Nansen Research : Arbitrum, l'avenir de l'extension de la blockchain ?
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Nansen Research : Arbitrum, l'avenir de l'extension de la blockchain ?
Les solutions de couche 2 comme Arbitrum ne sont pas seulement une question d'investissement ; elles constituent la base des projets en cours et futurs dans les espaces DeFi et NFT, et soutiendront non seulement les DAO et les mondes virtuels, mais aussi l'économie des créateurs et le métavers dans son ensemble.
Dédié à des analyses Web3 approfondies
Par Yasmine Karimi, Nansen
Traduit et republié par deepflow TechFlow avec autorisation
Introduction
Dans l’histoire des cryptomonnaies, il y a eu trois périodes durant lesquelles les frais de gaz d’Ethereum ont atteint des sommets astronomiques : le marché haussier de 2017, l’été DeFi 2020 et l’été NFT 2021.
Évolution des frais de gaz sur Ethereum entre 2015 et 2021
Chaque fois que les frais de gaz remontent en flèche, le débat sur la scalabilité de la blockchain Ethereum revient au premier plan, et beaucoup se mettent à chercher quelle sera la prochaine blockchain concurrente dans laquelle investir. En réalité, nous devons admettre que ces frais élevés ne sont qu’un symptôme. Leur niveau élevé provient du fait qu’Ethereum n’est pas encore capable de s’agrandir : la demande de transactions excède toujours la capacité réelle de traitement de la blockchain Ethereum.
Vous avez peut-être l’impression que le débat autour de la scalabilité est dominé par des concepteurs et développeurs de cryptomonnaies qui rendent difficile la compréhension de ce qu’est exactement le problème de scalabilité d’Ethereum, ce que signifie « s’agrandir », et pourquoi cette course à l’évolutivité vous concerne personnellement ainsi que tout l’écosystème crypto. Voici une analyse de la situation actuelle.
Discussion sur la scalabilité pour débutants
Une blockchain est un système permettant de traiter des transactions et de les enregistrer dans des blocs, sans nécessiter d’autorité fiable et en évitant les doubles dépenses. Les premières blockchains comme Bitcoin et Ethereum reposaient sur un modèle de consensus appelé « preuve de travail » (PoW) pour traiter et valider ces transactions.
Dans le modèle PoW, lorsque vous lancez une transaction, elle est placée dans un pool de transactions en attente puis diffusée à tous les nœuds du réseau. Bien qu’elle soit transmise à tous les nœuds, un seul mineur effectue les calculs nécessaires pour inclure cette transaction dans un bloc avec d'autres transactions afin de la valider, et reçoit ainsi une récompense en frais de gaz.
Premièrement, le fait que les transactions soient diffusées avant et après validation ralentit considérablement leur traitement. Deuxièmement, le calcul numérique exige une puissance informatique consommant énormément d’électricité. Troisièmement, chaque bloc a une capacité limitée, ce qui entraîne une compétition entre utilisateurs et fait grimper les frais de gaz — le prix minimum qu’un mineur accepte pour traiter une transaction — parfois au-delà même de la valeur transférée. Ce problème devient croissant avec le nombre croissant d’applications décentralisées (dApps) construites sur le réseau principal (actuellement environ 3 000), utilisant la technologie blockchain pour traiter et stocker des transactions.
Il est donc clair qu’afin de résoudre ces problèmes, Ethereum doit s’agrandir, c’est-à-dire augmenter le volume de transactions pouvant être traitées (mesuré en TPS, transactions par seconde) et accélérer leur vitesse. Pour cela, plusieurs solutions d’évolutivité sont en cours de développement, notamment Ethereum 2.0, les sidechains et les solutions de couche 2. Les solutions de couche 1 comme Ethereum 2.0, Polkadot ou Solana modifient structurellement le consensus fondamental et l’architecture de la chaîne, tandis que les solutions de couche 2 sont construites au-dessus du réseau principal Ethereum et de ses protocoles.
Les enjeux sont énormes. Les rares blockchains qui sortiront victorieuses de cette course alimenteront tout l’espace DeFi et les NFT, soutiendront les DAO et les mondes virtuels, et serviront toute l’économie des créateurs et le métavers.
