Rapport de recherche Lumoz : chaînes modulaires, réduction considérable des coûts de calcul ZKP
TechFlow SélectionTechFlow Sélection
Rapport de recherche Lumoz : chaînes modulaires, réduction considérable des coûts de calcul ZKP
Lumoz fournit une couche de calcul modulaire pour ZK Rollup, en utilisant un mécanisme de consensus hybride PoS et PoW.
Dédié à des analyses Web3 approfondiesRédaction : ZeY
Résumé
1. Depuis sa création, Ethereum fait face à des problèmes de scalabilité. L’extension reste une technologie clé pour l’adoption massive du Web3. Rollup est la solution principale d’extension en couche 2 (Layer 2), dont l’idée centrale consiste à publier sur la chaîne les blocs de données transactionnelles « empaquetés », réduisant ainsi la difficulté de validation de la validité des transactions. Selon les méthodes de validation de la validité des données, les Rollups peuvent être divisés en Optimistic Rollups et ZK Rollups.
2. Les principaux défis actuels auxquels le secteur des ZK Rollups fait face sont trois : le coût élevé du calcul des preuves à connaissance nulle (ZKP), et la majorité des zk rollups dépendent encore actuellement de Provers centralisés ; la complexité de la technologie de la connaissance nulle rend difficile la construction de ZK-rollups compatibles avec EVM ; par ailleurs, de nombreux ZK Rollups utilisent actuellement des ponts tiers pour les interactions, ce qui comporte certains risques de sécurité.
3. NanFeng, cofondateur et PDG de Lumoz, diplômé de l'Université Tsinghua, dirige une équipe ayant consacré près de cinq ans depuis 2018 au développement de la technologie ZK. Dès le départ, Lumoz s'est engagé à rendre le calcul à connaissance nulle plus efficace et accessible.
4. Lumoz a terminé deux phases de testnet incitatives, atteignant un total de 282 000 participants, 28 137 validateurs, 145 mineurs PoW et plus de 60 projets déployés dans son écosystème. En mai 2024, Lumoz a annoncé avoir levé un nouveau tour de financement stratégique valorisant la société à 300 millions de dollars. À ce jour, les fonds cumulés s’élèvent à 14 millions de dollars, provenant notamment d’OKX Venture, Hashkey Capital, Polygon, Kucoin Ventures, IDG Blockchain, Gate Ventures, SevenUpDAO et Sweep Ventures.
5. Lumoz fournit une couche modulaire de calcul pour les ZK Rollups, adoptant un mécanisme hybride de consensus PoS et PoW. Le réseau d'algorithme ZK-PoW réduit considérablement le coût de calcul des ZKP tout en résolvant le problème du Prover centralisé. Il introduit également le zkVerifier pour valider les ZKPs générées par les zkProver. La configuration matérielle requise pour les nœuds zkVerifier est relativement faible, et la prochaine mise en vente de nœuds renforcera davantage la décentralisation et la résistance à la censure du réseau de validation.
6. Lumoz RaaS Launch Base est hautement compatible avec les principales piles techniques ZK Rollups telles que Polygon zkEVM, zkSync, Scroll et Starknet, faisant de lui actuellement le projet offrant la plus grande compatibilité technique du marché. Il permet de répondre précisément aux difficultés d'intégration entre la technologie ZK et EVM, et offre une solution « one-click launch » pour répondre aux besoins personnalisés des projets souhaitant créer leur propre ZK Rollup. Ses clients incluent ZKFair, Merlin Chain, Coin98, Ultiverse, Mari1x, Fortnite (Efuse) et Viction.
7. Le protocole NCRC proposé par Lumoz permet une interconnexion fluide entre plusieurs ZK Rollups via un « pont natif » (Native Bridge), garantissant une sécurité totale et une absence de confiance puisque les actifs des utilisateurs ne transitent par aucun protocole tiers.
