Rollup, la pierre angulaire d'une adoption massive des utilitaires DePIN ?
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Rollup, la pierre angulaire d'une adoption massive des utilitaires DePIN ?
La technologie des blockchains modulaires, en particulier les solutions de type Rollup, résout efficacement le problème de la scalabilité des blockchains et ouvre la voie à une large adoption des projets DePIN.
Dédié à des analyses Web3 approfondiesRédaction : Arkreen
Traduction : Baihua Blockchain
Bitcoin a réussi à résoudre le défi du consensus dans un environnement décentralisé grâce à l'innovation de la technologie blockchain. Par la suite, les ingénieurs se sont attelés à relever le défi complexe de l'amélioration de l'évolutivité, une tâche ardue en raison du conflit inhérent entre évolutivité, sécurité et décentralisation, un dilemme souvent appelé le « trilemme de la blockchain ». Ce dilemme a constitué un obstacle majeur à l'adoption généralisée des blockchains. Trouver un équilibre entre la sécurité et la décentralisation — deux piliers essentiels à l'intégrité d'une blockchain — reste un défi permanent. En cas de déséquilibre, la blockchain risque de devenir similaire aux systèmes centralisés. De plus, une faible évolutivité augmente également le coût d'utilisation de la blockchain. Ainsi, malgré son potentiel, l'adoption massive des blockchains a été freinée ces dernières années.
1. Qu'est-ce qu'une blockchain modulaire ?
Ces dernières années, face au trilemme de la blockchain, les ingénieurs ont trouvé une solution viable : la blockchain modulaire. Cette approche innovante consiste à diviser la blockchain en différents modules et couches, chaque couche étant spécialisée pour répondre à un besoin spécifique. Généralement, la sécurité et la décentralisation sont priorisées au niveau de la première couche (L1), tandis que l'évolutivité est traitée à la deuxième couche (L2).
D’un point de vue conceptuel, L1 et L2 peuvent être perçus comme des blockchains distinctes mais interconnectées. L1 assure la sécurité et la décentralisation de L2, c’est pourquoi l’état des nœuds est résolu sur L1. L1 exécute principalement les transactions et stocke l’état, jouant ainsi le rôle de colonne vertébrale. Il convient de noter que même si tous les nœuds L2 étaient hors ligne, la communauté pourrait restaurer L2 à partir des informations stockées sur L1, renforçant ainsi la résilience de cette solution modulaire.
Dans une blockchain modulaire typique, plusieurs modules clés assurent les fonctionnalités :
1) Consensus : ce module crucial détermine quelles transactions doivent être incluses dans la blockchain et leur ordre.
2) Exécution : il s’occupe de l’exécution des transactions et de l’obtention de l’état suivant.
3) Règlement (Settlement) : il valide l’état du consensus. Conçu pour trancher en cas de divergence d’état, ce module intervient pour faciliter la résolution.
4) Disponibilité des données (DA) : garantissant un accès universel à l’historique des transactions au sein de la communauté, ce module est fondamental pour les procédures de règlement et la récupération de la blockchain.
2. Qu'est-ce que Layer 2 (L2), et pourquoi Ethereum en a-t-il besoin ?
Layer 2 (L2) est un concept dans la technologie blockchain qui désigne des protocoles et solutions construits au-dessus d’une blockchain principale (généralement appelée première couche ou L1), afin d’améliorer l’évolutivité et l’efficacité. En tant que plateforme blockchain leader, Ethereum nécessite des solutions Layer 2 pour surmonter ses limites d’évolutivité et ses frais de transaction élevés.
Voici pourquoi Ethereum a besoin de Layer 2 :
1) Tâche 1 : Clarifier les détails et l’ordre des transactions
À mesure que le réseau Ethereum croît, le volume des transactions augmente, entraînant congestion et frais plus élevés. Les solutions Layer 2 permettent d’alléger ce problème en traitant les transactions en dehors de la chaîne principale d’Ethereum. Ces transactions sont ensuite regroupées et régulièrement consolidées sur la chaîne principale, réduisant ainsi la congestion et les frais de gaz, tout en maintenant la sécurité.
