Un chercheur Ethereum : pourquoi les blockchains L1 monolithiques sont une « impasse » ?
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Un chercheur Ethereum : pourquoi les blockchains L1 monolithiques sont une « impasse » ?
Les réseaux blockchain monolithiques de niveau 1 ne sont pas seulement insoutenables, ils ne parviendront jamais à fournir le débit requis — et seront même éloignés de plusieurs ordres de grandeur par rapport à l'objectif.
Dédié à des analyses Web3 approfondiesRédaction : Polynya
Édition : Nanfeng
Je n'ai jamais écrit d'article sur « Optimistic Rollups contre ZK-Rollups ». Ils sont tous deux excellents. Mes articles visent uniquement à m'opposer aux blockchains monolithiques L1 inefficaces, non évolutives, peu sûres et fragiles, pour lesquelles nous avons observé une allocation absurde de capital.
Mon seul objectif est de voir les blockchains s'étendre à l'échelle mondiale de manière technologique, économique et sociale durable.
Les réseaux de blockchains monolithiques L1 ne sont pas seulement insoutenable – en réalité, ils ne parviendront jamais à fournir le débit requis, étant plusieurs ordres de grandeur en dessous de l’objectif. Mais ce n’est plus un problème désormais – nous avons besoin de couches exécutives modulaires et d’échantillonnage de disponibilité des données (data availability sampling) pour faire évoluer les blockchains. Cela n’a jamais été aussi clair. Plus tôt nous reconnaîtrons cela et adopterons cette approche, mieux ce sera pour l’industrie blockchain.
Oui, ceci n’est que mon opinion. Comme toujours, veuillez considérer cet article comme un flux de conscience amateur plutôt qu’un article de recherche professionnel.
Les blockchains monolithiques L1 (restent) extrêmement inefficaces
J’ai commencé à commenter les Rollups dès 2020, publiant des billets à cette période l’année dernière, alors que la narration dominante était : « Cardano / autres plateformes intelligentes L1 alternatives arrivent, et les utilisateurs vont migrer massivement d’Ethereum vers ces autres réseaux L1 du jour au lendemain. »
Puis est venue l’idée selon laquelle « les réseaux L2 sont une solution temporaire, la seule voie vers l’évolutivité passe par les L1. »
Cependant, même les tests les plus modestes fin 2021 ont vu ces narrations alternatives s’effondrer à une vitesse incroyable :
1. Binance Smart Chain (BSC) a augmenté ses exigences système en raison de l’expansion d’état. En conséquence, les nœuds ont commencé à se désynchroniser, entraînant de nombreux problèmes. Le problème ici est qu’ils avaient initialement défini des exigences système très faibles – mais sans prévenir que celles-ci croîtraient exponentiellement avec l’expansion d’état. Aujourd’hui, ils effectuent des changements réseau imprudents sans audit ni test suffisants. Bien sûr, passer à Erigon et disposer de plusieurs chaînes apportera des gains marginaux, mais il y aura toujours des limitations sévères.
2. Solana n’a pas commis cette erreur, étant ouvert dès le départ sur ses hautes exigences système. Je ne vais absolument pas critiquer ici les divers échecs et problèmes de Solana, car c’est largement dû au fait que c’est un produit bêta précoce. Les bugs et problèmes dus à des fonctionnalités manquantes apparaissent toujours dans les projets bêta, que ce soit pour les Rollups, les dApps ou les blockchains monolithiques L1. J’espère simplement que les développeurs corrigeront ces problèmes. Mais le problème est que, avec le temps, lorsque Solana mûrira, passera des tests rigoureux et mettra en place un marché des frais, il devra offrir un débit incrémental au prix d’un coût énorme en durabilité technologique et économique. Solana est fondamentalement non évolutif. Les Optimistic Rollups sont une bien meilleure solution que Solana, et ils mûriront rapidement.