8. Lumoz adopte un modèle économique à double jeton : le jeton fonctionnel MOZ est utilisé pour les frais de transaction et d'utilisation des ressources, tandis que le jeton d’intérêt esMOZ récompense les participants et peut être délégué aux nœuds zkVerifier. Les jetons esMOZ peuvent être échangés contre des MOZ selon différentes périodes et taux de rachat. À ce jour, Lumoz n’a pas publié de nouvelle distribution des jetons dans son livre blanc.
9. À l’avenir, le marché RaaS semble prometteur, et les ZK Rollups devraient devenir la solution dominante parmi les Rollups. Par ailleurs, la gestion communautaire et le développement de l’écosystème pourraient surpasser la technologie comme principal défi dans la construction des Rollups. Grâce à son expertise approfondie en technologie ZK, Lumoz est bien positionné pour rester leader dans le domaine ZK RaaS et continuer à promouvoir l'adoption généralisée de la technologie ZK-Rollup.
I. Contexte
1. Solution d’extension Rollup
Ethereum fait face à des problèmes de scalabilité depuis sa création. L’extension reste une technologie clé pour l’adoption massive du Web3.
Les solutions d’évolutivité construites sur Ethereum sans modification du protocole de base de la couche 1 sont appelées solutions Layer 2. Ces solutions traitent les transactions indépendamment du réseau Ethereum, tout en ancrant leur sécurité sur la couche 1 via des contrats intelligents, créant ainsi une couche supplémentaire hors chaîne, d’où le nom de Layer 2. Selon les données de L2 Beat, le volume des transactions traitées par les Layer 2 atteint aujourd’hui dix fois celui du réseau principal d’Ethereum, étendant considérablement sa capacité limitée de traitement des transactions.
Figure 1 : Volume des transactions traitées par les Layer 2 https://l2beat.com/scaling/activity
En tant que blockchain publique hautement décentralisée, Ethereum est devenu extrêmement saturé, et le prix du gaz très élevé. De plus en plus d’applications décentralisées, notamment dans les domaines DeFi et GameFi, migrent vers ces Layer 2 afin d’améliorer l’expérience utilisateur et réduire leurs coûts opérationnels. Selon L2 Beat, au 16 juin 2024, la valeur totale verrouillée (TVL) dans tous les Layer 2 atteignait 12,44 millions d’ETH, soit environ 44,36 milliards de dollars. Comparativement, la TVL sur le réseau principal d’Ethereum était de 17,88 millions d’ETH, soit environ 65,63 milliards de dollars, ce qui signifie que la TVL des Layer 2 représente près de 70 % de celle du réseau principal.
Figure 2 : Somme de la TVL des Layer 2 https://l2beat.com/scaling/summary
Figure 3 : TVL du réseau principal d’Ethereum
https://defillama.com/chain/Ethereum?currency=USD
Rollup est la solution d’extension principale en Layer 2, dont l'idée centrale consiste à publier sur la chaîne les blocs de données transactionnelles « empaquetés », réduisant ainsi la difficulté de validation de la validité des transactions. Cette technologie résout les problèmes exposés précédemment par Plasma, offrant une disponibilité des données et une sécurité identiques à celles de la couche 1 d’Ethereum, tout en augmentant considérablement le débit du réseau et en réduisant les coûts par transaction. Dans l’architecture des blockchains modulaires, Rollup externalise effectivement la couche d’exécution (et d’autres couches).
Figure 4 : Piles technologiques modulaires (Modular Stacks)
https://members.delphidigital.io/reports/the-complete-guide-to-rollups
2. Deux types de Rollup : ZK Rollups vs. Optimistic Rollups
Selon leurs méthodes de validation de la validité des données, les Rollups peuvent être subdivisés en Optimistic Rollups et ZK Rollups.
