Qu'est-ce qu'un cumul optimiste ?

Un cumul optimiste est une solution de mise à l'échelle de type couche 2 qui s'appuie sur un calcul hors chaîne pour enregistrer en toute confiance les transactions qui se produisent dans la couche 2. Périodiquement, le système publie une racine Merkle des transactions qui se produisent dans le cumul afin de mettre à jour « l'état » du rollup sur la blockchain principale sous-jacente. Un réseau de validateurs externes vérifie les racines Merkle pour s'assurer qu'elles sont correctes avant que l'état ne soit mis à jour quelque temps plus tard. Si une incohérence survient, le validateur peut alors publier une preuve de fraude pendant la période de contestation, ce qui peut entraîner le retour de l'état du système à l'état valide précédent.

Différence entre le cumul ZK et le cumul optimiste

Le principal inconvénient des cumuls optimistes par rapport aux cumuls sans connaissances est le temps qu'il faut aux utilisateurs de couche 2 pour pouvoir retirer leurs fonds vers la blockchain sous-jacente. Comme un cumul optimiste doit s'appuyer sur des validateurs externes pour vérifier la « triche » des racines Merkle avant que l'état puisse être mis à jour, les validateurs doivent disposer d'un temps suffisant pour vérifier et contester l'activité qui s'est produite sur la couche 2.

Le principal avantage des cumuls optimistes par rapport à leurs équivalents sans connaissance est qu’ils sont plus généralistes et peuvent prendre en charge les contrats intelligents de la même manière que la blockchain sous-jacente activée par les contrats intelligents. La prise en charge native des contrats intelligents au sein du rollup signifie que les applications peuvent être lancées beaucoup plus facilement, sans nécessiter de développement supplémentaire.

Vous pouvez en apprendre davantage sur le cumul optimiste par rapport au cumul ZK !

Les cumuls optimistes expliqués  

Un cumul optimiste est une solution de mise à l'échelle de couche 2 conçue pour améliorer le débit et la latence d'Ethereum en déplaçant le calcul et le stockage de données hors chaîne. Ces cumuls réduisent la charge sur le réseau principal Ethereum et augmentent son évolutivité en traitant les transactions en dehors de celui-ci.

Les trois principaux composants d'un cumul optimiste sont :

1. Un contrat intelligent sur Ethereum

2. Un séquenceur

3. Un ensemble de validateurs

Le contrat intelligent régit l’interaction entre la chaîne de couche 2 et Ethereum. Le séquenceur (un tiers) collecte, commande et exécute les transactions sur la chaîne de couche 2. Les validateurs, comprenant un groupe de nœuds, surveillent la chaîne de couche 2 et soumettent des preuves de fraude au contrat intelligent s'ils identifient des transactions invalides.

L’utilisation d’un rollup optimiste nécessite que les utilisateurs déposent des fonds dans le contrat intelligent Ethereum. Le contrat intelligent verrouille alors les fonds et émet un événement signalant le dépôt. Le séquenceur reçoit l'événement et crédite l'utilisateur avec des jetons équivalents sur la chaîne de couche 2.

Les utilisateurs peuvent effectuer librement des transactions sur la chaîne de couche 2 avec d'autres utilisateurs qui ont également déposé des fonds dans le contrat intelligent. Ils signent les transactions et les soumettent au séquenceur, qui les vérifie et les ajoute à une file d'attente.

Périodiquement, le séquenceur regroupe des milliers de transactions en file d'attente dans un bloc et le soumet à Ethereum en une seule transaction. Le bloc contient un minimum de données, telles que la racine d'état (une racine Merkle de l'état de la chaîne de couche 2) et la racine de transaction (une racine Merkle des transactions dans le bloc). Le contrat intelligent stocke ces racines et met à jour son état en conséquence.

Le séquenceur publie les données du bloc complet hors chaîne, soit sur un réseau de stockage décentralisé (par exemple, IPFS), soit sur un serveur centralisé. Les validateurs peuvent accéder à ces données et vérifier qu'elles correspondent aux racines soumises en chaîne. S'ils constatent des divergences, ils peuvent soumettre une preuve de fraude au contrat intelligent, qui annule le bloc invalide et réduit la liaison du séquenceur.

