La différence entre les Optimistic Rollups et les Zero-Knowledge Rollups

Introduction

Avec la demande croissante pour les cryptomonnaies, la capacité de certaines blockchains atteint aujourd'hui ses limites. Cette situation peut provoquer une congestion du réseau et des frais de transaction élevés. Pour y remédier, des solutions sont développées et testées afin d'accroître le débit et la rapidité des transactions. On distingue deux grandes catégories de solutions : les solutions de scaling Layer 1 et Layer 2.

Les solutions de scaling Layer 1, telles que le sharding, consistent à modifier directement la blockchain principale (appelée aussi blockchain de base ou Layer 1 blockchain). Les solutions de scaling Layer 2 interviennent au-dessus de la blockchain Layer 1. Parmi celles-ci figurent les state channels, les sidechains et les blockchain rollups.

Les blockchain rollups sont des protocoles conçus pour augmenter le débit et réduire les coûts. Leur objectif est de résoudre ce problème en agrégeant les transactions et en réduisant la taille des données, rendant ainsi le traitement et le stockage des transactions plus efficaces.

Que sont les Blockchain Rollups ?

Un rollup est une solution Layer 2 qui agrège les données de transaction et les déplace hors de la blockchain principale. L’exécution des transactions s’effectue off-chain, tandis que les actifs restent conservés sur la blockchain via un smart contract. Une fois la transaction finalisée, les données sont renvoyées à la blockchain principale.

Les rollups, qui améliorent l’efficacité transactionnelle en termes de débit, peuvent en théorie être implémentés sur toute blockchain Layer 1. Grâce à eux, une blockchain peut augmenter le nombre de transactions traitées et enregistrées sur une période donnée.

Il existe actuellement deux types de rollups : les optimistic rollups et les zero-knowledge (zk) rollups.

Qu’est-ce qu’un Optimistic Rollup ?

Les optimistic rollups sont des protocoles qui accroissent le volume de transactions réalisables en regroupant plusieurs transactions à traiter off-chain. Les données sont ensuite enregistrées sur la blockchain principale à l’aide de techniques de compression, ce qui réduit les coûts et accélère le traitement. Selon la recherche Ethereum, les optimistic rollups peuvent améliorer la scalabilité de dix à cent fois.

Comment les Optimistic Rollups vérifient-ils les transactions ?

Les transactions sont considérées comme valides par défaut afin d’optimiser l’efficacité du traitement. On peut alors s’interroger sur le risque de voir la sécurité sacrifiée au profit de la rapidité. Néanmoins, les optimistic rollups reposent sur un système de proof de fraude et une période de résolution des litiges. Pendant ce laps de temps, quiconque surveille le rollup peut contester la vérification d’une transaction en soumettant une preuve de fraude.

Si des erreurs sont détectées dans un lot, le protocole corrige ces erreurs en réexécutant les transactions concernées et en mettant à jour le bloc. Les parties ayant validé des transactions incorrectes sont sanctionnées.

Limites des Optimistic Rollups

Comme les transactions ne sont pas vérifiées en amont, les optimistic rollups imposent une période de résolution des litiges, contrairement aux zk rollups, ce qui allonge le délai de finalisation des transactions.

La finalité des transactions sur une blockchain utilisant les optimistic rollups est également plus longue que sur une blockchain utilisant des zk rollups. La finalité transactionnelle mesure le temps d’attente nécessaire pour garantir qu’une transaction ne sera ni annulée ni modifiée. Les retraits sur une blockchain dotée d’optimistic rollups sont différés, car la période de contestation doit s’achever avant la libération des fonds. À l’inverse, les retraits sur une blockchain avec zk rollups sont exécutés dès la vérification de la proof de validité par le smart contract du rollup.

Certains jugent les optimistic rollups moins performants que les zk rollups. Avec un optimistic rollup, toutes les données de transaction doivent être publiées sur la blockchain pour garantir la finalité ; les zk rollups ne requièrent que la publication des proofs de validité.

Qu’est-ce qu’un Zero-Knowledge (ZK) Rollup ?