Les Optimistic Rollups reposent sur une hypothèse « optimiste » selon laquelle la plupart des transactions sont valides, permettant de contester et annuler les fraudes si nécessaire. Les ZK Rollups, quant à eux, utilisent la technologie de preuve à connaissance nulle (Zero Knowledge, ZK) pour garantir que les transactions traitées hors chaîne sont valides et correctes, offrant ainsi une sécurité et une efficacité accrues. Le tableau ci-dessous présente les principaux avantages et inconvénients des deux solutions :
Tableau 1 : Comparaison ZK Rollups vs. Optimistic Rollups
Source : Auteur, compilation basée sur la littérature existante
Bien que les ZK-Rollups présentent de nombreux avantages et soient considérés par Vitalik comme la solution d’extension à long terme pour Ethereum, divers obstacles techniques ont limité leur adoption massive jusqu’à présent. Selon les données Defilama, au 16 juin 2024, les Optimistic Rollups tels qu’Arbitrum, Blast, Base et Optimism dominent encore largement le marché des Rollups.
Figure 5 : Répartition de la TVL dans le secteur Rollup https://defillama.com/chains/Rollup
3. Problèmes rencontrés par le secteur des ZK Rollups
Plus précisément, les principaux défis actuels auxquels le secteur des ZK Rollups fait face sont :
1. Le coût du calcul des ZKP est élevé, et la plupart des zk rollups dépendent encore de Provers centralisés.
Actuellement, plusieurs zk-rollups fonctionnent sur le réseau principal d’Ethereum, notamment Polygon zkEVM et zkSync Era. Pour un ZK-Rollup, le coût de calcul des ZKP dépasse largement celui de la disponibilité des données (DA), représentant même plus de 50 % du coût total. De plus, la majorité de ces projets ZK-Rollup n’ont pas encore mis en œuvre de système de preuve décentralisé. Par exemple, dans la version bêta principale de Polygon zkEVM, les ZKPs sont soumis par un agrégateur de confiance (Aggregator), et zkSync era suit une méthode similaire.
Figure 6 : Coût élevé du calcul dans les principaux ZK Rollups (en rose sur le graphique)
https://l2beat.com/scaling/costs
2. La complexité de la technologie à connaissance nulle rend difficile la construction de ZK-rollups compatibles avec EVM.
La compatibilité EVM désigne la traduction du code de contrat intelligent écrit en Solidity vers le bytecode spécifique à la machine virtuelle du ZK Rollup. L’EVM n’a pas été initialement conçu pour être compatible avec la technologie de preuve à connaissance nulle. Par exemple, pour permettre à n’importe quel programme exécuté par l’EVM de générer une preuve valide via zk-SNARKs, il faut créer une représentation mathématique et une logique de preuve correspondante pour chaque opcode de l’EVM. Cela nécessite non seulement des transformations cryptographiques complexes, mais pose aussi des défis importants en termes de compatibilité avec les contrats intelligents existants.
3. En outre, de nombreux ZK Rollups utilisent actuellement des ponts tiers pour les interactions, ce qui comporte certains risques de sécurité.
À l’ère des multiples Rollups, la coexistence croissante de divers Rollups rend essentielle l’interopérabilité transparente entre différentes solutions Layer 2. Les solutions actuelles de ponts inter-Rollups impliquent généralement le déploiement de nouveaux ensembles de contrats inter-chaînes sur les chaînes Rollup et l’utilisation d’incitations à la liquidité multi-chaîne pour permettre le transfert d’actifs. Toutefois, ces solutions ne sont pas universellement applicables aux interactions inter-chaînes basées sur des messages et comportent des risques de centralisation et de confiance. En juillet 2023, Binance a investi dans le projet de pont Multichain, dont le PDG a été arrêté par la police, entraînant l’arrêt immédiat de ses opérations. Selon SlowMist, plus de 265 millions de dollars ont été retirés de Multichain. L’effondrement soudain d’un leader du secteur des ponts souligne que les risques liés à la centralisation et à la confiance associés à l’utilisation de ponts tiers ne doivent pas être sous-estimés.
