L'évolution d'Ethereum : la scalabilité en couche 2 et le potentiel illimité du multi-chaînes en un seul clic
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L'évolution d'Ethereum : la scalabilité en couche 2 et le potentiel illimité du multi-chaînes en un seul clic
Dans un contexte de faible innovation sectorielle, la DeFi reste la principale application à l'origine des Rollup.
Dédié à des analyses Web3 approfondiesAuteur : YBB Capital Researcher Ac-Core
TL ; DR
● Le transfert d'actifs entre chaînes est complexe et coûteux en raison de l'absence de normes unifiées face aux architectures et mécanismes de consensus variés des blockchains, ce qui limite la fluidité des actifs. Les ponts tiers existants posent des défis de confiance et de sécurité, tandis que les ponts centralisés doivent maintenir une liquidité coûteuse répercutée sur les utilisateurs. La création instantanée de chaînes représente une solution compromise au problème du triangle de l’interopérabilité.
● Sur le plan de la maturité du marché, OP Stack et Superchain ont pris une longueur d’avance, avec Base comme exemple emblématique. AggLayer bénéficie d’une compatibilité native avec Ethereum, facilitant son adoption, mais doit garantir la sécurité et la fiabilité du processus d’agrégation. Elastic Chain dépendra de l’évolution de ZKsync : à court terme, l’OP domine ; à long terme, c’est le ZK qui s’imposera.
● Dans un contexte d’innovation limitée, DeFi reste l’application principale des Rollups. À l’heure actuelle, DePIN, RWA et les grands projets GameFi sont peu susceptibles d’émerger sur les Rollups, tandis que SocialFi et les marchés NFT pourraient y apparaître, bien que leur popularité soit incertaine. L’effet Matthew prévaut dans la blockchain : à long terme, privilégier les leaders du marché ; à court terme, surveiller les projets intermédiaires et inférieurs.
I. Relier les îlots entre chaînes : les problèmes des ponts
Lorsque nous effectuons des transferts d'actifs entre chaînes, chaque blockchain possède sa propre architecture, son mécanisme de consensus, ses preuves d'état et ses transitions d'état. L'absence de normes communes et d'interopérabilité rend les communications inter-chaînes et les échanges de données complexes. Ces processus de vérification sont souvent trop coûteux pour être exécutés directement sur la chaîne, ce qui conduit à l'émergence de réseaux d'authentification basés sur des comités multisignatures chargés de prouver l'état de la chaîne opposée. Aujourd'hui, aucun protocole ou standard décentralisé universel n'existe pour assurer l'interopérabilité entre toutes les blockchains, ce qui limite la libre circulation des actifs entre différentes chaînes.
Bien que de nombreux ponts tiers aient été développés pour faciliter le transfert d'actifs inter-chaînes, ils font face à de graves défis en matière de cybersécurité et de « problème de confiance ». Même si un pont centralisé peut garantir totalement la sécurité, il doit maintenir une liquidité suffisante sur chaque chaîne intégrée, un coût qui finit par être répercuté sur les utilisateurs. Actuellement, deux problèmes persistent : l'impossibilité d'obtenir un pont natif et décentralisé pour les actifs, et la difficulté de faire confiance aux ponts tiers. C'est pourquoi ZKsync, Polygon et Optimism ont chacun lancé leurs propres solutions locales d'extension multichaîne : respectivement Elastic Chain, AggLayer et Superchain Explainer.
II. ZKsync 3.0 : Elastic Chain
Source : zksync.mirror
En 2023, Matter Labs, la société principale derrière ZKsync, a publié ZK Stack, un kit d'outils permettant aux développeurs de construire leurs propres blockchains sur la technologie ZKsync. En substance, ces chaînes personnalisées seront interconnectées via Elastic Chain, transformant ainsi ZKsync 3.0 d'une simple couche 2 (L2) d'Ethereum en The Elastic Chain.
La mise à jour principale du protocole ZKsync a été publiée le 7 juin 2024, marquant la mise à niveau la plus complexe à ce jour. Elle consiste à reconfigurer le pont L1 de ZKsync en un contrat routeur partagé, soutenant ainsi un réseau croissant de chaînes ZK interopérables. Ce cadre ZK Rollup, ZK Stack, permet désormais une interopérabilité native, sans confiance et à faible coût entre les chaînes qu'il prend en charge.
