Qu’est-ce que les ZK Rollups ?

Les ZK rollups sont une solution de pointe de mise à l’échelle de couche 2 conçue pour résoudre les problèmes de scalabilité d’Ethereum tout en préservant la sécurité et la décentralisation du réseau. Depuis le lancement d’Ethereum en 2015, le réseau doit répondre à une demande croissante de la part des développeurs et des utilisateurs désireux de déployer des smart contracts et des applications décentralisées. Néanmoins, la congestion du réseau et la hausse des frais de gas ont conduit la communauté crypto à rechercher des solutions de couche 2 permettant de traiter les transactions plus efficacement sans compromettre la robustesse du modèle de sécurité d’Ethereum.

Qu’est-ce qu’un Crypto Rollup ?

Un crypto rollup désigne un ensemble de transactions en cryptomonnaie traitées et vérifiées hors de la blockchain principale. Ce concept tire son nom du fait de « regrouper » plusieurs transactions en un seul lot. Contrairement aux transactions réalisées directement sur des blockchains de couche 1 comme Ethereum, les rollups s’appuient sur des logiciels spécialisés hors chaîne pour valider et organiser les données de transaction avant leur soumission à la chaîne principale.

Le fonctionnement des rollups repose sur des protocoles de couche 2 qui transmettent régulièrement des lots de transactions vérifiées à la blockchain de couche 1 pour une confirmation définitive. Afin de garantir la décentralisation et l’absence de tiers de confiance, les solutions L2 utilisent des smart contracts comme passerelles de communication avec leurs blockchains L1 respectives.

L’adoption de la technologie rollup présente de nombreux avantages. Tout d’abord, le traitement des transactions hors chaîne réduit nettement la charge computationnelle et la congestion sur la blockchain principale. Ensuite, les protocoles rollup utilisent des techniques de compression avancées qui transforment des volumes importants de données en paquets compacts, optimisant ainsi l’utilisation de l’espace disponible sur les réseaux de couche 1. Ces atouts combinés permettent d’améliorer considérablement l’efficacité du réseau en offrant des délais de confirmation plus rapides, un débit supérieur et des frais de transaction nettement réduits. Par ailleurs, en déplaçant l’activité des utilisateurs hors de la blockchain principale, les rollups limitent le risque d’engorgement majeur des protocoles de couche 1.

Qu’est-ce qu’un ZK Rollup ?

Les ZK rollups, abréviation de zero-knowledge proof rollups, reposent sur une méthode de vérification spécifique avant de soumettre les lots de transactions à la blockchain principale. Cette approche impose à des ordinateurs spécialisés sur le réseau ZK rollup de résoudre des calculs complexes hors chaîne avant de transmettre l’historique des paiements crypto à la blockchain principale. Lorsque les processeurs ZK rollup soumettent leurs lots à la chaîne principale, ils y ajoutent une « preuve de validité » – certificat cryptographique attestant que le processeur a correctement organisé et validé l’historique des transactions.

Dans ce système, les nœuds validateurs de la blockchain de couche 1 opèrent sans connaissance du contenu des lots de transactions entrants. Toutefois, les preuves de validité démontrent cryptographiquement que les processeurs off-chain des ZK rollups ont mobilisé d’importantes ressources pour vérifier ces transactions. Cela s’apparente à un sceau royal sur une correspondance officielle : de même que les destinataires vérifient l’authenticité du sceau avant d’accepter le contenu d’une lettre, les blockchains de couche 1 vérifient la preuve de validité avant d’inscrire les données de paiement dans le registre distribué.

Comment fonctionne un ZK Rollup ?

Les ZK rollups s’appuient sur des principes proches du consensus proof-of-work de Bitcoin. Dans le modèle PoW, des mineurs mobilisent des ordinateurs puissants pour résoudre régulièrement des énigmes algorithmiques complexes, instaurant une barrière computationnelle qui empêche toute tentative de manipulation de l’historique blockchain. De façon analogue, les processeurs de réseaux ZK rollup réalisent des calculs cryptographiques avancés afin de générer des preuves de validité pour leurs lots de transactions.