Je vais expliquer ci-dessous pourquoi je pense que des solutions de couche 2 comme Arbitrum (soutenu par Marc Cuban, Polychain Capital et Pantera Capital) domineront l’évolutivité d’Ethereum pendant au moins les cinq prochaines années.
Aperçu rapide des solutions d’évolutivité d’Ethereum
Comme indiqué ci-dessus, l’évolutivité consiste à augmenter le débit transactionnel (le nombre de transactions pouvant être traitées) et à accélérer la vitesse. Voici un bref aperçu des solutions existantes visant cet objectif :
Solutions d’évolutivité en 2021, conçu par @yasminekarimi_
Il existe deux manières d’agrandir l’écosystème blockchain.
Solutions de couche 1
Les solutions de couche 1 modifient le protocole sous-jacent, c’est-à-dire le code même de la blockchain principale, afin d’améliorer sa capacité transactionnelle. Elles peuvent être divisées en deux catégories :
Amélioration du protocole
Les améliorations du protocole consistent en des modifications du protocole fondamental visant à augmenter le débit transactionnel, par exemple en augmentant le nombre de transactions par bloc (solution durable à court terme seulement), en réduisant l’intervalle entre la création des blocs, ou en passant d’un modèle de consensus basé sur la preuve de travail à un modèle basé sur la preuve d’enjeu (PoS). Contrairement au modèle PoW, la PoS sélectionne les validateurs selon la quantité de jetons qu’ils ont misés dans le protocole. Comme les validateurs sont choisis ainsi, il n’est plus nécessaire de disposer d’une puissante capacité de calcul ni d’une compétition entre mineurs faisant grimper les frais de gaz. La validation des transactions est bien plus rapide, car un seul nœud n’a pas besoin de consacrer autant de puissance de traitement — par exemple, Solana atteint 30 000 TPS et Polkadot 1 000 TPS. À titre de comparaison, Ethereum ne traite que 16 TPS.
Le sharding (fragmentation)
Le sharding divise les tâches de calcul et l’espace de données d’une blockchain en plusieurs chaînes (plus de 63 dans Ethereum 2.0). Un protocole de blockchain fragmentée implique naturellement de diviser les nœuds du réseau initial en groupes plus petits, chacun étant responsable de valider un sous-ensemble distinct de transactions en attente et de stocker un sous-ensemble de l’état global. Grâce à un mécanisme cryptographique de tri basé sur une fonction aléatoire vérifiable, les nœuds sont attribués aux fragments pour éviter les attaques de prise de contrôle par une majorité de nœuds malveillants. Puisque chaque transaction spécifique est validée par son propre nœud plutôt que par l’ensemble de la blockchain, il n’y a pas de compétition générant des frais élevés, les transactions sont plus rapides, ce qui augmente le nombre de transactions pouvant être traitées par seconde. Selon Vitalik Buterin, le sharding combiné au consensus PoS devrait permettre à Ethereum 2.0 d’atteindre 100 000 TPS.
Solutions de couche 2
Alors que les solutions de couche 1 modifient le protocole blockchain lui-même, les solutions de couche 2 sont des extensions réalisées via des contrats intelligents construits sur la couche 1. En externalisant l’exécution des transactions avant de les rapporter à la couche 1, les solutions de couche 2 créent un espace supplémentaire pour le traitement des transactions. Il existe plusieurs façons de le faire.
Sidechains
Tout d’abord, vous pouvez transférer vos actifs vers une sidechain où les frais et la rapidité des transactions sont plus intéressants (par exemple, xDai utilise un consensus PoS délégué permettant 5 TPS pour seulement 0,000021 dollar). Le transfert d’actifs entre chaînes s’effectue via un protocole d’ancrage bidirectionnel (2WP), qui verrouille les actifs sur la première chaîne, puis crée une transaction sur la deuxième blockchain contenant une preuve cryptographique que le verrouillage a bien eu lieu. Polygon est un excellent exemple de ce type de solution.
Plasma
Deuxièmement, Plasma (voir le livre blanc de Joseph Poon et Vitalik Buterin) est une construction de blockchain dans une blockchain. Les actifs sont envoyés à un contrat intelligent gérant la chaîne Plasma, qui exécute les transactions. Sauf preuve de fraude, seuls les hachages des en-têtes de bloc sont soumis à la chaîne racine ; en cas de fraude, le bloc est annulé et son créateur pénalisé. Ce mécanisme « uniquement si » offre une grande évolutivité, car il minimise les mises à jour d’état de la blockchain racine, accélérant ainsi les transactions.