Selon Matter Labs : « Elastic Chain est un réseau infiniment extensible composé de ZK Chains (rollups, validiums et volitions), assurant leur sécurité par des méthodes mathématiques de validation, et permettant une interopérabilité transparente sous une expérience utilisateur unifiée et intuitive. L'objectif est de rendre l'interopérabilité au sein de l'écosystème ZKsync plus fluide et naturelle. »
2.1 Architecture d’Elastic Chain
Elastic Chain ne repose pas uniquement sur la technologie ZK, et ne peut pas non plus être réalisée simplement en ajoutant un « correctif » de preuve ZK à d'autres systèmes multichaînes non-ZK. Du point de vue global, le réseau se compose de trois éléments clés : ZK Router, ZK Gateway et ZK Chains.
1. ZK Router (Routeur ZK) :
● Mécanisme de routage central : Le ZK Router est le composant principal du routage dans l’architecture ZKSync 3.0. Il gère et coordonne les communications et transferts de données entre les différentes chaînes et nœuds du réseau.
● Communication inter-chaînes : Grâce à un protocole efficace de communication inter-chaînes, le ZK Router assure un transfert rapide et sécurisé des données entre les chaînes, améliorant ainsi l'interopérabilité et les performances globales du réseau.
2. ZK Gateway (Passerelle ZK / Entrée-Sortie) :
● Nœuds d'entrée et de sortie : Le ZK Gateway agit comme nœud d'entrée et de sortie du réseau ZKSync 3.0, gérant les interactions entre les blockchains externes (par exemple, la chaîne principale Ethereum) et le réseau ZKSync.
● Pont d'actifs : Il supervise le pontage et le transfert d'actifs entre les blockchains externes et le réseau ZKSync, garantissant une mobilité sécurisée et efficace des actifs entre chaînes.
● Agrégation de transactions : Il regroupe les transactions des utilisateurs par lots, génère des preuves de connaissance nulle (ZK proofs), puis les soumet à la blockchain externe pour validation, réduisant ainsi la charge de données sur chaîne et les frais de transaction.
● Middleware : Globalement, on peut le voir comme un intergiciel déployé entre Ethereum et les ZK Chains, facilitant une interopérabilité complète entre celles-ci.
3. ZK Chains (les chaînes ZK elles-mêmes) : Elles assurent la validité et la sécurité des transactions grâce à la génération et à la vérification de preuves de connaissance nulle, puis transmettent les résultats au ZK Router pour agrégation et coordination. Connectées aux contrats intelligents L1 via le ZK Gateway, elles fonctionnent indépendamment et peuvent être entièrement personnalisées — rollups, validiums ou volitions — construits avec ZKStack.
D’après ZKsync, la passerelle (Gateway) est un composant essentiel d’Elastic Chain, permettant aux ZK Chains de se régler sans heurts sur Ethereum. En soumettant des preuves et des données à Ethereum via la passerelle, plusieurs avantages sont offerts :
● Synthèse des preuves inter-lots et inter-chaînes : Réduction du coût de vérification sur L1.
● Compression des différences d’état : Compression des petites quantités de données envoyées à la passerelle, puis transfert efficace par gros lots vers L1.
● Confirmation finale accélérée : Vérification des preuves de la chaîne et prévention des contradictions, permettant un pontage inter-chaînes à faible latence, renforcé par la mise en jeu d’un grand nombre de validateurs. Une ZK Chain n’a pas besoin de faire confiance à une autre chaîne.
● Activité : L’activité de chaque ZK Chain est gérée indépendamment par ses validateurs. La passerelle n’affecte pas cette activité, et une chaîne peut quitter librement le réseau de la passerelle.
● Résistance à la censure : Les transactions forcées inter-chaînes seront moins chères que les transactions anti-censure standards sur L1, les rendant plus accessibles à tous les utilisateurs.