3. Polygon PoS est probablement la chaîne la plus adoptée après Ethereum. À présent, Polygon PoS est effectivement une « chaîne de soumission » (commit chain), et non une alternative L1, mais reste une chaîne monolithique soumise aux mêmes contraintes d’inefficacité que les L1. Polygon PoS a atteint sa limite, subissant des transactions spam, ce qui les a poussés à augmenter leur prix minimum de gaz. Même après cela, de nombreux projets continuent d’envoyer des spams, faisant grimper le prix du gaz à plus de 0,10 USD. Pour être clair, c’est un résultat bien meilleur que sur Solana ou Cardano, où pendant les périodes de congestion, 99 % des transactions échouent, et seuls les petits robots MEV réussissent. Bravo à l’équipe Polygon, contrairement à d’autres projets de blockchains monolithiques, d’avoir publiquement reconnu ces limites et de concentrer tous ses efforts sur les ZK-Rollups – qui permettront réellement une haute évolutivité. Les actes valent mieux que les mots, et l’investissement de 1 milliard de dollars de l’équipe Polygon dans la technologie à connaissance nulle mérite d’être salué.
4. Concernant Cardano, c’est également un produit bêta très précoce, comme Solana, devant encore implémenter un marché des frais. Les exigences système de Cardano restent basses. Récemment, j’ai vu la communauté Cardano devenir de plus en plus intéressée par les Rollups, ce qui est encourageant ! Cependant, tant que Cardano lui-même n’aura pas mis en œuvre l’échantillonnage de disponibilité des données, tout cela sera vain.
5. Nous avons vu de nombreux autres projets ne pas tenir leurs promesses médiatisées. Chaque fois que l’espace bloc est saturé, les frais sur Avalanche C-Chain explosent – ce qui est une caractéristique fondamentale des chaînes monolithiques. Les sous-réseaux fragmentent la sécurité ou la décentralisation, et seront confrontés aux mêmes limitations sévères (c’est-à-dire la flambée des frais). Quant au « online pruning » (élagage en ligne, où « élagage » signifie la compression par les nœuds de l’historique des transactions passées) d’Avalanche : attendons de voir, mais cela semble implémenter le « offline pruning » de Geth en le rendant plus fréquent. Cela pourrait être un bon complément à Geth, mais cela ne résout absolument pas la limitation fondamentale de l’expansion d’état. Nous avons déjà vu l’échec d’Harmony, etc. Mais je tiens aussi à souligner les projets qui construisent aujourd’hui les solutions d’évolutivité de la prochaine génération : l’échantillonnage de disponibilité des données d’Ethereum, Tezos, Celestia et Polygon Avail ; les preuves d’efficacité de Mina et Aleo ; ainsi que de nombreuses architectures Rollup, avec apparemment une nouvelle chaque semaine ! Il est clair que nous sommes entrés dans l’ère de l’architecture modulaire – très peu construisent sérieusement de nouvelles blockchains monolithiques L1. En cas d’urgence, des projets comme Polkadot et NEAR, qualifiés de « modulaires prototypes », constituent des solutions intermédiaires, qui, bien qu’elles ne résolvent pas tous les problèmes mentionnés, conservent durabilité et sécurité. Si vous ne vous souciez pas de durabilité ni de sécurité, Dfinity/ICP construit des choses intéressantes.
6. Je veux aussi préciser qu’il existe une voie possible pour les blockchains monolithiques L1 : la mise à niveau vers les technologies de prochaine génération. Par exemple, Avalanche pourrait implémenter une « sous-réseau de disponibilité des données » au niveau inférieur, validé par l’ensemble du jeu de validateurs, et introduire une couche exécutive modulaire. À moins que cela ne soit prioritaire dans leur feuille de route, je continuerai à défendre cette idée jusqu’à ce que ce changement devienne courant dans toute l’industrie.