Les zero-knowledge rollups sont des protocoles qui regroupent les transactions et les exécutent en dehors de la blockchain principale. Lorsque les transactions d’un lot sont finalisées, l’opérateur du zk rollup transmet un résumé des modifications à appliquer. Les opérateurs doivent également générer une preuve de validité confirmant l’exactitude des modifications. Ces proofs, beaucoup plus compactes que les données de transaction, rendent la vérification plus rapide et moins coûteuse.

Sur Ethereum, les zk rollups réduisent la taille des données de transaction grâce à la compression lorsqu’elles sont inscrites sur Ethereum en tant que calldata, ce qui diminue effectivement les frais pour les utilisateurs.

Comment les ZK Rollups vérifient-ils les transactions ?

Les zk rollups exploitent les zero-knowledge proofs pour valider les transactions. Un « prover » génère la proof pour convaincre une autre partie, le « verifier », qu’il détient effectivement l’information, validant ainsi la transaction.

Le processus s’effectue ainsi :

1. Le prover fournit une preuve mathématique que seul lui peut générer.

2. Le verifier utilise cette preuve pour valider la transaction.

3. L’information peut obtenir la preuve de validité sans que le verifier n’en découvre le contenu.

Avantages des ZK Rollups

Correctement implémentés, les zk rollups peuvent offrir un haut niveau de sécurité aux utilisateurs. L’un des piliers de cette sécurité est le recours aux zero-knowledge proofs de validité. Le réseau ne peut fonctionner que dans un état valide grâce à ces proofs, empêchant les opérateurs de détourner des fonds ou de compromettre le système.

Autre atout : les utilisateurs n’ont pas à surveiller le réseau. Toutes les données sont stockées sur la blockchain et la validité est garantie par les proofs. L’opérateur ne peut pas frauder, et les utilisateurs n’ont pas à craindre un comportement malveillant. De plus, les zk rollups permettent le retrait de fonds vers le mainnet sans interaction avec l’opérateur, tout en garantissant la preuve de propriété des tokens grâce à la disponibilité des données.

À l’image des optimistic rollups, les zk rollups reposent sur un mécanisme d’exécution des transactions off-chain qui accélère leur traitement.

Différences entre ZK Rollups et Optimistic Rollups

Optimistic rollups et zero-knowledge rollups incarnent deux approches distinctes du scaling Layer 2, chacune avec ses compromis :

Vérification des transactions : Les optimistic rollups partent du principe que les transactions sont valides par défaut et s’appuient sur des proofs de fraude, alors que les zk rollups vérifient chaque transaction à l’avance à l’aide de zero-knowledge proofs cryptographiques.

Résolution des litiges : Les optimistic rollups imposent une période de contestation (en général 7 jours) avant d’atteindre la finalité, tandis que les zk rollups offrent une finalité immédiate dès la vérification de la proof.

Exigences en matière de données : Les optimistic rollups doivent publier l’intégralité des données de transaction on-chain, alors que les zk rollups n’ont qu’à publier des proofs compactes, ce qui réduit le coût des données.

Vitesse de retrait utilisateur : Les retraits via optimistic rollups sont différés jusqu’à la fin de la période de contestation, tandis que les retraits zk rollup sont immédiats.

Complexité computationnelle : Générer des zero-knowledge proofs requiert d’importantes ressources, rendant les zk rollups plus complexes à implémenter. Les optimistic rollups sont plus simples, mais présentent des temps de finalité plus longs.

Modèle de sécurité : Les deux approches sont sécurisées sur le plan cryptographique, mais selon des mécanismes différents : proofs de fraude contre proofs mathématiques.

Quel avenir pour les Zero-Knowledge et Optimistic Rollups ?

Les perspectives pour les zero-knowledge et optimistic rollups sont favorables. À mesure que l’adoption des cryptomonnaies et de la blockchain s’intensifie, ces solutions devraient jouer un rôle de plus en plus central dans l’optimisation de l’efficacité des blockchains. On peut s’attendre à la poursuite des expérimentations sur différentes solutions de scaling, comme le sharding, les rollups ou les solutions Layer 0. Il est également probable que de nouvelles alternatives voient le jour, en complément ou en substitution des rollups actuels.

Conclusion

Alors que la demande en cryptomonnaies poursuit sa progression et met à l’épreuve les blockchains existantes, de nombreux développeurs proposent diverses solutions de scaling. Cet article a mis en lumière les différences entre optimistic rollups et zk rollups. Avec la poursuite des tests et l’optimisation de ces technologies, de nouveaux modèles encore plus performants pourraient émerger pour assurer la scalabilité nécessaire à une adoption massive des cryptomonnaies.