Les ZK Chains ne sont pas tenues d’utiliser le ZK Gateway : elles peuvent se régler directement sur Ethereum et choisir à tout moment de quitter le réseau ZK Gateway sans compromettre leur sécurité. Elles peuvent donc basculer librement entre l'utilisation du ZK Gateway et le règlement direct sur Ethereum. Le ZK Gateway sera exploité par un cluster de validateurs décentralisés et sans confiance, assurant la résilience et la fiabilité du réseau. Pour participer à ce processus de validation décentralisé, un jeton ERC20 est requis. La gouvernance du réseau ZKSync désignera un jeton à cet effet (ce pourrait être le jeton ZK).
Les validateurs percevront des frais de pontage ainsi que des frais par octet de données de différence d’état publiées sur le ZK Gateway. Cela incite fortement les validateurs à rejoindre le ZK Gateway, car leurs revenus peuvent croître exponentiellement avec l’augmentation du volume de transactions. En outre, grâce au service de recompression fourni par les validateurs, le règlement des données via ZK Gateway sera moins cher que sur le réseau Ethereum lui-même, ce qui explique probablement pourquoi la majorité des ZK Chains opteront pour cette solution.
III. Polygon 2.0 : Agglayer
Source : Polygon Agglayer
3.1 Origine du design d’Agglayer
À l’instar d’OP Stack et de ZK Stack, les blockchains créées à l’aide du CDK Polygon peuvent être directement connectées à Agglayer, tirant parti de ses services unifiés de pont et de sécurité, et constituant ainsi l’architecture centrale de Polygon 2.0.
Le concept central d’Agglayer provient du design « Shared Validity Sequencing » (Séquencement de Validité Partagé) proposé par Umbra Research, visant à assurer une interopérabilité atomique entre plusieurs Optimistic Rollups. Grâce à un séquenceur partagé, le système peut traiter uniformément le classement des transactions et la publication des racines d’état sur plusieurs Rollups, garantissant ainsi atomicité et exécution conditionnelle.
Logique de mise en œuvre : nécessite trois composants clés :
1. Séquenceur partagé : Reçoit et traite les demandes de transactions inter-chaînes.
2. Algorithme de construction de blocs : Le séquenceur partagé construit des blocs contenant des opérations inter-chaînes, garantissant leur atomicité.
3. Preuve de fraude partagée : Mécanisme de preuve de fraude mutualisé entre les Rollups concernés pour imposer l’exécution des opérations inter-chaînes.
Étant donné que les Rollups existants disposent déjà d'une fonctionnalité de transmission bidirectionnelle de messages entre la couche 1 (L1) et la couche 2 (L2), Umbra a simplement ajouté un contrat intelligent MintBurnSystemContract (fonction Burn et Mint) pour compléter ces trois composants.
Flux de travail :
1. Opération Burn sur la chaîne A : Tout contrat ou compte externe peut l'appeler ; en cas de succès, l'action est enregistrée dans burnTree.
2. Opération Mint sur la chaîne B : Après exécution réussie par le séquenceur, elle est enregistrée dans mintTree.
Invariants et cohérence :
Cohérence des racines Merkle : les racines Merkle de burnTree sur la chaîne A et de mintTree sur la chaîne B doivent être égales, garantissant ainsi la cohérence et l'atomicité des opérations inter-chaînes.
Fonctionnement du système :
Le séquenceur partagé est responsable de la publication sur Ethereum des lots de transactions et des racines d’état déclarées par deux Rollups. Il peut être centralisé ou décentralisé (comme chez Metis). Le séquenceur reçoit les transactions et construit des blocs pour les Rollups A et B. Pour les transactions sur A, s’il interagit avec succès avec MintBurnSystemContract, il tente d’exécuter la transaction Mint correspondante sur B. Si la transaction Mint réussit, les deux transactions (Burn sur A et Mint sur B) sont incluses ; sinon, elles sont exclues.
3.2 Composants clés d’Agglayer :
Dans Agglayer de Polygon 2.0, le pont unifié (Unified Bridge) et les preuves pessimistes (Pessimistic Proofs) constituent les composants fondamentaux.
1. Pont unifié (Unified Bridge)
Cadre technique :
● Communication inter-chaînes : Le cœur du pont unifié réside dans la communication transparente entre chaînes. Il utilise un protocole inter-chaînes pour transférer données et actifs entre différentes solutions L2 et la chaîne principale Ethereum.
