introduction de base

Layer2 est l’une des solutions clés conçues pour résoudre le problème d’évolutivité d’Ethereum. En construisant une couche réseau supplémentaire au-dessus de la chaîne principale Ethereum, elle permet de traiter davantage de transactions tout en conservant les caractéristiques de sécurité et de décentralisation de la chaîne principale.

Rollup est une solution d'extension de couche 2 qui traite les transactions hors chaîne, puis « regroupe » les données de transaction dans la chaîne principale. Sa sécurité est garantie par la couche 1. Il s'agit actuellement de la solution d'extension de couche 2 la plus courante par rapport aux autres solutions d'extension de couche 2. solutions de transaction , telles que le canal d'état, la chaîne latérale, le plasma, etc. Le rollup a trois caractéristiques :

1. Layer2 est une plateforme relativement indépendante de Layer1. Tous les utilisateurs participants ont également des comptes Layer2 indépendants. Les utilisateurs peuvent échanger avec d'autres utilisateurs Layer2 sur la plateforme Layer2. Cependant, l'interaction entre les comptes Layer1 et les comptes Layer2 doit être déployée sur Layer1 et Layer2 via le. Opérateur de couche 2. Pour les contrats intelligents sur la couche 2, l'interaction la plus courante est le transfert de jetons tels que ETH ;

2. Toutes les informations de transaction doivent être entièrement enregistrées sur la chaîne principale, c'est-à-dire les données d'appel ou les données Blob (EIP-4844). Même si l'état de couche 2 est perdu, n'importe qui peut récupérer l'état perdu à partir des informations stockées sur la chaîne principale, ce qui résout le problème. le problème Surmonter les problèmes de disponibilité des données existant dans les précédentes solutions de transactions hors chaîne ;

3. L'exécution des transactions et les changements de statut se font sur la plate-forme Layer2, mais le résumé de l'état sera publié sur la chaîne Layer1, de sorte que la chaîne Layer1 puisse être vérifiée via une sorte de méthode de vérification de la validité des données. Après vérification, le statut de Layer2 sera verrouillé. la chaîne principale de la couche 1 selon En fonction de leurs méthodes de vérification de la validité des données, les rollups peuvent être subdivisés en rollups optimistes et rollups ZK.

Historique de développement du cumul

La chaîne latérale est l'une des premières solutions de couche 2. Comme son nom l'indique, la chaîne latérale est une blockchain indépendante liée (peg) à la chaîne principale (couche 1) et possède son propre modèle de consensus et ses propres paramètres de bloc. Lorsque nous connectons une blockchain à une autre, cela signifie que nous pouvons déplacer des actifs entre les deux blockchains. Lorsque vous souhaitez des transactions plus rapides, vous pouvez transférer des actifs de la chaîne principale vers la chaîne latérale et négocier sur la chaîne latérale. Une fois terminé, transférez les actifs vers la chaîne principale.

Plasma est une solution d'extension de couche 2 proposée en 2017 par Joseph Poon, l'un des promoteurs du Lightning Network, et Vitalik Buterin, le fondateur d'Ethereum. C'est une évolution des sidechains.

La chaîne Plasma est une blockchain indépendante construite en dehors d’Ethereum, également appelée sous-chaîne, tout comme les branches d’un arbre, Ethereum étant l’épine dorsale, également appelée chaîne racine. Chaque sous-chaîne peut déployer des contrats intelligents personnalisés sur Ethereum, qui peuvent être utilisés pour gérer différentes entreprises. Au-dessus de la chaîne Plasma, une autre couche de sous-chaînes peut être construite pour former un réseau Plasma arborescent. Le principe de fonctionnement de Plasma est de diviser les grandes tâches informatiques en petites tâches et de les affecter à diverses sous-chaînes pour le traitement. Les résultats traités sont résumés couche par couche et soumis à la couche supérieure, permettant ainsi un traitement rapide et efficace d'un grand nombre. de calculs complexes. Traitement à faible coût.

Plasma nécessite la soumission de la racine Merkle des transactions effectuées sur la chaîne Plasma, et lorsque les utilisateurs tentent de déplacer leurs actifs de la chaîne Plasma vers la chaîne racine, les utilisateurs peuvent soumettre la branche Merkle de la dernière transaction qui a envoyé l'actif à Plasma. . Cela commence une période de contestation où n’importe qui peut essayer de prouver que le fork Merkle d’un utilisateur est frauduleux. Si une succursale Merkle est frauduleuse, une preuve de fraude peut être soumise. Étant donné que la blockchain racine ne suit que la racine Merkle, elle doit traiter beaucoup moins de données que les transactions qui ont lieu sur la chaîne principale, améliorant ainsi l'évolutivité de la chaîne racine.