FAQ

Quelle est la différence essentielle entre les Optimistic Rollups et les Zero-Knowledge Rollups ?

Les Optimistic Rollups considèrent les transactions comme valides par défaut, sauf preuve du contraire, tandis que les Zero-Knowledge Rollups partent du principe qu’une transaction est fausse tant qu’elle n’est pas validée par une proof cryptographique. Les Optimistic Rollups offrent un traitement plus rapide, tandis que les ZK-Rollups privilégient la confidentialité et la sécurité.

Les Optimistic Rollups sont-ils plus rapides et moins chers que les Zero-Knowledge Rollups ?

Les Optimistic Rollups présentent des coûts de transaction plus faibles et un traitement plus rapide, mais des temps de finalité plus longs. Les Zero-Knowledge Rollups offrent une finalité accélérée, mais requièrent davantage de ressources informatiques, ce qui les rend initialement plus lents et plus coûteux.

Comment la sécurité des Zero-Knowledge Rollups se compare-t-elle à celle des Optimistic Rollups ?

Les Zero-Knowledge Rollups assurent un niveau de sécurité supérieur grâce à des proofs cryptographiques qui valident mathématiquement les transactions, alors que les Optimistic Rollups reposent sur une période de contestation et des proofs de fraude. Les ZK Rollups sont donc intrinsèquement plus sûrs.

Qu’est-ce que la période de contestation dans les Optimistic Rollups ?

La période de contestation correspond à une fenêtre de 7 jours durant laquelle les validateurs peuvent contester des transactions dans un Optimistic Rollup. Le système considère toutes les transactions comme valides par défaut, mais cette période permet de prévenir la fraude via l’ouverture de litiges.

Quels projets ou applications utilisent les Optimistic Rollups et lesquels s’appuient sur les ZK Rollups ?

Optimism et Arbitrum recourent aux Optimistic Rollups pour le scaling généraliste. zkSync, StarkNet et Polygon zkEVM exploitent les ZK Rollups. Les deux approches permettent d’optimiser la rapidité des transactions et de réduire les coûts dans la DeFi, le gaming ou d’autres applications.

Comment fonctionnent les zero-knowledge proofs dans les Zero-Knowledge Rollups ?

Les zero-knowledge proofs permettent à un prover de démontrer la validité d’une transaction sans en révéler le détail. Les transactions sont regroupées off-chain, compressées en proof cryptographique et seule la proof est publiée on-chain pour vérification, assurant confidentialité, sécurité et scalabilité.

Pourquoi les Optimistic Rollups nécessitent-ils un mécanisme de proof de fraude ?

Les Optimistic Rollups partent du principe que les transactions sont valides par défaut et ne les vérifient qu’en cas de contestation. Les proofs de fraude permettent à quiconque de prouver l’invalidité d’une transaction, incitant les validateurs à agir honnêtement et protégeant le réseau contre les comportements malveillants par l’incitation économique.

Quels sont les principaux avantages et inconvénients des Zero-Knowledge Rollups ?

Avantages : rapidité des transactions, frais réduits, retrait plus rapide des fonds vers Layer 1. Inconvénients : complexité technique plus élevée, besoins informatiques accrus, capacité de débit transactionnel moindre.

Quels sont les avantages des Layer 2 Rollups par rapport aux autres solutions de scaling telles que les sidechains ?

Les Layer 2 Rollups offrent des coûts de transaction plus faibles et une finalité plus rapide grâce à la sécurité du Layer 1, alors que les sidechains disposent de leur propre sécurité. Cela garantit une meilleure scalabilité tout en maintenant des garanties solides sur la chaîne principale.

Quel est l’avenir des Optimistic Rollups et des ZK Rollups ?

Optimistic Rollups et ZK Rollups évolueront en parallèle et seront complémentaires. Les Optimistic Rollups privilégieront la rapidité et la simplicité d’implémentation, tandis que les ZK Rollups mettront en avant la sécurité et la confidentialité. Les deux technologies s’adapteront pour répondre aux besoins variés de la scalabilité blockchain.