe à un moment donné. Dans le cas de Gasper d’Ethereum, un seul acteur connu est désigné à chaque instant, sans possibilité pour un autre de prendre sa place à ce moment-là.
Lorsque le réseau de proposants est séparé du réseau de bâtisseurs (le réseau de bâtisseurs choisissant seulement l’ordre des transactions, tandis que les proposants signent les blocs), l’entité unique chargée de produire un bloc à un moment donné se divise en de nombreuses entités potentielles, compétitives pour produire le bloc le plus lucratif à cet instant. En raison du MEV, cette compétitivité revient naturellement.
Comprendre les effets secondaires de divers mécanismes d’élection de leader entre différentes chaînes OP Stack est extrêmement difficile. Pour l’instant, l’élection de leader est la solution la plus populaire, car elle favorise une décentralisation accrue du séquençage. Néanmoins, cette approche n’assure pas une décentralisation absolue du séquenceur, nécessitant donc une grande prudence.
Les rollups sont-ils vraiment sûrs ?
Fonctionnement d’Ethereum :
Le principe d’Ethereum est que chaque nœud stocke et exécute chaque transaction soumise par les utilisateurs. Ce haut niveau de sécurité rend le réseau très coûteux, justifiant la solution de scaling appelée Rollup. En résumé : Rollup = un ensemble de contrats sur la couche 1 + un réseau de nœuds sur la couche 2, soit un contrat intelligent sur chaîne + un agrégateur hors chaîne. Le règlement, le consensus et la disponibilité des données reposent sur Ethereum, la couche 2 ne gérant que l’exécution.
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Le contrat intelligent sur chaîne signifie que son modèle de confiance repose sur un contrat intelligent d’Ethereum, tirant parti de sa sécurité ;
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L’agrégateur hors chaîne exécute et regroupe les transactions hors chaîne, compresse de gros volumes de transactions, puis les publie sur le réseau principal Ethereum, offrant rapidité et faible coût.
Le réseau de nœuds Layer2 comprend plusieurs composants, dont le séquenceur (Sequencer) est le plus critique. Il reçoit les demandes de transaction sur Layer2, détermine leur ordre d’exécution, regroupe les transactions en lots (Batch), puis les transmet au contrat Layer1 du projet Rollup. Avant de poursuivre, notons un fait important : comme illustré ci-dessous, tous les séquenceurs des Rollups Layer2 d’Ethereum sont actuellement centralisés.
Source de l'image : capture d’écran officielle Twitter
Problème du séquenceur centralisé :
Les nœuds complets Layer2 peuvent obtenir la séquence de transactions de deux façons : directement depuis le séquenceur, ou en lisant les lots (Batch) envoyés par le séquenceur à Layer1. Cette dernière méthode offre une immuabilité plus forte. Comme l’exécution des transactions modifie l’état du grand livre blockchain, pour assurer la cohérence, les nœuds complets Layer2 doivent non seulement connaître l’ordre des transactions, mais aussi synchroniser l’état du grand livre avec celui du séquenceur. Ainsi, la tâche du séquenceur consiste non seulement à envoyer les lots de transactions au contrat Rollup sur Layer1, mais aussi à transmettre les résultats de mise à jour d’état (StateRoot/StateDiff) à Layer1. En termes simples, le séquenceur traite et ordonne les transactions en blocs ajoutés à la blockchain, regroupe les transactions et les publie dans un contrat intelligent Layer1.
Pour un nœud complet Layer2, dès lors qu’il dispose de la séquence de transactions Rollup sur Layer1 et du StateRoot initial, il peut reconstituer le grand livre Layer2 et calculer le dernier StateRoot. Inversement, si le StateRoot calculé par le nœud complet diffère de celui publié par le séquenceur sur Layer1, cela indique une fraude du séquenceur. En somme, comparé au réseau interne Layer2, Layer1 est plus décentralisé, plus fiable (trustless) et plus sûr.
OP Stack :
Alors, une couche 2 peut-elle falsifier des transactions inexistantes ou erronées, par exemple transférer des actifs Token Layer2 vers l’adresse du séquenceur, puis vers Layer1, volant ainsi les actifs des utilisateurs ? La réponse est : oui, c’est tout à fait possible. Face à ce risque de fraude du séquenceur, différents types de Rollup adoptent des mesures variées.
Prenons l'exemple d’Optimistic Rollup : il autorise les nœuds complets Layer2 à fournir une preuve de fraude (Fraud Proof), démontrant que les données publiées par le séquenceur sur Layer1 sont incorrectes. Mais pour Optimism, qui n’a pas encore implémenté de preuve de fraude, s’il voulait voler les actifs des utilisateurs Layer2 via le séquenceur, il suffirait de falsifier les instructions de transaction, transférer les actifs d’autrui vers son adresse, puis utiliser le pont intégré du Rollup pour transférer les jetons volés vers Layer1.
Pour résoudre ce problème potentiel, la solution actuelle repose soit sur la surveillance communautaire et médiatique (créant une sorte de « consensus »), soit sur la caution officielle d’OP. En théorie, la sécurité d’OP Rollup dépend donc de l’existence d’au moins un nœud complet Layer2 honnête capable de produire une preuve de fraude, comme mentionné précédemment dans la section « OP Stack vs ZK Stack » : OP Stack suit un modèle « multi-chaînes, un seul choix ».
Création originale du chercheur Ac-Core de YBB Capital
ZK Stack :
Examinons maintenant ZK Stack. Dans un réseau ZK Rollup, il existe des nœuds Prover, chargés de publier les lots de transactions du séquenceur et de générer des preuves d’effectivité. Ces preuves sont vérifiées par un contrat spécialisé sur Layer1. Dès qu’un lot de transactions et son StateRoot/StateDiff associé passent la vérification par le contrat Verifier, la transaction est définitivement confirmée. Con
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