Plasma est une technologie de chaîne latérale Ethereum non supervisée. Cela signifie que même si la chaîne Plasma est attaquée de manière malveillante ou si les validateurs conspirent pour faire le mal, les actifs de la chaîne Plasma peuvent être restitués en toute sécurité à la chaîne racine. C’est également la plus grande différence entre Plasma et les sidechains qui doivent s’appuyer sur leur propre modèle de sécurité pour protéger les actifs des utilisateurs. La solution représentative de Plasma est Polygon 1.0 (Matic).

Mais le Plasma présente trois défauts fatals :

1. La chaîne Plasma exige qu'un opérateur publie les engagements racine de Merkle sur la chaîne racine, et l'opérateur peut effectuer des « attaques contre la disponibilité des données » en refusant de publier certaines transactions sur la chaîne. Dans ce cas, le manque de transactions pour construire une preuve de fraude empêche la sortie des actifs des utilisateurs ;

2. Lorsqu'un utilisateur tente de retirer un actif de la chaîne Plasma, il doit soumettre une demande de transaction de sortie, puis attendre une période de temps, appelée période de défi. A tout moment pendant la période de contestation, tout utilisateur peut contester le retrait d'un autre utilisateur en fournissant la preuve que le retrait n'est pas valide ;

3. Les utilisateurs doivent surveiller et vérifier toutes les transactions sur la chaîne Plasma pour détecter le comportement des nœuds malveillants et quitter à temps. Cependant, la vérification des transactions est coûteuse, et cette exigence de surveillance ajoute beaucoup de frais généraux à la participation à la chaîne Plasma.

C'est précisément à cause des défauts de Plasma que Plasma est tombé dans un goulot d'étranglement de développement depuis 2019. À cette époque, John Adler, chercheur en évolutivité Layer2 chez ConsenSys, a proposé la solution Optimistic Rollup. Puisque la preuve de fraude est toujours utilisée, elle est principalement utilisée. résout le problème de disponibilité des données de Plasma.

De l'autre côté, Vitalik Buterin a été le pionnier de l'introduction d'une technologie de preuve sans connaissance en 2018 pour prouver la validité des changements d'état de bloc, qui était également le prototype de ZK Rollup. La preuve de connaissance nulle a été proposée pour la première fois par S. Goldwasser, S. Micali et C. Rackoff au début des années 1980. Il fait référence à la capacité du prouveur à convaincre le vérificateur qu'une certaine affirmation est correcte sans fournir aucune information utile au vérificateur. C'est-à-dire que le prouveur prouve au vérificateur et lui fait croire qu'il connaît ou possède un certain message, mais le processus de preuve ne peut révéler aucune information sur le message prouvé au vérificateur.

zk-SNARK (Zero-Knowledge Succinct Non-interactive Arguments of Knowledge) est un schéma de preuve universel sans connaissance largement utilisé en convertissant n'importe quel processus de calcul sous la forme de plusieurs circuits de porte et en utilisant une série de propriétés mathématiques de polynômes pour convertir. circuits de porte en polynômes, puis générer des preuves non interactives, qui peuvent réaliser l'application de divers scénarios commerciaux complexes.

Mais un point que zk-SNARK ne peut pas éviter est le paramètre de confiance centralisé. Le paramètre de confiance signifie que dans un paramètre de confiance, plusieurs parties génèrent chacune une clé partielle pour démarrer le réseau, puis détruisent la clé. Si les secrets des clés utilisées pour créer la configuration de confiance ne sont pas détruits, ces secrets pourraient être exploités pour falsifier des transactions au moyen de fausses vérifications.

L'algorithme Plonk proposé par l'équipe de recherche Aztec en 2019 résout le problème d'universalité de zk-SNARK, c'est-à-dire que le paramètre de confiance n'a rien à voir avec l'application. Un seul paramètre de confiance est nécessaire pour satisfaire toutes les applications, et le paramètre de confiance peut être. mis à jour à volonté, tant qu'il existe un paramètre fiable. En faisant confiance aux participants, la sécurité du paramètre de confiance peut être garantie que la proposition de l'algorithme Plonk a considérablement accéléré le développement de ZK Rollup.