2) Tâche 2 : Transmettre l’état mis à jour après exécution des transactions, et existe-t-il une méthode pour en vérifier l’exactitude ?
Après exécution des transactions sur Layer 2, Ethereum a besoin d’un mécanisme pour transmettre cet état actualisé à la chaîne principale (Layer 1). Cela implique généralement l’utilisation de preuves cryptographiques ou d’engagements pour garantir que la transition d’état est valide et vérifiable. Des mécanismes de vérification, tels que les preuves de fraude (fraud proofs) ou les zk-rollups, permettent de confirmer l’exactitude des transactions sans compromettre la sécurité.
3) Tâche 3 : Existe-t-il un mécanisme dédié pour faciliter les appels inter-chaînes ?
Pour permettre à Ethereum d’interagir de manière fluide avec d’autres blockchains ou solutions Layer 2, un mécanisme spécifique doit faciliter les appels inter-chaînes. Des protocoles d’interopérabilité, tels que les ponts ou les standards de communication inter-chaînes, permettent aux actifs et aux données de circuler en toute sécurité et efficacement entre différentes chaînes, élargissant ainsi les capacités et l’écosystème d’Ethereum.
En résumé, les solutions Layer 2 sont cruciales pour Ethereum afin de relever les défis d’évolutivité, améliorer le débit des transactions, réduire les frais, tout en préservant l’interopérabilité et la sécurité avec d'autres blockchains.
3. Explorer comment les Rollups accomplissent ces trois tâches
Les Rollups sont qualifiés de L2 ; examinons comment ils fonctionnent pour accomplir ces trois tâches.
1) Tâche 1 : Disponibilité des données (DA)
Tout d’abord, le processus commence par l’envoi d’une quantité spécifiée d’ETH vers le réseau Layer 2 (L2) pour payer les frais de gaz. Cette étape, effectuée via un pont inter-chaînes (bridge) L1→L2, est appelée « dépôt ». En général, le réseau L2 exécute également un nœud L1 ; il suffit d’attendre la confirmation finale du bloc L1 contenant la transaction de dépôt. Une fois confirmé, le dépôt est sécurisé.
Ensuite, la transaction est envoyée au séquenceur L2. Le nœud séquenceur L2 gère efficacement ces transactions. On peut le comparer à un processus blockchain standard : le séquenceur construit des blocs contenant les transactions, les exécute et maintient l’état le plus récent de la chaîne. Généralement, toutes les deux minutes ou dès qu’un nombre suffisant de transactions est collecté, le séquenceur L2 compresse les transactions et les soumet de manière sécurisée à la chaîne L1. Cette approche stratégique garantit que L1 dispose d’une connaissance complète des transactions L2 et de leur ordre précis. Une fois la tâche 1 accomplie, on qualifie l’ensemble du processus de « disponibilité des données (DA) ».
2) Tâche 2 : Rollups Optimistes (OP) et Zero-Knowledge (ZK)
À présent, les nœuds L1 et L2 peuvent observer les transactions exécutées par le séquenceur L2. Ces transactions sont fortement compressées et stockées uniquement dans le calldata, entraînant des frais de gaz minimes. Les autres nœuds L2 préfèrent récupérer les données DA (disponibilité des données) depuis L1, source fiable, plutôt que de compter sur le réseau pair-à-pair L2, bien qu’ils reçoivent aussi les blocs de L2 (sans y accorder pleinement confiance). Généralement, par exemple toutes les heures, le nœud séquenceur L2 soumet le hash racine Merkle de l’état L2 au contrat Rollup sur L1. Cette opération synchronise L1 avec l’état le plus récent de L2. Toutefois, à ce stade, L1 ne fait pas automatiquement confiance à ces informations. Pour convaincre L1 de leur exactitude, L2 utilise deux méthodes : OP et ZK — dont les détails seront abordés plus tard. Une fois la tâche 2 accomplie, félicitations !
