Que sont les rollups ZK ?

Les rollups zk sont des réseaux de couche 2 qui exécutent les transactions hors de la chaîne principale, puis soumettent à Ethereum une preuve de validité zero-knowledge avec chaque lot. Cette preuve est une petite donnée cryptographique démontrant que chaque transaction du lot a respecté les règles, de sorte qu'Ethereum peut vérifier le résultat sans rien ré-exécuter.

Comme l'exactitude est prouvée avant le règlement d'un lot, les rollups ZK atteignent rapidement une finalité définitive sur Ethereum. Les retraits sont validés une fois la preuve vérifiée, généralement en quelques minutes à quelques heures, de sorte que les utilisateurs n'ont jamais à attendre une fenêtre de contestation.

Le compromis historique tenait au coût et à la complexité, car couvrir chaque opération de l'Ethereum Virtual Machine a demandé des années d'ingénierie spécialisée. Cet obstacle a en grande partie disparu : des systèmes de preuve génériques tels que SP1 de Succinct, RISC Zero et OpenVM peuvent désormais prouver l'exécution ordinaire d'Ethereum écrite en code standard, si bien que la plupart des nouvelles chaînes lancées aujourd'hui choisissent dès le départ les preuves de validité.

Que sont les rollups optimistes ?

Les rollup optimistes publient les résultats des transactions sur Ethereum en supposant qu'ils sont honnêtes. Quiconque exécute un vérificateur peut contester un lot pendant une fenêtre de contestation, généralement de sept jours, en soumettant une preuve de fraude qui oblige Ethereum à revérifier le calcul contesté et à l'annuler s'il échoue.

Cette conception est plus simple à construire et peu coûteuse à exploiter, car aucune preuve n'est générée en fonctionnement normal. Cet avantage initial explique pourquoi les trois plus grands réseaux généralistes de couche 2, Base, Arbitrum One et OP Mainnet, utilisent tous des architectures optimistes et concentrent l'essentiel 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 : les utilisateurs patientent donc une semaine ou paient un bridge tiers pour obtenir une avance de liquidité. Le modèle suppose aussi qu'au moins une partie honnête surveille la chaîne et soit prête à contester une fraude à temps, une hypothèse que les preuves cryptographiques éliminent.

Rollups ZK et rollups optimistes : principales différences

Les deux conceptions héritent de la sécurité d'Ethereum en publiant leurs données sur le mainnet, et toutes deux sont devenues nettement moins chères après que l'EIP-4844 a introduit le stockage en blobs. Les différences significatives tiennent à la manière dont chacune valide l'état.

• Validation de l'état : Les rollups ZK prouvent que chaque lot est correct avant son règlement. Les rollups optimistes règlent d'abord et s'appuient sur des preuves de fraude pour détecter ensuite les lots invalides.
• Finalité des retraits : les retraits ZK sont validés une fois la preuve de validité vérifiée sur Ethereum, généralement en quelques heures. Les retraits optimistes via le bridge officiel doivent attendre la fin de la fenêtre de contestation de sept jours.
• Hypothèses de sécurité : la sécurité ZK repose sur la solidité du système de preuve et sur l'exactitude du contrat de vérification. La sécurité optimiste exige en plus qu'un observateur honnête détecte et conteste la fraude avant la fin de la fenêtre.
• Structure des coûts : les chaînes optimistes évitent les coûts de preuve en fonctionnement normal. Les chaînes zk paient chaque preuve, bien que les dépenses des prouveurs aient été divisées par environ 45 à mesure que le matériel et les systèmes de preuve ont gagné en maturité.
• Compatibilité EVM : les rollups optimistes réutilisent les clients Ethereum presque sans modification. Les zkEVM modernes ont comblé l'essentiel de l'écart, la compatibilité ne détermine donc plus le choix.
• Profondeur de l'écosystème : Les chaînes optimistes détiennent la liquidité et la couverture applicative les plus importantes. Les conceptions ZK dominent dans les appchains qui nécessitent un règlement rapide, comme la plateforme d'échange de perpétuels Lighter.