II. Origine de Lumoz
Figure 7 : Lumoz https://lumoz.org/
NanFeng, cofondateur et PDG de Lumoz, diplômé de l’Université Tsinghua, a travaillé chez ByteDance et a participé activement en tant que développeur principal à la conception et à l’itération de plusieurs projets. Il est également fondateur de Trustless Labs. L’équipe centrale a consacré près de cinq ans depuis 2018 au développement de la technologie ZK. Dès le début, Lumoz s’est engagé à rendre le calcul à connaissance nulle plus efficace et accessible : « Making ZK-Rollup Within Reach ».
Au fil de son développement, l’équipe a progressivement pris conscience des problèmes de sécurité et de centralisation liés aux ponts inter-Rollups, et s’y est attaquée tout en saisissant la tendance du développement du secteur RaaS, lançant ainsi ZK RaaS Launch Base, élargissant ainsi son empreinte commerciale.
Figure 8 : Données écologiques liées à Lumoz https://lumoz.org/compute-layer
Lumoz (anciennement Opside) a officiellement lancé son testnet fin mai 2023 et a fonctionné de manière stable pendant cinq mois grâce à la participation continue et massive de la communauté mondiale. Plus de 450 000 participants ont rejoint le testnet Pre-alpha, générant un total impressionnant de 13 580 057 transactions. Le testnet a vu la participation de plus de 140 mineurs et plus de 28 000 nœuds. Sur le plan écologique, plus de 100 projets de qualité ont postulé, dont 14 ont réussi à lancer leur propre chaîne d'applications zkEVM via Opside ZK-Rollup LaunchBase et continuent de fonctionner de manière stable. Le lancement du réseau principal de Lumoz est prévu au troisième trimestre. À ce jour, Lumoz a traité 2 millions de transactions, soumis plus de 4,79 millions de ZKP et compte plus de 28 000 nœuds. En outre, plus de 16 projets ont été approuvés par l'équipe officielle et ont généré leur propre chaîne d'applications zkEVM sur la plateforme Lumoz.
Figure 9 : Levée de fonds stratégique de Lumoz, SevenUPDAO participe
https://mirror.xyz/lumozorg.eth/Fz0dF5HVMdbbI--9lzst60KuKOp5YGbb75Z0RmxiB24
En mars 2024, la plateforme modulaire de calcul et ZK-RaaS Lumoz a mené son premier tour de financement, valorisant la société à 120 millions de dollars. Le 29 mai 2024, Lumoz a officiellement annoncé avoir bouclé un nouveau tour de financement stratégique. Les investisseurs incluent IDG Blockchain, SevenUpDAO et Sweep Ventures. Le montant exact des fonds n’a pas été divulgué. Ce tour stratégique valorise Lumoz à 300 millions de dollars, dépassant même la capitalisation actuelle d’Altlayer (253 millions de dollars), témoignant de la forte confiance des parties prenantes dans son potentiel. En outre, en se basant sur un facteur multiplicateur de 1,4 (comparaison entre la capitalisation actuelle et la dernière valorisation pré-IPO d’Altlayer), la capitalisation de Lumoz après cotation pourrait dépasser 420 millions de dollars ; avec un facteur de 3 comme Gelato, elle pourrait atteindre plus de 900 millions de dollars.
Tableau 2 : Informations sur les levées de fonds des projets RaaS
Note : Ces données proviennent principalement de Rootdata et ICO Analytics. * indique l'investisseur principal. Date : 16 juin 2024
III. Lumoz fournit une couche de calcul modulaire pour les ZK Rollups
Figure 10 : Lumoz en tant que couche de calcul modulaire décentralisée
https://lumoz.org/compute-layer
Un Rollup comprend généralement une couche de règlement, une couche d'exécution, une couche de consensus et une couche de disponibilité des données. Toutefois, pour un ZK-Rollup, un module supplémentaire est nécessaire : la couche de preuve (Prover Layer). À ce jour, Lumoz est le seul fournisseur de réseau modulaire de Prover dans le domaine des Rollups modulaires. Actuellement, la puissance de calcul ZKP de Merlin Chain est fournie par les mineurs de Lumoz. À l'avenir, avec le lancement du réseau principal de Lumoz, Merlin Chain sera connecté au réseau de calcul ZK décentralisé de Lumoz. Il s'agira d'un réseau d'algorithme ZK-PoW, où toute personne pourra fournir de la puissance de calcul à Merlin Chain et recevoir des récompenses en jetons Lumoz.