3) Tâche 3 : Retrait depuis Layer 2
Une fois vos activités terminées sur L2 et que vous décidez de retirer vos ETH vers L1, ce processus s’appelle un « retrait ». Bien qu’il puisse ressembler à d’autres opérations inter-chaînes, la différence clé est que le retrait prend sa source sur L2, ce qui implique une sécurité différente. Du côté L1, l’opération de retrait doit être traitée avec soin. Puisqu’elle provient d’un monde externe situé en dehors de L1, son déclenchement déclenche une transaction sur L1 (par exemple, le transfert d’un token). Si cette transaction n’est pas correctement exécutée, elle pourrait modifier l’état de L1.
Le processus de retrait comprend les étapes suivantes :
1) Lancer la transaction de retrait sur L2, similaire à d’autres scénarios inter-chaînes.
2) Attendre que la transaction soit « roulée » vers L1, incluant disponibilité des données (DA) et état. Utiliser la méthode OP ou ZK pour valider l’exactitude de l’état.
3) Exécuter la transaction de retrait sur L1, similaire à d’autres scénarios inter-chaînes.
4. OP et ZK Rollups
Plongeons plus profondément dans OP et ZK pour comprendre comment L2 garantit l’exactitude de l’état soumis à L1, fondement même de la sécurité des Rollups.
OP signifie « optimiste ». L1 suppose de manière optimiste que le nœud séquenceur L2 est honnête, sans pour autant lui faire aveuglément confiance. Il ouvre une fenêtre de contestation, généralement de sept jours. Pendant cette période, tout nœud L2 peut contester la validité du hash racine déclaré. La transaction contestée est alors rejouée sur L1 pour déterminer qui a raison entre le séquenceur et le contestataire. En cas de contestation réussie, le nœud séquenceur est puni, et le contestataire reçoit les fonds mis en jeu sur L1. L’état est corrigé selon la valeur exacte, mais attention : seul le hash racine de l’état est modifié, pas la liste des transactions.
Dans un cadre typique, les opérateurs de DApp L2 gèrent leurs propres nœuds L2, ouvrant ainsi la voie à d’éventuels contestataires. Du point de vue du contestataire, si le nœud séquenceur fournit des informations inexactes, une contestation réussie peut rapporter une récompense substantielle provenant des fonds mis en jeu par le séquenceur sur L1. Il est donc crucial d’initier une contestation en cas d’état incorrect. Inversement, du point de vue du séquenceur, s’il soumet un hash racine erroné, la contestation devient inévitable, entraînant une sanction, la perte de ses fonds mis en jeu sur L1, et la correction du hash racine. Cela dissuade fortement de soumettre un état inexact, assurant ainsi le bon fonctionnement sécurisé de la solution optimiste.
Cependant, la solution OP présente un inconvénient : la fenêtre de contestation de 7 jours. Cela signifie que si vous souhaitez retirer vos tokens vers L1 via le pont officiel OP, vous devez attendre 7 jours après avoir lancé le retrait sur L2. Toutefois, pour les utilisateurs retirant des tokens interchangeables (par exemple ERC20), des DApps tiers permettent d’accélérer ce processus à moindre coût.
D’un autre côté, ZK (Zero-Knowledge) repose sur un algorithme cryptographique appelé « preuve de connaissance nulle ». Le nœud séquenceur exécute un zk-EVM sur L2 et génère une preuve ZK attestant que l’état L2 a correctement évolué d’un état initial à un état final après application d’un ensemble de transactions. Cette preuve peut être vérifiée par un contrat sur L1, garantissant ainsi que L1 peut faire confiance à la validité de la transition d’état. La génération d’une preuve ZK peut être difficile et prendre plusieurs heures. En revanche, le processus de vérification est simple, ne nécessitant qu’une transaction basique sur l’EVM. Comparé à OP, le délai de retrait avec ZK est généralement de quelques heures, offrant une option plus efficace. De plus, avec des ordinateurs plus puissants, ce délai peut encore être réduit.