La différence fondamentale entre les systèmes ZK rollup et les blockchains PoW réside dans le lieu de traitement du calcul. Les ZK rollups effectuent la validation hors du réseau principal, ce qui allège significativement la charge computationnelle sur la chaîne principale. Par ailleurs, ils compressent l’ensemble des données de transaction hors chaîne avant de les transmettre à la blockchain principale via des smart contracts. Malgré ces différences d’architecture, les méthodes de vérification des ZK rollups et des réseaux PoW partagent la nécessité d’une preuve computationnelle du travail accompli.

ZK Rollups vs Optimistic Rollups

Les optimistic rollups offrent une alternative de mise à l’échelle de couche 2, traitant également les transactions de cryptomonnaie hors chaîne avant leur envoi aux blockchains de couche 1. Toutefois, la distinction essentielle entre ZK rollups et optimistic rollups tient à leur logique de vérification. Les optimistic rollups n’intègrent pas de preuve de validité à leurs données de transaction. Ils opèrent selon l’hypothèse que tous les enregistrements soumis sont légitimes – d’où le terme « optimistic ».

Dès lors, une question se pose : si les optimistic rollups ne contrôlent pas les transactions en amont, comment les validateurs de couche 1 établissent-ils la confiance ? Si les procédures varient selon les implémentations, toutes reposent sur des « fraud proofs » plutôt que sur des « validity proofs ». L’hypothèse optimiste sur l’innocence de l’émetteur ne supprime pas la surveillance : les nœuds surveillent activement toute anomalie. Lorsqu’un nœud détecte une transaction douteuse, il la signale pour vérification interne. L’historique des transactions n’est inscrit sur la blockchain principale qu’après validation et absence de fraude avérée.

Les protocoles optimistic rollup instaurent des incitations économiques et des sanctions pour décourager les comportements malveillants. Par exemple, les nœuds doivent généralement déposer des cryptomonnaies en garantie (« bond ») pour soumettre de nouvelles transactions ou demander un fraud proof. Si le système L2 juge une transaction invalide, la garantie du participant fautif est attribuée à la partie à l’origine du signalement.

Les optimistic rollups traitent les transactions plus lentement que les ZK rollups, car les lots de transactions ne peuvent être validés qu’après la phase de vérification anti-fraude. Parfois, les utilisateurs doivent patienter plus d’une semaine avant que des transactions en optimistic rollup soient inscrites sur la blockchain principale, même sans anomalie détectée. Cependant, les optimistic rollups présentent une plus grande adaptabilité dans l’écosystème crypto par rapport aux ZK rollups grâce à des exigences computationnelles réduites. Comme ils partent du principe de la validité des transactions, ils n’ont pas à produire de preuves de validité pour chaque opération.

Avantages et inconvénients des ZK Rollups

Les ZK rollups constituent une avancée majeure pour la mise à l’échelle des blockchains, mais cette solution implique des arbitrages que les traders et développeurs doivent examiner avec attention lors de l’évaluation des implémentations ZK rollup.

Avantages des ZK Rollups

La sécurité maximale constitue l’atout majeur des ZK rollups. Contrairement aux optimistic rollups qui s’appuient sur la théorie des jeux et des incitations économiques, les ZK rollups n’ont pas recours à ces mécanismes pour valider les transactions. Le caractère rigoureux des preuves de validité dans les systèmes ZK rollup garantit que les participants soumettent toujours des données préalablement contrôlées et cryptographiées à la blockchain de couche 1.

Des frais de réseau réduits sont un autre avantage clé des ZK rollups. Cette technologie permet de compresser efficacement des milliers de transactions sur un espace minimal de la blockchain de couche 1. L’utilisation optimisée de la capacité de stockage sur des réseaux comme Ethereum réduit fortement le coût de traitement des transactions.

Un débit de transaction supérieur permet à Ethereum de traiter bien plus de transactions en un temps réduit grâce aux ZK rollups. Ces derniers déchargent également de la chaîne principale d’Ethereum les processus de validation les plus gourmands en ressources, ce qui réduit significativement le risque de congestion du réseau.

Inconvénients des ZK Rollups

En dépit de leurs atouts, les ZK rollups ne sont pas aussi rentables que certaines alternatives. S’ils sont plus économiques que l’utilisation directe de la couche 1, ils nécessitent davantage de calcul que des solutions comme les optimistic rollups. Par conséquent, les frais sur un réseau ZK rollup sont en général légèrement plus élevés que sur certains autres réseaux de couche 2.

