Que sont les ZK rollups ?

Les ZK rollups sont des réseaux Layer 2 qui exécutent des transactions hors de la chaîne principale, puis soumettent une preuve de validité zero-knowledge à Ethereum en même temps que chaque lot. La preuve est un petit ensemble de données cryptographiques montrant que chaque transaction du lot a respecté les règles, ce qui permet à Ethereum de vérifier le résultat sans rien réexécuter.

La justesse étant prouvée avant qu'un lot ne soit validé, les ZK rollups atteignent rapidement une finalité absolue sur Ethereum. Les retraits sont effectifs une fois la preuve vérifiée, généralement en quelques minutes ou heures, de sorte que les utilisateurs n'ont jamais à subir de période de contestation.

Le compromis historique résidait dans le coût et la complexité, car couvrir chaque opération de l'Ethereum Virtual Machine a exigé des années d'ingénierie spécialisée. Cet obstacle s'est largement effondré, et les systèmes de preuve polyvalents tels que SP1 de Succinct, RISC Zero et OpenVM peuvent désormais prouver une exécution ordinaire d'Ethereum écrite en code standard, de sorte que la plupart des nouvelles chaînes lancées aujourd'hui choisissent les preuves de validité dès le départ.

Que sont les optimistic rollups ?

Les optimistic rollups publient les résultats des transactions sur Ethereum et les considèrent comme honnêtes. Toute personne exécutant un validateur peut contester un lot pendant une période de litige, généralement de sept jours, en soumettant une preuve de fraude qui oblige Ethereum à revérifier le calcul contesté et à l'annuler en cas d'erreur.

La conception est plus simple à construire et peu coûteuse à exploiter, car aucune preuve n'est générée lors du fonctionnement normal. Cette longueur d'avance explique pourquoi les trois plus grands réseaux Layer 2 polyvalents, Base, Arbitrum One et OP Mainnet, utilisent tous des architectures optimistes et détiennent la majeure partie de la valeur de l'écosystème.

Le prix à payer est l'attente. Un retrait via le bridge natif prend toute la période de contestation pour être finalisé, de sorte que les utilisateurs doivent soit patienter une semaine, soit payer un third party bridge pour leur avancer des liquidités. Le modèle suppose également qu'au moins une partie honnête surveille la chaîne et soit prête à contester la fraude à temps, une hypothèse que les preuves cryptographiques permettent d'éliminer.

ZK Rollups vs Optimistic Rollups : principales différences

Les deux conceptions héritent de la sécurité d'Ethereum en publiant leurs données sur le mainnet, et sont toutes deux devenues nettement moins chères après l'introduction du stockage de blobs par l'EIP-4844. Les différences notables résident dans la manière dont chacune valide l'état.

• Validation d'état : Les ZK rollups prouvent que chaque lot est correct avant sa validation. Les optimistic rollups se valident d'abord et s'appuient sur des preuves de fraude pour détecter les lots invalides par la suite.
• Finalité des retraits : Les retraits ZK sont effectifs une fois la preuve de validité vérifiée sur Ethereum, généralement en quelques heures. Les retraits optimistes via le bridge canonique doivent attendre la période de contestation de sept jours.
• Hypothèses de sécurité : La sécurité ZK repose sur la robustesse du système de preuve et la correction du contrat de vérification. La sécurité optimiste nécessite en outre un observateur honnête pour détecter et contester la fraude avant la fin du délai.
• Structure des coûts : Les chaînes optimistes font l'économie des frais de preuve lors du fonctionnement normal. Les chaînes ZK paient pour chaque preuve, bien que les dépenses liées aux prouveurs aient chuté d'environ 45 fois à mesure que le matériel et les systèmes de preuve ont mûri.
• Compatibilité EVM : Les optimistic rollups réutilisent les clients Ethereum presque sans modification. Les zkEVM modernes ont comblé l'essentiel de l'écart, si bien que la compatibilité ne dicte plus ce choix.
• Profondeur de l'écosystème : Les chaînes optimistes détiennent la liquidité la plus importante et la plus grande couverture d'applications. Les conceptions ZK mènent la danse pour les appchains nécessitant un règlement rapide, telles que la plateforme d'échange de perpetuals Lighter.

Quel type de rollup est le plus sûr ?

Sur le papier, les preuves de validité offrent la garantie la plus solide. Un ZK rollup ne peut pas finaliser un état invalide tant que les mathématiques et le contrat de vérification sont corrects, tandis qu'un optimistic rollup dépend du signalement d'une fraude par un tiers durant le délai imparti. En pratique, nous évaluons d'abord le degré de contrôle que l'opérateur conserve.