En analysant attentivement OP et ZK, il est clair que les deux permettent d’étendre L1 en ne nécessitant de confiance qu’en une transaction L1, éliminant ainsi le besoin de faire confiance à quoi que ce soit sur L2. Dans un système Rollup composé de L1 et L2, la sécurité et la décentralisation sont étroitement alignées sur L1, tandis que l’évolutivité s’étend au potentiel combiné de L1 et L2. Rassembler plusieurs L2 sur une même L1 étend considérablement l’évolutivité.
Les ZK-Rollups regroupent les transactions par lots, Chainlink
5. Vers une adoption massive : le rôle des Rollups dans l’utilité DePIN
Généralement, l’utilisation des Rollups permet à Ethereum d’atteindre des milliers de TPS. Toutefois, le goulot d’étranglement actuel réside dans la disponibilité des données (DA). Même si les transactions L2 sont efficacement compressées avant d’être soumises à L1, l’augmentation du volume des transactions fait grimper les coûts en gaz. Une autre approche consiste à soumettre les transactions à un service de stockage décentralisé tiers, réalisant ainsi d’importantes économies de gaz dans les blocs L1. Combinée à d’autres solutions, cette méthode pourrait offrir une évolutivité quasi illimitée. Mais cela comporte des compromis, car il faut tenir compte de l’impact de ce service de stockage tiers sur la sécurité du système. En somme, la blockchain peut atteindre une évolutivité immense tout en conservant sécurité et décentralisation. Le trilemme de la blockchain est résolu. Cette percée ouvre la voie à une adoption massive. Ainsi, les Rollups constituent une étape clé vers l’adoption généralisée de l’utilité DePIN.
DePIN, ou Decentralized Physical Infrastructure Networks, utilise des récompenses blockchain pour favoriser le développement d’infrastructures physiques. Prenons l’exemple d’Arkreen : il utilise des incitations sous forme de tokens pour encourager les individus à contribuer à la construction d’un réseau d’énergie propre. Ici, les mineurs installent des systèmes solaires, collectent les données de production d’électricité et les soumettent au réseau Arkreen. Ce dernier identifie et filtre les données honnêtes et précieuses, puis récompense les mineurs en tokens proportionnellement à leurs données. Arkreen fonctionne de manière décentralisée, compte déjà plus de 12 000 mineurs et devrait atteindre des millions prochainement. Il a donc besoin d’une infrastructure blockchain hautement évolutive pour accueillir ce vaste groupe. Jusqu’alors, atteindre un tel niveau d’évolutivité était techniquement et économiquement difficile. Grâce à l’évolutivité apportée par les blockchains modulaires (comme les Rollups), cela devient désormais réalisable.
Imaginez des projets DePIN construits sur des blockchains modulaires (comme les Rollups), capables d’atteindre une haute évolutivité à très faible coût, tout en bénéficiant de la sécurité et de la décentralisation d’une blockchain de base comme Ethereum. Les tokens émis par les projets DePIN, appelés RWA (Real World Assets), tirent leur valeur d’actifs réels. Ces actifs, dotés de liquidité sur la chaîne, génèrent des revenus pour les mineurs, les incitant à contribuer à la croissance du réseau DePIN, créant ainsi une boucle de valeur. Plusieurs projets DePIN peuvent coopérer dans le monde réel et former un écosystème DePIN sur la chaîne, augmentant davantage la valeur globale. Cette collaboration renforce la capacité de la blockchain à servir l’économie réelle, stimulant une nouvelle phase de croissance dans l’espace blockchain.
6. Conclusion
Les blockchains modulaires (telles que les Rollups) résolvent efficacement le trilemme de la blockchain, offrant une évolutivité accrue et ouvrant la voie à une adoption généralisée. Dans le contexte des projets DePIN, la demande croissante pour des services blockchain performants et rentables trouve une réponse adéquate dans les blockchains modulaires. Soutenus par ces infrastructures, les projets DePIN sont appelés à acquérir une valeur considérable.
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