7. Maintenant, chaque chaîne n’a pas besoin d’être un Rollup ou d’avoir une forme quelconque de conception modulaire. Lorsque la sécurité n’est pas cruciale, ou lorsqu’on souhaite implémenter une nouvelle fonctionnalité difficile, voire impossible à réaliser dans les Rollups, les chaînes L1 souveraines ont encore leur place. Bien sûr, c’est largement un marché de niche, mais il existe bel et bien. L’écosystème Cosmos excelle dans ce domaine, et Polygon Edge construit des solutions convaincantes, même si j’aimerais voir ces chaînes prouvées efficaces, et IBC (inter-blockchain communication) évoluant pour valider les preuves d’efficacité. Il en va de même pour les ponts entre chaînes L1. Même un pont parfaitement sécurisé entre L1, comme celui que =nil; Foundation construit entre « Mina <> Ethereum », doit supposer que la chaîne plus vulnérable (Mina) ne sera pas attaquée ; en revanche, les ponts Rollup offrent une garantie de sécurité complète : même si le Rollup plus vulnérable est attaqué, vous héritez toujours de la sécurité de la chaîne plus puissante.
8. Enfin, le timing des discussions est crucial. Actuellement, les Optimistic Rollups ne sont pas prêts, donc utiliser ces blockchains monolithiques L1 non-bêta a encore un sens. Il faut noter que les Optimistic Rollups et les chaînes L1 monolithiques présentent différents niveaux de maturité/instabilité, qu’il faut évaluer au cas par cas. Je ne traiterai pas cela ici, mon seul intérêt étant de comprendre comment les blockchains peuvent s’étendre massivement et durablement à long terme. Mais les Optimistic Rollups mûrissent rapidement et ont une voie claire vers la durabilité. Seul un travail d’ingénierie est nécessaire – il est fort probable qu’au moins un Optimistic Rollup atteigne une pleine décentralisation, compresse les données, dispose d’un pont hautement liquide, et s’agrandisse dans l’année. Une fois les Optimistic Rollups prêts pour leur heure de gloire, le jeu sera terminé pour tous les réseaux de blockchains monolithiques L1.
Par le passé, j’ai adopté une vision très longue, donc j’ai pu discuter des ZK-Rollups d’un point de vue plus optimiste.
J’ai toujours pensé que les ZK-Rollups seraient la solution finale, et que tous les Optimistic Rollups deviendraient soit des ZK-Rollups, soit utiliseraient des preuves d’efficacité pour remplacer leurs systèmes de preuve de fraude. Mais cela pourrait prendre trois ans.
La conclusion de la première partie ci-dessus est : les blockchains monolithiques L1 sont une impasse, les preuves sont accablantes, donc je veux souligner cela clairement. Voici la deuxième partie de cet article, centrée principalement sur Ethereum, car c’est là que se concentrent toutes les innovations Rollup, et Ethereum possède la feuille de route d’évolutivité la plus ambitieuse.
Optimistic Rollups vs ZK-Rollups
Discutons maintenant des Optimistic Rollups et des ZK-Rollups.
Au fait, récemment, j’ai découvert Obscuro (un TEE Rollup) et le Naive Rollup d’Urbit.
L’espace de conception des Rollups est une page blanche, donc il peut exister de multiples types de Rollups ! Ici, je traite spécifiquement des Rollups sécurisés basés sur les preuves de fraude (Optimistic Rollups) et les preuves d’efficacité (ZK-Rollups).
Frais de transaction
Commençons par les Rollups spécialisés par application : clairement, les ZK-Rollups sont en avance ici. Des solutions comme Loopring, zkSync sont bien accueillies dans le paiement, avec des transferts de jetons ERC-20 à environ 0,10 USD. Au moment d’écrire ces lignes, les frais fixes sur ZigZag, un DEX basé sur ZK-Rollup, s’élèvent à 0,28 USD, incluant les frais de gaz et de transaction. Pendant ce temps, la plateforme de dérivés décentralisée dYdX n’a pas de frais de gaz utilisateur, mais on peut calculer ses frais de transaction : en période de forte activité, elle paie 0,08 USD de gaz à Ethereum par transaction ; en période calme, environ 0,10 USD.