● Agrégation de liquidité : Ce pont agrège la liquidité des différentes solutions L2, permettant aux utilisateurs de déplacer librement leurs actifs d’une chaîne à l’autre sans craindre la dispersion de la liquidité.
Logique d’implémentation :
● Transmission de messages : Le pont unifié utilise un mécanisme de messagerie pour la communication inter-chaînes. Les messages contiennent les informations relatives aux transactions et sont transmis entre chaînes via le protocole du pont.
● Verrouillage et libération d’actifs : Lorsqu’un utilisateur verrouille un actif sur une chaîne, le pont unifié libère un actif équivalent sur la chaîne cible. Ce processus repose sur des contrats intelligents pour garantir sécurité et transparence.
● Protocoles d’interopérabilité : Pour assurer l’interopérabilité entre chaînes, le pont adopte des protocoles normalisés définissant la gestion des transactions inter-chaînes, la validation de leur validité, et la résolution des conflits potentiels.
Source : Aggregated Blockchains: A New Thesis
2. Preuves pessimistes (Pessimistic Proofs)
Cadre technique :
● Sécurité : Les preuves pessimistes constituent une mesure de sécurité destinée à prévenir les transactions frauduleuses. Elles introduisent des étapes supplémentaires de vérification durant le processus de validation des transactions, garantissant ainsi que toutes les transactions sont valides.
● Vérification différée : Contrairement aux preuves optimistes (Optimistic Proofs), les preuves pessimistes supposent que les transactions pourraient être malveillantes et les vérifient intégralement avant confirmation.
Logique d’implémentation :
● Vérification initiale : Dès la soumission d’une transaction, le système effectue une vérification préliminaire, notamment du contrôle des informations de base et de la validité de la signature.
● Vérification approfondie : Une fois la vérification initiale passée, la transaction entre en phase de vérification approfondie. Le système invoque une série de contrats intelligents pour analyser la complexité et les risques potentiels de la transaction.
● Résolution de litige : Si un problème est détecté pendant la vérification, un mécanisme de résolution de litige est déclenché. Celui-ci permet aux utilisateurs et aux validateurs de soumettre des preuves supplémentaires afin de trancher le litige et garantir la validité finale de la transaction.
Grâce au pont unifié et aux preuves pessimistes, Agglayer offre un environnement blockchain hautement sécurisé, évolutif et interopérable. Ces composants renforcent non seulement la sécurité du système, mais simplifient également les transactions inter-chaînes, permettant aux utilisateurs d’interagir plus facilement entre différentes chaînes. Pour plus de détails, voir l’article précédent de YBB Capital : « De la modularité à l’agrégation : explorer le cœur d’Agglayer dans Polygon 2.0 » (1).
IV. Optimism : Superchain Explainer
Optimism a inauguré dès 2023 la voie de la création instantanée de chaînes. Sa première initiative fut d’établir une norme réseau commune pour OP Stack. OP Stack est la plateforme de lancement de The Optimism Superchain, solution d’extension d’Ethereum, et aussi le pivot par lequel toutes les L2 construites sur OP Stack interagissent et échangent.
Vous êtes probablement déjà familiers avec OP Stack. Pour rappel, Optimism Superchain partage un ensemble commun de développement OP Stack, un pont, une couche de communication et une sécurité, assurant ainsi que toutes les chaînes communiquent de manière coordonnée et fonctionnent comme une seule unité. Cette structure se divise en cinq couches distinctes, chacune ayant un objectif et une fonction spécifiques :
● Couche de disponibilité des données (Data Availability Layer) : Détermine que les entrées brutes des chaînes basées sur OP Stack proviennent principalement d’Ethereum DA.
● Couche de séquencement (Sequencing Layer) : Gère la collecte et la transmission des transactions utilisateur, généralement pilotée par un seul séquenceur.
● Couche dérivée (Derivation Layer) : Transforme les données brutes en entrées pour la couche d’exécution, principalement via Rollup.
● Couche d’exécution (Execution Layer) : Définit la structure d’état du système et les fonctions de transition. La machine virtuelle Ethereum (EVM) en est le module central.
● Couche de règlement (Settlement Layer) : Permet aux blockchains externes de consulter l’état valide des chaînes OP Stack via des preuves de panne basées sur des preuves.