L2Beat évalue chaque rollup selon un système par étapes. L'étape 1 signifie que le système de preuve fonctionne sans autorisation, que les utilisateurs peuvent sortir vers Ethereum sans la coopération de l'opérateur et que les mises à niveau font l'objet d'un délai permettant aux utilisateurs de partir. L'étape 0 signifie qu'un multisig détenu par l'équipe peut toujours contourner le système.

Début août, Base, Arbitrum One, OP Mainnet, Ink, Unichain et Starknet se situent à l'étape 1, tandis que Linea, ZKsync Era et Scroll restent à l'étape 0 malgré leur architecture de preuve plus robuste.

Les systèmes de preuve récents comportent leurs propres risques. Plusieurs prouveurs basés sur STARK reposent sur des conjectures mathématiques récemment remises en question par des chercheurs, ce qui explique pourquoi les développeurs d'Ethereum exigent désormais une sécurité prouvable de 128 bits avant que les zkEVMs n'interagissent avec le consensus. Tant qu'une chaîne ZK n'associe pas des preuves matures à une décentralisation de niveau 1, l'avantage architectural à lui seul ne pèse pas lourd.

La frontière entre les deux s'estompe

Pour voir où va la mise à l'échelle, observez le camp optimiste. La génération de preuves est devenue un service banalisé, et des outils tels qu'OP Succinct permettent à n'importe quelle chaîne OP Stack de remplacer les preuves de fraude par des preuves de validité sans reconstruire son infrastructure.

Base, le plus grand Layer 2 en valeur, est en train d'opérer cette transition. Sa mise à niveau Azul intègre des preuves zero-knowledge SP1 ainsi que des attestations matérielles de confiance dans une conception à multi-preuves, réduisant la finalité des retraits de sept jours à un lorsque les deux preuves concordent, et l'équipe décrit cela comme une étape intermédiaire vers une validation ZK complète.

Mantle et Taiko sont allés plus loin et se settlement désormais avec des preuves de validité malgré un lancement en tant que chaînes optimistic, et BOB, le rollup axé sur Bitcoin, exécute un système hybride qui résout les litiges de fraude avec une seule preuve ZK au lieu d'un long jeu de contestation.

Nous n'avons trouvé aucun exemple de chaîne à preuve de validité revenant aux preuves de fraude, de sorte que les anciennes étiquettes décrivent de plus en plus l'origine d'une chaîne plutôt que sa direction future.

Principaux exemples de chaque catégorie

Les projets ci-dessous ancrent chaque camp aujourd'hui. Pour une analyse plus approfondie du côté ZK, consultez notre classement des meilleurs projets de zk rollup.

ZK Rollups

• Starknet : Utilise son propre langage Cairo et le prouveur Stwo, et constitue la première chaîne ZK d'envergure à atteindre la décentralisation de stade 1.
• Linea : Construit par Consensys, l'entreprise derrière MetaMask, avec une conception étroitement alignée sur la tokenomics d'Ethereum.
• ZKsync Era : Le fleuron de l'écosystème ZKsync, dont le prouveur Boojum alimente également des chaînes telles que Abstract.
• Scroll : Vise une compatibilité Ethereum au niveau du bytecode et prouve l'exécution grâce au système OpenVM.
• Lighter : Un zk rollup spécifique à une application pour le trading de perpetual, et le rollup le plus actif de tous les types en matière d'opérations utilisateur.

Optimistic Rollups

• Base : La chaîne de Coinbase et le plus grand rollup en valeur sécurisée, qui intègre désormais des preuves ZK grâce à la mise à niveau Azul.
• Arbitrum One : Le poids lourd historique de la DeFi, sécurisé par le protocole de contestation sans permission BoLD.
• OP Mainnet : La chaîne OP Stack d'origine, dont la base de code sous-tend également Base, Ink, Unichain et la Superchain au sens large.
• Ink : Le réseau axé sur la DeFi de Kraken, déjà classé au stade 1 moins d'un an après son lancement.
• Unichain : La chaîne orientée trading d'Uniswap, conçue pour concentrer la liquidité des swap sur son propre espace de bloc.

Statistiques et adoption des rollups

Les données de L2Beat du début du mois d'août montrent comment les deux camps se comparent en termes d'échelle.