Or, il est tout à fait possible que les Optimistic Rollups atteignent ces niveaux de frais – en effet, Hubble (un réseau L2 basé sur Optimistic Rollup utilisé par Worldcoin) a actuellement des frais de transfert ERC-20 inférieurs à 0,10 USD. Passons maintenant aux Rollups de contrats intelligents – pourquoi les frais sur Optimism et Arbitrum sont-ils si élevés actuellement ? Au moment d’écrire ces lignes, selon Lefees.info, le coût d’échange de jeton sur Optimism est de 0,85 USD, contre 1,35 USD sur Arbitrum, ce qui est vraiment trop élevé !
La réponse est simple : ces Optimistic Rollups ne sont pas encore optimisés, et la plupart des dApps déployés tôt sur eux sont des fourches de projets existants sur Ethereum, non conçus spécifiquement pour les Optimistic Rollups. Récemment, Aave V3, optimisé spécifiquement pour les Optimistic Rollups, a réussi à réduire les frais d’environ 10 fois !
Mais il y aura davantage d’optimisations. L’agrégation/compression des signatures permettra d’économiser directement environ 1 000 gas par transaction. La compression de base des données d’appel (calldata) économisera directement un facteur 2,5, et des méthodes plus avancées arriveront. À mesure que les Optimistic Rollups et les dApps déployés dessus seront optimisés, leurs frais de transaction atteindront facilement la fourchette 0,01–0,10 USD.
Attendez, ceci est avant l’étape The Surge de la feuille de route d’Ethereum (qui améliorera fortement l’évolutivité des Rollups via le sharding) ! Si la mise à jour dure de Shanghai d’Ethereum fin 2022 (la première après la fusion) se déroule bien, la première étape pourrait être l’introduction de « transactions portant des blobs » (blob-carrying transactions, un nouveau format de transaction proposé par Vitalik), ce qui ramènera le coût des données d’appel (calldata) presque à zéro, et les Optimistic Rollups deviendront en réalité encore moins chers !
Aujourd’hui, les ZK-Rollups ont un coût fixe élevé. Pour l’instant, ils sont moins chers car leur coût en données d’appel dépasse ce coût fixe ; mais quand le coût des données d’appel deviendra négligeable, les frais seront entièrement dominés par le coût fixe des ZK-Rollups. Or, le coût opérationnel des ZK-Rollups est beaucoup plus élevé.
Il existe clairement divers systèmes de preuve aux coûts différents, mais l’estimation habituelle est de 0,01–0,02 USD. Ce sera le coût minimal des ZK-Rollups. Toutefois, les Optimistic Rollups pourraient descendre bien plus bas : puisque 99 % du coût d’un Optimistic Rollup mature vient des données d’appel, ils peuvent accéder à ~5200 TPS d’espace blob à coût insignifiant.
Au passage, les Optimistic Rollups seront aussi moins chers que les schémas Validium (qui conservent leur disponibilité des données hors chaîne), car ce coût minimal s’applique aussi aux Validium ! Je pense que le coût de transaction de zkPorter (un Validium) est entre 0,01 et 0,03 USD, tandis que les Optimistic Rollups peuvent descendre bien en dessous. Personnellement, pour des raisons de qualité des transactions, je ne recommande pas ces schémas, mais dans ce cas, les Optimistic Rollups obtiendront finalement une « marge » plus élevée, pouvant être redistribuée aux parties prenantes ou utilisée pour le financement de biens publics, le développement, etc.
Bien sûr, à terme, ~5200 TPS satureront, et si la demande excède cela, le coût des données d’appel remontera. Mais d’ici là, Danksharding sera lancé, étendant d’abord cet espace à 125 000 TPS, puis à plusieurs millions de TPS en quelques années. (Au passage, parler de « TPS » lorsqu’on discute des Rollups n’a pas de sens, mais c’est utile pour illustrer.) À long terme, le coût des données d’appel ne sera jamais un goulot – le goulot sera les Rollups eux-mêmes. Répétons-le : le goulot sera les Rollups, pas Ethereum.