Comparé à Elastic Chain et Agglayer, Optimism Superchain est apparu le premier, occupant ainsi précocement le marché. Il a notamment permis l’émergence de Base, qui occupe aujourd’hui la majeure partie des dépenses en gaz quotidiennes, reflétant directement l’activité élevée sur cette chaîne.
Source : Dune Optimism - Superchain Onchain Data
V. Réflexions subjectives sur la création instantanée de chaînes
5.1 Vision concurrentielle entre AggLayer, Superchain et Elastic Chain
(Cette section reflète uniquement l’opinion personnelle de l’auteur)
Les trois solutions d’extension présentées ci-dessus prolongent chacune la narration de leur propre extension Rollup. En termes de maturité du marché, OP Stack et Superchain ont pris une avance significative, avec Base comme représentant le plus abouti.
AggLayer présente un avantage notable avec sa compatibilité native : il peut fonctionner directement sur le réseau Ethereum existant sans modifier profondément le protocole sous-jacent, ce qui le rend plus facilement acceptable par les utilisateurs et développeurs d’Ethereum. Ce modèle permet d’exploiter efficacement le réseau existant, mais pose le défi de garantir la sécurité et la fiabilité du processus d’agrégation.
Concernant Elastic Chain, une évaluation préliminaire suggère qu’il faut attendre le développement de l’écosystème ZKsync et de sa communauté. Si ZKsync lui-même ne progresse pas, attirer des développeurs et maintenir l’enthousiasme communautaire autour d’Elastic Chain pourrait s’avérer difficile. Que ce soit d’un point de vue technique ou du marché, l’OP domine à court terme, tandis que le ZK s’impose à long terme.
Par ailleurs, ces trois solutions héritent du problème centralisé inhérent aux Rollups. À l’avenir, des alternatives comme Based Rollup pourraient devenir des concurrents potentiels notables, en confiant directement le séquenceur à la L1, c’est-à-dire à Ethereum lui-même, éliminant ainsi le besoin d’un séquenceur supplémentaire ou d’étapes complexes de validation. Bien que cela puisse entraîner des problèmes potentiels liés au MEV, son évolution mérite une attention soutenue.
Source : ZKsync - Introducing the Elastic Chain
5.2 Tendances futures et innovations applicatives des Rollups
Globalement, avec la montée en puissance de la « création instantanée de chaînes », le nombre de Rollups, principale méthode d’extension d’Ethereum, ne cessera d’augmenter. Même lors de l’explosion de l’écosystème Bitcoin en 2023, de nombreuses logiques d’extension non natives ont emprunté largement aux concepts d’extension d’Ethereum. Dans un contexte d’innovation limitée, les avancées applicatives et l’impact des Rollups pourraient rester modestes.
Pour chaque chaîne VM, quel que soit l’environnement du marché, le TVL (Total Value Locked) reste l’indicateur principal. Par conséquent, les premières applications seront inévitablement divers types de protocoles DeFi. Des protocoles SocialFi et des marchés NFT pourraient également apparaître.
Dans d’autres secteurs, DePIN aura du mal à se développer sur les Rollups ou même sur la L1, avec un leader potentiel sur Solana. Le concept de RWA (Real World Assets) a plus de chances de se développer sur L1, mais manque de crédibilité sur les Rollups. Le GameFi verra certainement des projets émerger, mais les grands jeux n’auront de chance que sur des Rollups spécialisés. Ainsi, à ce stade, l’application la plus certaine reste celle du DeFi.
Toutefois, l’effet Matthew est manifeste dans la blockchain : à l’ère de la multi-chaîne, les ressources se concentreront sur les projets leaders, renforçant la domination des plus forts et éliminant les derniers.
Liens complémentaires :
(1) De la modularité à l’agrégation : explorer le cœur d’Agglayer dans Polygon 2.0
Articles de référence :
[1] Introducing the Elastic Chain
https://zksync.mirror.xyz/BqdsMuLluf6AlWBgWOKoa587eQcFZq20zTf7dYblxsU
[2] zkSync Protocol Upgrade v24: New precompiles, more blobs, Validiums, and more. #519
https://github.com/zkSync-Community-Hub/zksync-developers/discussions/519
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