Lorsqu'un utilisateur souhaite retirer des fonds de la chaîne de couche 2 vers Ethereum, il doit lancer une demande de sortie sur la chaîne de couche 2. Le séquenceur inclut cette requête dans un bloc et la soumet à Ethereum. Le contrat intelligent débloque ensuite les fonds et les transfère à l'adresse de l'utilisateur. Cependant, il existe une période d'attente (généralement une semaine) avant que le retrait ne soit finalisé, pendant laquelle toute personne peut contester la sortie avec une preuve de fraude si elle n'est pas valide.

La principale caractéristique des cumuls optimistes est leur hypothèse selon laquelle toutes les transactions sont valides par défaut, et il ne les vérifie que si une preuve de fraude est soumise. Cela permet une grande évolutivité sans sacrifier la sécurité ou la décentralisation.

Types de cumuls optimistes

Les cumuls optimistes ne constituent pas un protocole unique mais une classe de protocoles partageant des fonctionnalités et des choix de conception communs, notamment :

Modèle d'exécution

Les rollups compatibles EVM utilisent la machine virtuelle Ethereum (EVM) comme couche de base, ce qui leur permet d'exécuter n'importe quel contrat intelligent qui s'exécute sur Ethereum sans modification. Les cumuls équivalents à EVM utilisent une machine virtuelle fonctionnellement équivalente, ce qui leur permet d'exécuter la plupart des contrats intelligents Ethereum avec des modifications mineures.

Les cumuls compatibles EVM incluent Optimism et Arbitrum, tandis que les cumuls équivalents EVM incluent Boba Network et zkSync 2.0.

Solution de disponibilité des données

Les solutions décentralisées de disponibilité des données utilisent un réseau peer-to-peer ou un réseau de stockage décentralisé (par exemple, IPFS) pour stocker et distribuer des données en bloc complet. Les solutions de disponibilité centralisée des données utilisent un serveur unique ou un tiers de confiance pour stocker et fournir des données en bloc complet.

Les solutions décentralisées sont plus sécurisées et résistantes à la censure, mais plus coûteuses et plus complexes. Les solutions centralisées sont moins chères et plus simples, mais plus vulnérables et dépendantes de la confiance.

Des exemples de cumuls avec une disponibilité décentralisée des données incluent Optimism et Arbitrum, tandis que ceux avec une disponibilité centralisée des données incluent Boba Network et zkSync 2.0.

Mécanisme anti-fraude

Les mécanismes interactifs anti-fraude nécessitent un jeu défi-réponse entre le séquenceur et les validateurs pour vérifier la validité d'un bloc. Les mécanismes non interactifs de preuve de fraude utilisent des preuves cryptographiques ou des témoins pour vérifier la validité d'un bloc sans aucune interaction. Alors que les mécanismes interactifs anti-fraude sont plus flexibles et généraux mais plus coûteux et plus longs, les mécanismes non interactifs sont plus efficaces et rapides mais plus restrictifs et spécialisés.

Des exemples de cumuls avec des mécanismes interactifs anti-fraude sont Optimism et Arbitrum, tandis que des mécanismes non interactifs anti-fraude peuvent être trouvés dans Boba Network et zkSync 2.0.

Pourquoi est-ce appelé un rollup « optimiste » ?

Dans les cumuls optimistes, le terme « optimiste » fait référence à l'hypothèse selon laquelle toutes les transactions sont valides par défaut. Cela signifie que la chaîne de couche 2 ne vérifie ni ne valide les transactions avant de les soumettre à Ethereum, à moins qu'elles ne soient contestées. Au lieu de cela, il s'appuie sur des incitations économiques et des preuves de fraude pour garantir l'exactitude et la sécurité du système.

Avantages des cumuls optimistes

Frais de gaz réduits

En déplaçant la plupart des calculs et du stockage des données hors chaîne, les cumuls optimistes réduisent les frais de gaz pour les transactions. Ils économisent sur les coûts de gaz et augmentent l'efficacité en regroupant des milliers de transactions en un seul bloc et en soumettant un minimum de données en chaîne.

Débit plus élevé

Les cumuls optimistes augmentent le débit des transactions en les traitant plus rapidement et plus fréquemment sur la chaîne de couche 2. Ils peuvent atteindre des vitesses de transaction plus élevées et des délais de confirmation plus courts en évitant la congestion et les limitations de la couche de base.