Quel type de rollup est le plus sûr ?

Sur le papier, les preuves de validité offrent la garantie la plus solide. Un rollup ZK ne peut pas finaliser un état invalide tant que les mathématiques et le contrat de vérification sont fiables, alors qu'un rollup optimiste dépend de quelqu'un qui repère la fraude dans le délai imparti. En pratique, nous évaluons d'abord le degré de contrôle que conserve l'opérateur.

L2Beat note chaque rollup selon un système d'étapes. L'étape 1 signifie que le système de preuve fonctionne sans permission, que les utilisateurs peuvent sortir vers Ethereum sans la coopération de l'opérateur, et que les mises à niveau sont soumises à un délai laissant aux utilisateurs le temps de partir. L'étape 0 signifie qu'un multisig détenu par l'équipe peut encore passer outre le système.

Début août, Base, Arbitrum One, OP Mainnet, Ink, Unichain et Starknet se situent au niveau 1, tandis que Linea, ZKsync Era et Scroll restent au niveau 0 malgré leur architecture de preuve plus solide.

Les systèmes de preuve récents comportent leurs propres risques. Plusieurs prouveurs basés sur STARK reposent sur des conjectures mathématiques que des chercheurs ont récemment mises à mal, c'est pourquoi les développeurs d'Ethereum exigent désormais une sécurité prouvable de 128 bits avant que les zkEVM n'interviennent dans le consensus. Tant qu'une chaîne ZK n'associe pas des preuves matures à une décentralisation de niveau Stage 1, l'avantage architectural seul ne règle pas grand-chose.

La frontière entre les deux s'estompe

Pour voir où va le passage à l'échelle, observez le camp optimiste. La production de preuves est devenue un service banalisé, et des outils comme 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'effectuer cette transition. Sa mise à niveau Azul ajoute des preuves zero-knowledge SP1 aux attestations matérielles de confiance dans une conception à preuves multiples, ce qui réduit la finalité des retraits de sept jours à un lorsque les deux preuves concordent, et l'équipe la présente comme une étape vers une preuve ZK complète.

Mantle et Taiko sont allés plus loin et se règlent désormais avec des preuves de validité, bien qu'ils aient été lancés comme des chaînes optimistes, tandis que le rollup BOB, centré sur Bitcoin, utilise un système hybride qui résout les litiges de fraude avec une seule preuve ZK plutôt qu'un long jeu de contestation.

Nous n'avons trouvé aucun exemple de chaîne à preuves de validité repassant aux preuves de fraude ; les anciennes étiquettes décrivent donc de plus en plus le point de départ d'une chaîne plutôt que sa destination.

Principaux exemples de chacun

Les projets ci-dessous incarnent aujourd'hui chaque camp. Pour approfondir le côté zk, consultez notre classement des meilleurs projets de rollup zk.

Rollups zk

• Starknet : exécute son propre langage Cairo et le prouveur Stwo, et est la première chaîne ZK de taille significative à atteindre la décentralisation de niveau 1.
• Linea : conçu par Consensys, la société à l'origine de MetaMask, avec une architecture étroitement alignée sur l'économie d'Ethereum.
• ZKsync Era : le fer de lance de la pile ZKsync, dont le prouveur Boojum alimente aussi des chaînes telles qu'Abstract.
• Scroll : vise une compatibilité avec Ethereum au niveau du bytecode et prouve l'exécution avec le système OpenVM.
• Lighter : un rollup ZK spécifique à une application, dédié au trading de contrats perpétuels, et le rollup le plus actif, tous types confondus, en nombre d'opérations d'utilisateurs.