Canaux d’état
Les canaux d’état sont des protocoles open source et des contrats intelligents permettant à des participants d’effectuer x transactions hors chaîne, tout en n’envoyant que deux transactions sur la chaîne Ethereum. Lorsque l’utilisateur ouvre un canal, il doit créer et payer une transaction Ethereum. Quand il décide de fermer le canal, il doit à nouveau payer des frais pour traiter la transaction sur la blockchain Ethereum. Cela réduit le nombre de transactions devant être traitées et stockées, ramenant les frais de gaz aux seuls coûts d’ouverture et de fermeture du canal. Parmi les projets utilisant les canaux d’état sur Ethereum figurent State Channels, Celer, Perun et Raiden.
Rollups
Les rollups agrègent plusieurs transactions en un seul « lot », utilisent des outils de compression (par exemple, notation scientifique pour réduire la longueur des valeurs, en octets) et valident hors chaîne, puis stockent les données d’état sur la couche 1. La compression et le traitement par lots permettent un débit plus élevé, accélérant chaque transaction et minimisant les coûts.
Ensuite, selon la méthode de validation, il existe deux types différents de rollups. Nous vérifions si la racine de l’état final (soldes des comptes, codes de contrats, etc., tous situés « dans le rollup ») est correcte après traitement par lots. Dans les zk-rollups, chaque lot génère une preuve de validité appelée ZK-SNARK. Dans les rollups optimistes comme Arbitrum, les calculs de preuve ne sont effectués que si un nœud suspecte une transaction frauduleuse, ce qui accroît encore davantage la vitesse et le débit.
En tant qu’utilisateur, comment interagir avec le rollup Arbitrum ?
En tant qu’utilisateur, vous interagirez probablement avec Arbitrum lorsque vous utiliserez des dApps que vous connaissez déjà sur Ethereum et qui nécessitent des transactions (comme Uniswap ou Aave). Plus précisément, pour interagir avec Arbitrum, ajoutez d’abord le réseau Arbitrum One à votre portefeuille MetaMask et connectez-vous, puis transférez vos actifs.
Pourquoi Arbitrum dominera-t-il l’évolutivité d’Ethereum dans un futur proche ?
Arbitrum résout le dilemme fondamental de la blockchain : évolutivité, décentralisation, sécurité.
Seulement agrandir n’est pas suffisant. Tout en augmentant son débit transactionnel, une blockchain doit préserver deux propriétés essentielles de la technologie blockchain : la décentralisation et la sécurité. C’est ce que l’on appelle le dilemme de la blockchain. À ce jour, la seule solution d’évolutivité d’Ethereum capable de répondre à ces trois critères est le type de rollup tel qu’Arbitrum. Sur Arbitrum, plus de 3,56 millions de transactions ont été traitées, avec un pic journalier de 268 000 transactions le 12 septembre 2021.
Nombre total quotidien de transactions sur Arbitrum au fil du temps
En termes de performance, Arbitrum devrait atteindre 40 000 TPS, offrant un avantage moyen de coût de 5 fois par rapport à l’utilisation directe d’Ethereum (actuellement 2 $ contre 10,38 $, voir les frais en temps réel des couches 2).
En outre, Arbitrum travaille activement à réduire encore les frais de 90 % à 95 %, ce qui signifie que vous pourrez frapper un NFT ou transférer de l’ETH pour quelques dizaines de centimes seulement. Le montant total quotidien des frais de gaz dépensés sur Arbitrum reste également inférieur à celui d’Ethereum. La forte hausse observée le 12 septembre était due au lancement d’ArbiNYAN, une plateforme de minage de liquidité de couche 2.
Montant total quotidien des frais de gaz payés sur Arbitrum vs Ethereum
Arbitrum atteint ce haut débit tout en tirant sa sécurité du consensus de la couche 1.