À long terme, à mesure que les ZK-Rollups mûriront, nous aurons des proveurs ASIC, et leur coût deviendra négligeable. Alors, leur avantage – notamment le retrait immédiat (sans attente) – prévaudra. Pour certaines applications à état fortement compressé (comme dYdX), ils deviendront rapidement bien moins chers que les Optimistic Rollups.
Finalité (Finality)
À ce sujet, une idée fausse courante est que les Optimistic Rollups ont une période de verrouillage de 7 jours. En réalité, les Optimistic Rollups atteindront la même finalité que la L1 plus rapidement que les ZK-Rollups. Nous avons déjà vu les Optimistic Rollups soumettre un lot de transactions toutes les 5 à 10 minutes – c’est donc le délai. Ces 7 jours servent à garantir cette finalité, en supposant qu’au moins une entité maintienne cette finalité. À mesure que les Optimistic Rollups s’agrandissent, ces lots seront soumis plus fréquemment, et vers ~20 TPS, ils pourront soumettre chaque bloc, rendant la finalité des Optimistic Rollups égale à celle de la L1. Du fait de leur coût fixe bien plus élevé, les ZK-Rollups auront besoin de plus d’activité (>100 TPS) pour soumettre chaque bloc. Toutefois, grâce à la proposition d’EIP de Vitalik sur les transactions blob, les ZK-Rollups pourraient être redessinés pour envoyer certaines preuves aux blobs, ce qui pourrait régler le problème.
Alors, qu’est-ce que ces 7 jours pour les Optimistic Rollups ? Puisque la période de contestation est de 7 jours, un type de transaction a effectivement un verrouillage de 7 jours : le retrait depuis un Optimistic Rollup vers la L1. Dans certains cas, comme les NFTs inter-chaînes, cela peut poser problème. Cependant, nous avons déjà vu de nombreux « ponts » sur les Optimistic Rollups, et à mesure que ceux-ci mûriront, l’activité et la liquidité augmenteront, rendant ces 7 jours sans importance. Le vrai problème est que les ZK-Rollups soutiennent de nouveaux cas d’usage et activités inter-Rollup impossibles sur les Optimistic Rollups.
Par exemple, grâce à Danksharding, les ZK-Rollups pourront appeler la L1 de façon synchrone. J’ose même spéculer que, si nous implémentons une pré-confirmation L1 via crLists, un certain niveau de composable entre différents ZK-Rollups deviendra possible ! Les Optimistic Rollups sont exclus de ces scénarios novateurs. Annexe : bien que les Optimistic Rollups puissent permettre des transactions privées, les ZK-Rollups pourront le faire à un coût bien moindre.
Débit (Throughput)
Les Rollups spécialisés par application sont très légers et peuvent s’agrandir massivement. Si je me souviens bien, StarkEx avait déjà démontré 9 000 à 18 000 TPS dès mi-2020. Mais pour les Rollups de contrats intelligents, c’est plus difficile. Nous avons vu StarkNet offrir un débit inférieur à dYdX ou Immutable X, et l’optimisation du débit est désormais prioritaire. Puisque Optimism et Arbitrum reposent tous deux sur des clients EVM, ils bénéficient a) de bases de code éprouvées, b) de clients relativement optimisés. Il y a quelques jours, j’ai demandé jusqu’où l’EVM pouvait s’étendre avant besoin de parallélisme, et Alexey Sharp pensait qu’Erigon pouvait atteindre 500M gas/seconde. Il y a donc beaucoup de place pour des Optimistic Rollups EVM optimisés, et davantage encore via des clients multi-thread ou plusieurs instances/Rollups récursifs.