Lumoz combine une puissance de calcul puissante avec le mécanisme de re-staking d’EigenLayer pour créer un écosystème de services de calcul efficace et sécurisé. L’architecture de la couche de calcul de Lumoz est un système hautement intégré et coopératif, composé des éléments suivants :
Figure 11 : Architecture de la couche de calcul de Lumoz
https://docs.lumoz.org/understand-lumoz/the-avs-computing-layer-based-on-eigenlayer
-
Sur Ethereum, utilisation des standards d’EigenLayer pour construire des services de validation active (AVS) assurant la confiance, et renforcement de la sécurité AVS via le re-staking au niveau de la couche de caractéristiques.
-
Chaînes EVM (L2) supportant un environnement varié de blockchains compatibles avec la machine virtuelle Ethereum (EVM), telles que Polygon zkEVM, Polygon CDK, ZKStack et Scroll, garantissant une large compatibilité et extensibilité.
-
Lumoz AVS Oracle récupère et stocke les données provenant des chaînes compatibles EVM, assurant une haute disponibilité et intégrité des données, fournissant ainsi une base solide à la couche de calcul.
-
Lumoz Chain agit comme gestionnaire central de toute la couche de calcul, responsable de la planification des tâches, de la distribution des récompenses et de la gestion des zkProver et zkVerifier, y compris l’ajout et la suppression des nœuds. Les zkProver sont des nœuds exécutant des tâches de calcul spécifiques, tandis que les zkVerifier sont des nœuds chargés de vérifier les résultats d’exécution.
L’architecture de Lumoz adopte un mécanisme de consensus hybride PoS et PoW. Le PoW concerne les zkProver, tandis que le PoS concerne principalement les zkVerifier (qui peuvent également servir de séquenceurs pour le Rollup). Dans ce document, nous examinerons d’abord l’algorithme ZK-PoW de Lumoz, expliquant comment il résout les problèmes actuels de coût élevé et de centralisation liés au calcul des ZKP dans les ZK Rollups. Ensuite, nous analyserons en détail ses progrès concernant le mécanisme de consensus PoS.
1. L’algorithme ZK-PoW de Lumoz réduit considérablement le coût du calcul des ZKP
Pour résoudre les problèmes de coût élevé et de centralisation liés au calcul des ZKP, Lumoz a introduit l’algorithme ZK-PoW. Ses principales caractéristiques sont les suivantes :
Mécanisme de distribution des récompenses PoW
Lumoz propose un marché unifié de puissance de calcul ZKP, encourageant les mineurs à générer des ZKP pour ces zk-rollups. Pendant la phase de testnet Pre-Alpha, basée sur l’algorithme PoW, chaque Rollup dans le bloc Opside soumettait une séquence selon certaines règles. La récompense PoW du bloc actuel était distribuée selon cette séquence en fonction du nombre de slots Rollup enregistrés et du nombre de batches inclus. Les mineurs pouvaient librement choisir de participer au calcul des ZKP pour un ou plusieurs Rollups. À l’avenir, chaque séquence sera tarifiée différemment selon le type de ZK-Rollup, le nombre de transactions Rollup incluses, l’utilisation du gaz et d’autres facteurs estimant la charge de travail.
Un mineur doit déposer un certain nombre de jetons dans le contrat système pour un Rollup donné afin de pouvoir soumettre des ZKP pour ce Rollup. La récompense obtenue par un mineur pour la soumission de ZKPs est également distribuée selon sa proportion de mise, évitant ainsi les comportements malveillants consistant à soumettre plusieurs fois les mêmes ZKPs.
Algorithme de soumission en deux étapes des ZKP
Soumission d’abord du Proofhash. Pendant une fenêtre temporelle donnée pour une séquence spécifique, plusieurs mineurs peuvent participer au calcul du ZKP. Chaque mineur ne soumet pas directement la preuve brute, mais calcule le hachage de la preuve combiné à l’adresse (preuve / adresse) et le soumet au contrat.