• Valeur totale sécurisée : Les réseaux de mise à l'échelle d'Ethereum détiennent 33,4 milliards de dollars au total, dont 26,8 milliards de dollars reposent sur des rollups qui publient leurs données sur Ethereum.
• Un marché à deux chaînes : Base (11,6 milliards de dollars) et Arbitrum One (10 milliards de dollars) concentrent environ 80 % de la valeur totale des rollups, tous deux reposant sur des architectures optimistic.
• Les plus grandes chaînes à preuve de validité : Mantle est en tête avec 1,2 milliard de dollars après son passage aux preuves de fraude, suivi de Lighter avec 849 millions de dollars et de Starknet avec 370 millions de dollars.
• L'activité raconte une autre histoire : Lighter a traité environ 875 opérations utilisateur par seconde au cours de la dernière journée, soit environ neuf fois les 94 opérations de Base, démontrant l'avantage de la rapidité de finalité.
• La longue traîne : L2Beat suit 23 rollups à part entière, et seule une poignée de petites chaînes telles que Facet et le réseau axé sur la confidentialité Aztec ont atteint le stade 2, le niveau ultime de décentralisation.

Ethereum lui-même passe au ZK

Le signal le plus fort de tout ce débat réside dans ce qu'Ethereum fait sur sa propre couche de base. Au milieu de l'année dernière, la Fondation Ethereum s'est fixée pour objectif de prouver 99 % des blocs du mainnet en moins de 10 secondes, soit un délai suffisamment court pour que les validateurs puissent vérifier une zero-knowledge proof au lieu de réexécuter chaque transaction.

Dès décembre, l'objectif a été atteint. La latence de preuve est passée de 16 minutes à 16 secondes, les coûts ont été divisés par 45 et la feuille de route s'est depuis orientée vers le renforcement de la sécurité avant que les clients zk n'atteignent le mainnet.

Les mises à niveau complémentaires sont déployées comme prévu. Fusaka a été lancé en décembre dernier et a introduit PeerDAS, qui permet aux nœuds de vérifier la data availability par échantillonnage plutôt qu'en téléchargeant l'intégralité des données, tandis que ses forks de blobs successifs ont plus que doublé la capacité de données sur laquelle comptent les rollups.

Le hard fork suivant, Glamsterdam, restructure la production des blocs afin que les prover disposent de plusieurs secondes pour générer une preuve au lieu d'une ou deux.

Une fois qu'Ethereum vérifiera les preuves de validité de manière native, les systèmes de preuve de fraude commenceront à ressembler à une technologie de transition, et chaque grand écosystème optimistic a déjà intégré la génération de preuves zk dans sa feuille de route.

Rollups au-delà d'Ethereum

Le modèle des rollups a également fait son incursion sur Bitcoin, où il a longtemps semblé impossible en raison de l'impossibilité pour le langage de script de Bitcoin de vérifier directement des preuves complexes. BitVM a changé la donne en permettant de régler les litiges de fraude sur Bitcoin sans aucune modification du protocole, et il constitue désormais la base de la première génération de bridges Bitcoin à confiance minimisée.

Fin janvier, Citrea a concrétisé cette idée en lançant le premier rollup zk en direct sur Bitcoin. Il exécute des transactions EVM, les prouve à l'aide d'un zkEVM basé sur RISC Zero et inscrit la preuve compressée sur la blockchain Bitcoin, qui sert à la fois de couche de règlement et de couche de données.

Son bridge Clementine n'a besoin que d'un seul participant honnête pour assurer la sécurité des retraits, un modèle nettement plus robuste que les custodial federated des sidechains Bitcoin précédentes. L'écosystème reste encore minuscule face aux Layer 2 networks d'Ethereum, mais les questions de conception qui y trouvent une réponse sont les mêmes que celles qu'Ethereum a résolues des années plus tôt.

En résumé

Les rollups zk et optimistic ont résolu le même problème de congestion par des approches opposées, et après des années de concurrence, le marché a rendu un verdict partagé. Les chaînes optimistic ont remporté la course à l'adoption en concentrant la grande majorité de la valeur et des applications, tandis que les zero-knowledge proofs ont remporté le débat sur la direction technologique à privilégier.

Pour les utilisateurs, le choix actuel repose moins sur l'architecture des preuves que sur ce que chaque chaîne propose autour d'elle. Les frais sont presque identiques depuis l'arrivée des blobs, de sorte que la profondeur de l'écosystème, les délais de retrait et le stade L2Beat d'une chaîne constituent les critères que nous privilégions en premier. Nous prévoyons que ces distinctions s'estomperont au cours des prochaines années à mesure que les chaînes à preuve de fraude intégreront des preuves de validité, et que l'Ethereum parachèvera la transformation de sa propre couche de base en le plus grand système vérifié par zk de la crypto.