Délais de confirmation plus rapides

Les confirmations instantanées sur la chaîne de couche 2 améliorent la latence des transactions dans les cumuls optimistes.

Compatibilité avec les contrats et outils intelligents existants

Les cumuls optimistes sont compatibles avec les contrats et outils intelligents existants d'Ethereum. Les développeurs peuvent utiliser des langages, frameworks, bibliothèques et normes familiers, tels que Solidity, EVM, ERC-20, etc. Les utilisateurs peuvent également utiliser les mêmes portefeuilles, navigateurs et interfaces, tels que MetaMask.

Sécurité et décentralisation

Les cumuls optimistes tirent leur sécurité et leur décentralisation de la couche de base en publiant les résultats des transactions en chaîne et en s'appuyant sur des preuves de fraude pour garantir leur exactitude.

Défis ou limites des cumuls optimistes

Délai de preuve de fraude

Il s'agit de la période entre la soumission en chaîne d'une transaction frauduleuse et sa réversion par une preuve de fraude. Pendant ce temps, la chaîne de couche 2 peut être incohérente avec la chaîne de couche 1, affectant potentiellement l'expérience utilisateur et la sécurité des applications. Le délai de preuve de fraude dure généralement une semaine mais peut être plus court ou plus long en fonction de la mise en œuvre et des conditions du réseau.

Problème de disponibilité des données

Garantir que les données du bloc complet sont accessibles hors chaîne pour toute personne souhaitant vérifier ou contester une transaction pose un défi. Si les données sont indisponibles ou corrompues, les preuves de fraude ne peuvent pas être générées ou soumises, compromettant potentiellement la sécurité et l'intégrité du système. Les solutions de disponibilité des données décentralisées et centralisées peuvent atténuer le problème de disponibilité des données, mais ont leurs propres avantages et inconvénients.

Risque de centralisation du séquenceur

S'appuyer sur une seule entité ou un petit groupe d'entités pour collecter, commander et exécuter les transactions en chaîne de couche 2 comporte un risque de centralisation. Un séquenceur malveillant ou compromis pourrait censurer, réorganiser ou manipuler les transactions, nuisant ainsi aux utilisateurs et aux applications du rollup. Le risque de centralisation du séquenceur peut être atténué en utilisant plusieurs séquenceurs, en randomisant la sélection du séquenceur ou en permettant aux utilisateurs de contourner le séquenceur.

Compromis de compatibilité

Bien que les cumuls optimistes soient compatibles avec les contrats et outils intelligents existants sur Ethereum, cette compatibilité s’accompagne d’un compromis. En utilisant le même modèle d'exécution qu'Ethereum, les cumuls optimistes héritent de certaines de ses limites et inefficacités, telles que les coûts élevés du gaz pour les calculs complexes ou les opérations de stockage. Les solutions de mise à l'échelle alternatives, telles que les zk-rollups, utilisent un modèle d'exécution différent qui peut être optimisé pour des cas d'utilisation ou des domaines spécifiques.

Contributeur : Ross Middleton, co-fondateur et directeur financier de DeversiFi   

Ross est le co-fondateur de DeversiFi , une plateforme de trading de finance décentralisée (DeFi) de couche 2 alimentée par la technologie évolutive de StarkWare. Il est responsable des finances ainsi que de s'occuper des partenaires de projet et des plus gros clients de DeversiFi.

Avant DeversiFi, Ross a travaillé sur les bourses Ethfinex et Bitfinex. Avant de rejoindre la cryptographie, Ross a été commerçant et analyste professionnel de l’énergie à Londres pendant dix ans. Il a travaillé sur des pupitres de négociation mondiaux de l'énergie dans des sociétés telles que Centrica, Gazprom et RWE pour déployer des fonds dans des stratégies de négociation exclusives avancées soutenues par les fondamentaux. En dehors du monde commercial, il est un investisseur providentiel engagé et un triathlète Ironman. Ross apporte une richesse d'expérience en matière de négociation d'actifs et de commerce d'actifs non traditionnels et traditionnels, ainsi que de liens avec le secteur de la finance alternative. Ross est titulaire d'un baccalauréat en économie.