Ensuite, soumission du ZKP. Après la fenêtre temporelle, les mineurs soumettent la preuve originale, qui est ensuite vérifiée par rapport au hachage précédemment soumis. Les mineurs dont la preuve passe la vérification sont éligibles à la récompense PoW, distribuée proportionnellement au montant de leur mise.
Figure 12 : Algorithme de soumission en deux étapes des ZKP
https://lumoz.org/compute-layer
L’algorithme de soumission en deux étapes des ZKPs proposé par Lumoz utilise astucieusement un modèle de soumission puis vérification, éliminant les calculs inutiles de preuves et d’agrégation d’adresses. De plus, cet algorithme permet un calcul parallèle des ZKPs et une soumission séquentielle, autorisant les mineurs à exécuter simultanément plusieurs tâches de génération de ZKP, accélérant significativement l’efficacité de génération des ZKPs. L’équipe de Lumoz a également optimisé une série d’algorithmes d’agrégation récursive des ZKP, exploitant au maximum les ressources du cluster, améliorant encore la vitesse de calcul des ZKP.
Dans un environnement de test de charge réel, les mineurs disposaient d’un cluster composé de 20 machines, incluant un CPU 128 cœurs et 1 To de RAM. Le taux de transactions a été stabilisé autour de 27,8 TPS pendant environ 40 minutes. Dans les mêmes conditions, Lumoz a réduit le temps moyen de confirmation des transactions de 5 à 6 minutes à environ 3 minutes, augmentant ainsi l’efficacité de génération des ZKP d’environ 80 %. À l’avenir, avec l’arrivée de plus de ZK-rollups et de mineurs sur le marché de la puissance de calcul ZK, l’efficacité gagnée par l’algorithme PoW de Lumoz deviendra encore plus marquée.
La version ZK-PoW V2.0 optimise davantage le processus de calcul
Par rapport à la version V1.0, la version 2.0 :
-
divise le service initial en trois sous-modules distincts responsables respectivement de la génération, de la gestion et de la soumission des preuves, rendant l’architecture plus claire, moins couplée et plus robuste.
-
le module de génération des preuves ajoute un paramètre startBatch, facilitant l’intégration des nouveaux mineurs au rythme minier.
-
le module de gestion des preuves a été amélioré par rapport à l’ancienne version. Lors d’un redémarrage du service du mineur ou pour toute autre raison entraînant un échec de soumission de preuve, il renvoie automatiquement la preuve, protégeant ainsi les intérêts du mineur. Ce mécanisme de renvoi résout non seulement les cas d’échec de soumission, mais gère également toutes les situations où les preuves n’ont pas été soumises, garantissant la sécurité de la chaîne Rollup.
-
le module d’envoi des preuves utilise trois caches prioritaires thread-safe pour implémenter une soumission de transaction en deux étapes. Contrairement à la version précédente, il réduit l’utilisation des verrous globaux (global locks), garantit la soumission rapide des preuves de faible hauteur et protège les intérêts des mineurs. En outre, le flux global du service est plus clair, réduisant le nombre de threads et la consommation de ressources durant l’exécution.
Figure 13 : Architecture ZK-PoW V2.0
https://mirror.xyz/lumozorg.eth/zZy2munlvNY7D4DG6lpcccrx1IZTJ7yb3jXOwd1O9Hg
Résultats des tests de charge : dans la version 2.0, en utilisant 10 machines de 64 cœurs, 566 lots de preuves ont été complétés en 7 heures, 38 minutes et 40 secondes, avec une durée moyenne de 48,62 secondes par pre
Bienvenue dans la communauté officielle TechFlow
Groupe Telegram :https://t.me/TechFlowDaily
Compte Twitter officiel :https://x.com/TechFlowPost
Compte Twitter anglais :https://x.com/BlockFlow_News
7UpDAO