L’intégration complexe avec des programmes avancés est un autre défi lié aux ZK rollups. Leur précision technique et leur complexité en font des systèmes moins flexibles que les alternatives de type optimistic rollup. Les développeurs trouvent souvent plus simple de porter leurs applications décentralisées Ethereum sur des plateformes optimistic rollup que de les adapter aux exigences d’un ZK rollup.

Les exigences matérielles élevées pour devenir processeur ZK rollup soulèvent des interrogations sur une possible centralisation. La puissance de calcul et le matériel nécessaires pour rejoindre ces réseaux limitent le nombre de participants, ce qui peut renforcer la concentration du réseau et soulever des inquiétudes quant à la centralisation.

Exemples de projets ZK Rollup

Alors que la technologie ZK rollup évolue rapidement, plusieurs projets se démarquent comme références majeures. Les traders et développeurs étudient généralement les tokens et plateformes associés aux principales solutions de couche 2 reposant sur cette technologie.

Polygon, anciennement Matic Network, propose une solution complète de mise à l’échelle de couche 2 sur Ethereum, avec une large gamme d’outils pour les développeurs. D’abord reconnue pour sa sidechain proof-of-stake, la plateforme propose désormais une solution zkEVM qui offre à l’écosystème Ethereum les avantages de sécurité et de rapidité des ZK rollups.

StarkWare Industries a développé deux solutions ZK rollup pour les développeurs Ethereum : StarkEx et StarkNet. StarkEx fonctionne comme une plateforme SaaS permissionnée pour aider les créateurs d’applications décentralisées à intégrer la technologie ZK rollup à leurs projets. À l’inverse, StarkNet est une solution logicielle permissionless ouverte à tout développeur de dApp souhaitant intégrer des ZK rollups à ses applications.

Immutable X est une solution de mise à l’échelle Ethereum de couche 2 spécialement conçue pour le gaming blockchain et l’échange de NFT, reposant sur la technologie ZK rollup. Des jeux populaires comme « Gods Unchained » et « Illuvium » utilisent le système ZK rollup d’Immutable X pour combiner la sécurité du réseau décentralisé Ethereum avec des transactions plus rapides et des frais réduits.

Conclusion

Les ZK rollups constituent une avancée déterminante dans la technologie de mise à l’échelle blockchain, offrant une réponse pertinente aux enjeux de scalabilité d’Ethereum tout en préservant ses fondamentaux de sécurité et de décentralisation. Grâce à la combinaison du calcul hors chaîne et de preuves de validité cryptographiques, les ZK rollups permettent un traitement des transactions beaucoup plus rapide, un débit supérieur et des frais réduits par rapport aux opérations de couche 1. Si leur mise en œuvre implique certains compromis – notamment des exigences computationnelles accrues et une complexité d’intégration supérieure à celle des optimistic rollups –, leur modèle de sécurité renforcé et leurs gains d’efficacité positionnent les ZK rollups comme une base solide pour l’avenir du Web3. À mesure que la technologie mûrit et que des projets majeurs comme Polygon, StarkWare et Immutable X perfectionnent leurs solutions, cette innovation de couche 2 est appelée à jouer un rôle central dans l’écosystème blockchain, et pourrait s’imposer comme la solution de scalabilité dominante pour Ethereum et au-delà.

FAQ

Qu’est-ce qu’un zk rollup ?

Un zk rollup est une solution de mise à l’échelle de couche 2 qui utilise des zero-knowledge proofs pour traiter les transactions hors chaîne, tout en héritant de la sécurité de la blockchain principale, en réduisant les coûts et en offrant une finalité quasi instantanée.

Que signifie zk ?

zk signifie Zero-Knowledge. Il s’agit de l’abréviation de zk-SNARK (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge), une technologie de preuve cryptographique.

Quels sont les avantages du ZK rollup ?

Les ZK rollups offrent un traitement rapide, des coûts de gas réduits, une scalabilité élevée, une sécurité renforcée et une interopérabilité optimisée pour les réseaux blockchain.

Quelle est la différence entre les optimistic rollups et les ZK rollups ?

Les optimistic rollups supposent que les transactions sont valides sauf preuve du contraire, tandis que les ZK rollups utilisent des zero-knowledge proofs pour vérifier la validité des transactions, ce qui améliore la confidentialité et la sécurité.