À titre de comparaison, les premières solutions de couche 1 comme Ethereum et Bitcoin ont privilégié la décentralisation et la sécurité, mais au détriment de l’évolutivité, comme le montrent aujourd’hui les frais de gaz élevés. De même, d’autres solutions concurrentes de couche 1 comme Solana et EOS sacrifient la décentralisation, car seulement 200 et 21 nœuds contrôlent respectivement leurs réseaux. À son tour, la centralisation nuit aussi à la sécurité, car elle augmente le risque d’attaque à 51 %.
De même, les sidechains peuvent introduire des vecteurs d’attaque dans le réseau principal, car elles reposent sur leur propre modèle de consensus et de validation des blocs. Un autre exemple de sécurité limitée est l’amélioration du protocole : les blockchains à « gros blocs » sont fondamentalement plus difficiles à vérifier et risquent de devenir plus centralisées, ce qui les rend à leur tour moins sécurisées. Toutefois, notons que tous les rollups ne sont pas décentralisés dès le départ, bien que la plupart, voire tous, s’engagent à progressivement le devenir.
Arbitrum est à ce jour la solution de couche 2 la plus compatible EVM
Arbitrum est la solution de couche 2 la plus compatible avec la machine virtuelle Ethereum (EVM). Cela permet aux développeurs de migrer presque sans effort leurs applications Ethereum existantes vers les rollups, car ils n’ont pas besoin de réécrire leur code. Arbitrum prend actuellement en charge un grand nombre de dApps, est le plus grand réseau de couche 2 d’Ethereum, avec plus de 2,3 milliards de dollars de valeur totale bloquée dans les protocoles DeFi. À titre de comparaison, les zk-rollups et les canaux de paiement ne prennent en charge que des paiements simples, des échanges et d’autres cas d’usage spécifiques. Actuellement, il compte 2 361 contrats vérifiés, avec une moyenne de 12 nouveaux contrats ajoutés par jour depuis septembre.
Nombre quotidien d’adresses vérifiées sur Arbitrum
Au fur et à mesure que davantage de dApps s’intègrent au rollup Arbitrum, ce dernier devient très attractif non seulement pour les développeurs, mais aussi pour les utilisateurs. L’augmentation du nombre d’adresses uniques utilisant Arbitrum confirme cet argument.
Nombre total d’adresses uniques sur Arbitrum au fil du temps
Parmi ces adresses, celles qualifiées d’« argent intelligent » semblent particulièrement attentives à Arbitrum. Comme illustré ci-dessous, 50 % des millionnaires ETH sur Ethereum utilisent également Arbitrum. Pour ceux qui ne connaissent pas encore les labels Nansen, les « millionnaires ETH » désignent les adresses ayant un solde ETH d’au moins un million de dollars.
Proportion d’argent intelligent actif sur Arbitrum
En résumé, il est construit sur le roi de la crypto : Ethereum
Nous pensons que des solutions comme les rollups d’Arbitrum domineront l’évolutivité d’Ethereum dans les années à venir parce que ils sont construits sur Ethereum, le roi incontesté du monde de la crypto. Cela leur donne un avantage précoce. D’abord, en termes d’utilisation, Ethereum reste le protocole blockchain le plus populaire au monde, abritant plus de 3 000 dApps, ainsi que des écosystèmes DeFi, NFT, DAO et mondes virtuels. Seul Bitcoin pourrait rivaliser ici, mais il ne peut pas supporter de rollups.
Ensuite, contrairement à ce que beaucoup pensent — à savoir qu’Ethereum 2.0 rendra obsolètes les rollups —, étant donné que le déploiement complet d’Ethereum 2.0 prendra plusieurs années, les rollups comme Arbitrum seront les premières solutions pratiques d’évolutivité. Au contraire, le sharding des données, deuxième étape d’Ethereum 2.0, est principalement destiné à accélérer les rollups. Avec les rollups fragmentant l’état stocké, le sharding fragmentant l’historique des transactions, et les rollups s’enregistrant sur des shards spécifiques, l’évolutivité du débit devient exponentielle, pouvant atteindre jusqu’à 15 millions de TPS d’ici 2030.
Pour toutes ces raisons, il est clair que des rollups comme Arbitrum occupent une position unique pour diriger la vague des solutions d’évolutivité d’Ethereum dans un avenir proche.
Préparez-vous à l’arrivée des jetons de couche 2
Sauf si vous êtes développeur ou investisseur précoce, vous pouvez quand même prendre une exposition en achetant le jeton natif du projet. Bien que la plupart des rollups comme Arbitrum n’aient pas encore de jeton natif, on peut s’attendre à ce que la plupart des projets de rollup finissent par en lancer un.