Rollups optimistes

• Base : la chaîne de Coinbase et le plus grand rollup en valeur sécurisée, qui ajoute désormais des preuves ZK avec 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 le code sous-tend aussi Base, Ink, Unichain et l'ensemble de la Superchain.
• Ink : le réseau de Kraken axé sur la DeFi, déjà classé Stage 1 moins d'un an après son lancement.
• Unichain : la chaîne de Uniswap axée sur le trading, 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 se trouvent sur des rollup qui publient leurs données sur Ethereum.
• Un marché à deux chaînes : Base (11,6 milliards de dollars) et Arbitrum One (10 milliards de dollars) détiennent à elles deux environ 80 % de la valeur totale des rollup, toutes deux avec des architectures optimistes.
• Les plus grandes chaînes à preuve de validité : Mantle arrive en tête avec 1,2 milliard de dollars après son passage des 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 des dernières vingt-quatre heures, soit environ neuf fois les 94 de Base, ce qui montre dans quels cas une finalité rapide l'emporte.
• La longue traîne : L2Beat suit 23 rollups à part entière, et seules quelques petites chaînes, comme Facet et le réseau de confidentialité Aztec, ont atteint le stade 2, le dernier niveau de décentralisation.

Ethereum lui-même passe au zk

Le signal le plus fort de tout ce débat est ce qu'Ethereum fait à sa propre couche de base. Au milieu de l'année dernière, l'Ethereum Foundation s'est fixé pour objectif de prouver 99 % des blocs du mainnet en moins de 10 secondes, assez vite pour que les validateurs vérifient une preuve zero-knowledge au lieu de réexécuter chaque transaction.

En décembre, l'objectif a été atteint. La latence de génération des preuves 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 l'arrivée des clients ZK sur le mainnet.

Les mises à niveau complémentaires arrivent dans les délais. Fusaka est entré en production en décembre dernier et a introduit PeerDAS, qui permet aux nœuds de vérifier la disponibilité des données par échantillonnage plutôt qu'en téléchargeant tout, et les forks de blobs qui ont suivi ont plus que doublé la capacité de données sur laquelle s'appuient les rollups.

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

Dès lors qu'Ethereum vérifie nativement les preuves de validité, les systèmes de preuves de fraude commencent à ressembler à une technologie de transition, et chaque grande pile optimiste a déjà inscrit la preuve ZK quelque part sur sa feuille de route.

Les rollups au-delà d'Ethereum

Le modèle des rollup a aussi gagné Bitcoin, où cela semblait longtemps impossible, car le langage de script de Bitcoin ne peut pas 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 sous-tend désormais la première génération de ponts Bitcoin à confiance minimisée.

Citrea a mis l'idée en production fin janvier, en tant que premier ZK rollup en service sur Bitcoin. Il exécute des transactions EVM, les prouve avec 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 garantir la sécurité des retraits, un modèle bien plus solide que les dépositaires fédérés dont dépendaient les sidechains Bitcoin antérieures. L'écosystème reste minuscule à côté des réseaux layer 2 d'Ethereum, mais les questions de conception qui y sont traitées sont les mêmes que celles qu'Ethereum a résolues des années plus tôt.

En résumé

Les rollups ZK et optimistes 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 optimistes ont gagné la course à l'adoption, concentrant l'écrasante majorité de la valeur et des applications, tandis que les preuves zero-knowledge ont remporté le débat sur la destination finale de la technologie.

Pour les utilisateurs, le choix repose aujourd’hui moins sur l’architecture de preuve que sur ce que chaque chaîne offre autour. Les frais sont quasi identiques depuis l’arrivée des blobs ; la profondeur de l’écosystème, les délais de retrait et le stade L2Beat d’une chaîne sont donc les critères que nous examinerions en premier. Nous nous attendons à ce que les étiquettes elles-mêmes s’estompent dans les prochaines années, à mesure que les chaînes à preuve de fraude ajoutent des preuves de validité, et qu’Ethereum transforme sa propre couche de base en le plus grand système vérifié par ZK du secteur crypto.