Piste de cumul

En ce qui concerne la piste Rollup, la concurrence actuelle est très féroce. Parmi les Rollups de couche 2 qui ont été lancés sur le réseau principal, les Optimistic Rollups représentent toujours la majorité des TVL. La raison principale est qu'Optimistic Rollups est la première solution complète de Rollup. à mettre en œuvre. Cependant, avec la technologie ZK Rollups, à mesure qu'elle mûrit, de plus en plus de personnes commencent à prêter attention et à participer à l'écosystème ZK Rollups.

Cumuls optimistes

Les cumuls optimistes reposent sur une hypothèse « optimiste » selon laquelle la plupart des transactions sont valides et permettent des contestations et des annulations si une fraude est découverte. Le contrat Layer1 de Rollup ne vérifie pas directement le nouvel état soumis par Layer2, mais prépare une période de challenge pour chaque nouvel état soumis. Étant donné que Rollup soumet toutes les informations de transaction à la chaîne principale et les rend publiques, n'importe qui peut vérifier la mise à jour du statut (en particulier lorsque la mise à jour du statut implique son propre portefeuille). Si le nouvel état est erroné, le vérificateur peut générer une preuve de fraude pour le mauvais état et la soumettre pendant la période de contestation, invalidant ainsi la mauvaise mise à jour de l'état.

Les solutions représentatives de Optimistic Rollups sont Arbitrum et Optimism.

Arbitrum lancera officiellement son réseau principal en septembre 2021 et est actuellement le protocole de couche 2 avec la TVL la plus élevée.

Actuellement, il existe trois réseaux principaux dans l'écosystème Arbitrum, dont Arbitrum One, Arbitrum Nova et Arbitrum Orbit.

1. Arbitrum One est la chaîne Rollup centrale de l'écosystème Arbitrum actuel. Toutes ses données de transaction sont stockées sur le réseau principal Ethereum. La plupart des applications écologiques L2 et en chaîne que nous mentionnons habituellement fonctionnent sur ce réseau principal.

2. Arbitrum Nova est un nouveau réseau basé sur la technologie AnyTrust et conçu pour les jeux, les applications sociales et les cas d'utilisation de DApp à haut débit. Les données de transaction du réseau sont stockées hors chaîne et gérées par le Data Committee DAC.

3. Arbitrum Orbit est une boîte à outils open source pour créer des réseaux de couche 3, permettant aux développeurs de déployer et de créer leurs propres chaînes. Les développeurs peuvent créer leurs propres chaînes Rollup et AnyTrust (couche 3) basées sur la boîte à outils Orbit et choisir l'une des chaînes Arbitrum One ou Arbitrum Nova comme couche de règlement pour réaliser l'expansion.

Optimism sera lancé sur le réseau principal en août 2021 et possède actuellement la deuxième plus grande TVL dans la couche 2, juste derrière Arbitrum.

Optimism a atteint l'équivalence EVM. Les contrats intelligents Solidity sur Ethereum peuvent fonctionner sur la couche 2 d'Optimism sans créer de fonctions supplémentaires. Les développeurs peuvent transférer de manière transparente vers Optimism pour développer des applications.

OP Stack est une boîte à outils modulaire open source lancée par Optimism, couvrant la couche de disponibilité des données, la couche d'exécution, la couche de règlement, la couche de gouvernance, etc. Les développeurs peuvent utiliser la boîte à outils OP Stack pour assembler un réseau de couche 2 personnalisé en fonction de leurs propres besoins. Pour cette raison, OP Stack introduit le concept de super chaîne dans Optimism. La super chaîne fait référence à un groupe de blockchains Layer2 (également appelées chaînes OP) construites sur OP Stack. Actuellement, il existe des dizaines de réseaux Layer construits sur la base d'OP Stack, y compris des projets lourds tels que Base, opBNB, Magi et Worldcoin.