Quelques défis actuels des rollups
Le premier défi est, pour les rollups optimistes, la longue période de retrait. Le retrait peut prendre jusqu’à 7 jours, car il doit y avoir un délai permettant, en cas de suspicion de fraude, de publier la preuve de fraude et d’annuler le retrait.
Deuxièmement, la sécurité des rollups optimistes repose sur l’hypothèse qu’au moins un nœud est honnête et capable d’identifier une transaction frauduleuse.
Par ailleurs, bien que nous puissions espérer que le transfert d’actifs et de données entre rollups devienne de plus en plus facile, les rollups en sont encore au stade précoce et manquent d’interopérabilité. Néanmoins, des solutions comme Hop, Connext, cBridge et Biconomy commencent à proposer des fonctionnalités d’interopérabilité.
Enfin, beaucoup pensent que bien que la liquidité sur Ethereum soit actuellement fragmentée entre différents rollups (car les utilisateurs cherchent tous le meilleur prix), elle finira par s’accumuler sur des rollups comme Arbitrum au fil du temps.
Les rollups dans cinq ans
Objectivement, à long terme, le potentiel des rollups ne se limite pas à Ethereum. L’avenir des solutions d’évolutivité sera en réalité un système plus complexe composé de solutions interdépendantes sur plusieurs blockchains de couche 1. Dans cet avenir complexe, nous pouvons anticiper trois grandes tendances.
Comme mentionné ci-dessus, à court terme, les rollups sur Ethereum comme Arbitrum domineront le paysage des solutions d’évolutivité, puis seront renforcés par le déploiement d’Ethereum 2.0 et de son schéma de sharding. Les solutions de couche 2, y compris mais sans s’y limiter les rollups, montreront des progrès constants et verront leurs performances s’améliorer continuellement, rivalisant ainsi avec les solutions de couche 1 en matière d’exécution.
Ensuite, lorsque d’autres blockchains concurrentes atteindront leur capacité maximale, elles commenceront de plus en plus à construire des rollups sur leur propre réseau principal. En réalité, beaucoup ne comprennent pas encore pleinement le potentiel des rollups : chaque blockchain de couche 1 aura besoin de rollups. Ethereum est simplement la première à s’y préparer depuis longtemps (depuis 2015). Par exemple, Tezos adopte désormais une feuille de route centrée sur les rollups. De même, NEAR, Celestia et Polygon suivent cette voie, ce dernier ayant récemment annoncé des zk-STARKs avancés (issus des zk-Rollups) via sa solution Polygon Maiden.
En effet, compte tenu de la demande croissante pour Ethereum et les blockchains, nous pouvons également anticiper que toutes les solutions d’évolutivité resteront pertinentes et nécessaires pour répondre aux besoins croissants des acteurs du marché actuels et futurs.
Conclusion
En résumé, les frais de gaz élevés ne sont effectivement qu’un symptôme. Ethereum a toujours eu des problèmes d’évolutivité depuis sa création, et les nombreuses solutions actuelles visent toutes à y remédier.
Parmi elles, les rollups d’Arbitrum ne sont pas seulement le plus grand réseau de couche 2 d’Ethereum à ce jour, mais pourraient aussi dominer les solutions d’évolutivité dans les prochaines années.
Les rollups d’Arbitrum ont prouvé leur capacité à agrandir Ethereum sans compromettre la décentralisation et la sécurité du réseau principal. Alors que de plus en plus d’utilisateurs cherchant les meilleurs prix migrent vers Arbitrum, davantage de développeurs construiront dessus car il est le plus compatible EVM. Au-delà d’Ethereum, les rollups représentent un paradigme qui sera exporté vers d’autres blockchains concurrentes et intégré dans un écosystème de solutions d’évolutivité de plus en plus complexe.
Pour tous les participants au monde de la crypto, des solutions de couche 2 comme Arbitrum ne sont pas seulement une opportunité d’investissement, mais constituent la base des projets en cours et futurs dans les espaces DeFi et NFT, soutiendront les DAO et les mondes virtuels, et porteront l’ensemble de l’économie des créateurs et du métavers.
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