C’est là que réside notre débat : parce que les Optimistic Rollups reposent sur l’hypothèse d’une minorité honnête, vous ne pouvez pas pousser les exigences système trop loin. Pour être clair, cette hypothèse d’une minorité honnête – contrairement à l’hypothèse d’une majorité honnête des L1 monolithiques – rend les Optimistic Rollups plus sûrs que toute blockchain L1 monolithique. Mais il faut quand même imposer une limite, qui par défaut doit être inférieure à celle des ZK-Rollups, car ceux-ci peuvent facilement être vérifiés via des preuves d’efficacité.
Mais les Optimistic Rollups ont une solution – les clients sans état (stateless clients). Je l’ai vu sur la feuille de route d’Optimism, mais je ne me souviens plus où. Avec des clients sans état, vérifier un Optimistic Rollup devient très facile, et la vérification des transactions devient simple avec les bons outils. De plus, comme l’état du Rollup peut être facilement reconstruit directement depuis la L1, les Rollups peuvent appliquer l’expiration d’état de façon plus agressive que la L1. Une fois la sans-état et l’expiration fréquente d’état implémentées, les Rollups auront déjà surmonté le grave problème de l’expansion d’état ! De plus, nous avons de nouvelles solutions comme Fuel V2, qui utilise un système similaire aux UTXO pour la parallélisation.
Cela dit, grâce aux preuves d’efficacité récursives, les ZK-Rollups restent une solution plus élégante pour atteindre le débit maximal du réseau. Très probablement, à mesure que StarkNet mûrira, nous verrons des ZK-Rollups spécialisés construire d’énormes débits au-dessus, et StarkNet dans son ensemble dépassera largement tout Optimistic Rollup. Mais le compromis est la composable atomique – à moins que les équipes ZK-Rollups ne découvrent rapidement cela !
Conclusion
En fin de compte, tout dépend de la chronologie.
Pour les chaînes spécialisées par application, les ZK-Rollups sont déjà la meilleure solution dans la plupart des cas. C’est évident pour quiconque a utilisé dYdX, zkSync, Loopring ou Immutable X. Certains compromis existent, mais tous seront réglés d’ici la fin de l’année (par exemple dYdX V4).
Contrats intelligents : les chaînes L1 monolithiques ont encore un an de pertinence. Pour elles, le destin est scellé, hormis un virage d’urgence vers les preuves de fraude, les preuves d’efficacité et les preuves DA (disponibilité des données).
Les Optimistic Rollups s’agrandiront plus vite que les ZK-Rollups. Une grande partie de leur base de code est déjà mature ; une fois la centralisation du séquenceur et la mise à niveau décentralisées, les Optimistic Rollups seront prêts pour une adoption massive. D’ici fin 2022, les Optimistic Rollups pourraient connaître des frais de gaz inférieurs à un cent, être pleinement décentralisés, avoir une sécurité et une finalité identiques à Ethereum L1, et disposer de liquidité suffisante pour des retraits rapides. Et avec la mise en œuvre de la sans-état et de l’expiration d’état en 2023, les Optimistic Rollups continueront de s’améliorer.
Les ZK-Rollups continueront d’évoluer, de mûrir, d’être testés, d’optimiser les temps de preuve, de passer aux proveurs GPU puis aux proveurs ASIC. Leurs machines virtuelles et nœuds séquenceurs mûriront et s’agrandiront progressivement. D’ici fin 2023, j’anticipe que les ZK-Rollups rattraperont et remplaceront les Optimistic Rollups. Mais les Optimistic Rollups continueront de jouer un rôle jusqu’en 2024/25, date à laquelle j’espère que la plupart deviendront des ZK-Rollups, ou utiliseront au moins des preuves d’efficacité pour remplacer leurs systèmes de preuve de fraude.
Je l’ai dit plusieurs fois : mon horizon est de 5 à 10 ans. Mais l’évolution des Rollups et du DAS (échantillonnage de disponibilité des données) est si rapide que je pense maintenant que la fin est en vue, et qu’elle se produira dans les 5 ans.
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