Cumuls ZK

ZK Rollups utilise une technologie de preuve sans connaissance pour garantir que les transactions traitées en dehors de la chaîne sont valides et correctes, offrant ainsi une sécurité et une efficacité accrues. Après les changements d'état, la plate-forme Layer2 de Rollup doit fournir une preuve sans connaissance de l'exactitude du changement d'état et la soumettre à la chaîne principale avec le changement d'état. Les contrats sur la chaîne principale vérifieront cette preuve pour déterminer l'exactitude de la mise à jour de l'état. Par rapport au schéma Optimistic Rollup, ZK Rollup n'a pas besoin de mettre en place une longue période de challenge pour finaliser les transactions de couche 2, et il n'a pas besoin de supposer que des mises à jour de statut erronées seront découvertes pendant la période de challenge.

Les solutions représentatives sont zkSync, StarkNet, Polygon zkEVM et Scroll.

ZK Rollups est le premier projet zkEVM à être lancé sur le réseau principal. Il est basé sur une preuve de connaissance nulle et permet de vérifier les transactions sans révéler les données sous-jacentes. L'une des principales caractéristiques de zkSync est l'utilisation de transferts « optimistes », permettant aux utilisateurs d'envoyer et de recevoir des transactions sans attendre leur confirmation sur la blockchain Ethereum. Cela réduit considérablement les temps de transaction et permet un débit de transaction plus élevé. En plus d'utiliser des preuves sans connaissance et des transferts optimistes, zkSync exploite également plusieurs autres techniques pour améliorer l'évolutivité et la sécurité. Ces technologies incluent l'agrégation de signatures, qui permet de compresser plusieurs signatures en une seule signature, et la prise en charge de plusieurs chaînes, qui aide zkSync à interagir avec d'autres réseaux blockchain.

StarkNet utilise une solution de mise à l'échelle de zkSTARK, un système de preuve sans connaissance qui permet aux utilisateurs de prouver l'exactitude des calculs sans révéler les données sous-jacentes. Cela permet une plus grande confidentialité et sécurité sur le réseau et permet d'effectuer des calculs complexes sans avoir besoin de faire confiance à un tiers. StarkNet utilise également la technologie de partitionnement, qui permet de diviser la blockchain en plusieurs chaînes plus petites, ou « fragments », qui peuvent être traitées en parallèle. Cela permet un débit plus élevé et des temps de transaction plus rapides car chaque « fragment » peut être traité indépendamment des autres « fragments ».

Polygon 2.0 présente sa technologie ZK Rollups, appelée Polygon zkEVM. Cette technologie résout les problèmes d'évolutivité de la blockchain Ethereum en utilisant des preuves de connaissance nulle pour rendre les transactions sur le réseau Ethereum plus rapides et moins chères, et cette implémentation est compatible au niveau du bytecode plutôt qu'au niveau du langage.

Scroll est un ZK Rollups compatible EVM qui peut prendre en charge les mêmes langages de programmation et contrats intelligents qu'Ethereum, permettant aux développeurs de migrer facilement leurs applications existantes vers le réseau Rollup sans nécessiter aucune modification de leur code.

Résumer

En raison de ses propres problèmes de performances, la blockchain ne peut pas répondre aux besoins actuels. Les solutions d'expansion optimistes et sans connaissances devraient résoudre le goulot d'étranglement des performances de la blockchain et améliorer la vitesse et le débit des transactions sans sacrifier la décentralisation et la sécurité. Les rollups améliorent le débit de la blockchain en transférant les calculs hors chaîne, c'est-à-dire en regroupant un grand nombre de transactions dans un bloc Rollup et en générant un certificat de validité pour le bloc hors chaîne. Le contrat intelligent sur la couche 1 n'a besoin que de vérifier le. le nouvel état peut être directement appliqué après preuve, ce qui peut permettre d'obtenir une sécurité inférieure en gaz et une sécurité plus élevée en chaîne.

À court terme, les cumuls optimistes sont susceptibles de gagner dans les calculs EVM généraux, tandis que les cumuls ZK peuvent gagner dans les paiements simples, les transactions et d'autres scénarios d'application spécifiques. La raison principale est que, bien que les cumuls Zk soient plus rapides et plus efficaces que les cumuls optimistes, Cela ne permet pas aux contrats intelligents existants de migrer facilement vers la couche 2.

Cependant, grâce au développement d'applications technologiques émergentes telles que la blockchain et l'informatique confidentielle au cours des dernières années, la technologie à preuve de connaissance nulle est devenue une technologie importante pour instaurer la confiance à moyen et long terme, avec l'amélioration de la technologie ZK-SNARK. Les ZK Rollups seront utilisés dans tous les scénarios gagnants qui deviennent la réponse ultime au plan d’expansion d’Ethereum.