L'avenir d'Ethereum : Analyse de The Surge

Depuis octobre 2022, Vitalik Buterin, co-fondateur d'Ethereum, a publié une série d'articles explorant les possibilités futures du protocole Ethereum. Ces articles couvrent six étapes clés de la feuille de route de développement d'Ethereum : la fusion, l'explosion, le nettoyage, la vérification, la purification et le saut. Cet article se concentrera sur la deuxième partie de la feuille de route - The Surge, en explorant comment Ethereum peut améliorer sa scalabilité et réaliser un développement à long terme.

Vision centrale d'Ethereum

L'objectif fondamental d'Ethereum est de devenir l'infrastructure de l'internet décentralisé. Grâce à l'exécution automatique des contrats intelligents, Ethereum prend en charge des applications décentralisées complexes, cette flexibilité en fait la plateforme de choix pour les développeurs souhaitant créer des applications décentralisées telles que DeFi, NFT, etc.

Cependant, Ethereum présente des limites en termes d'évolutivité. Actuellement, Ethereum ne peut traiter que 15 à 30 transactions par seconde, ce qui représente un écart énorme par rapport aux réseaux de paiement traditionnels. Cela entraîne des frais de Gas élevés en cas de congestion du réseau, limitant ainsi le potentiel d'Ethereum à devenir une infrastructure mondiale. The Surge a été conçu pour résoudre ce problème.

Les principaux objectifs de The Surge incluent :

• Atteindre une capacité de traitement des transactions de plus de 100 000 par seconde sur Ethereum L1+L2
• Maintenir la décentralisation et la stabilité de L1
• S'assurer qu'au moins une partie des L2 hérite complètement des caractéristiques fondamentales d'Ethereum (sans confiance, ouvert, résistant à la censure)
• Maximiser l'interopérabilité entre les L2 pour un écosystème Ethereum plus unifié

Un avenir centré sur les rollups

Le plan Surge vise à améliorer considérablement l'évolutivité d'Ethereum grâce à des solutions L2, dont les rollups sont la composante centrale. Cette stratégie définit clairement les rôles : Ethereum L1 se concentre sur le fait d'être une couche de base puissante et décentralisée, tandis que L2 prend en charge la tâche d'aider l'écosystème à s'étendre.

Le Rollup emballe les transactions hors chaîne, puis soumet les résultats au réseau principal Ethereum, tout en maintenant la sécurité et la décentralisation tout en augmentant considérablement le débit. Buterin pense que le Rollup pourrait augmenter la capacité de traitement d'Ethereum à plus de 100 000 transactions par seconde, ce qui représenterait une expansion révolutionnaire, permettant à Ethereum de gérer des applications à l'échelle mondiale sans sacrifier l'esprit de décentralisation.

Buterin a souligné que le rollup n'est pas seulement une solution temporaire, mais une stratégie d'expansion à long terme. Avec la transition d'Ethereum du PoW au PoS grâce à The Merge, réduisant la consommation d'énergie, le rollup est considéré comme la prochaine étape importante en tant que solution d'expansion à long terme.

Cette année, la feuille de route centrée sur les rollups a fait des progrès importants : le lancement des blobs EIP-4844 a considérablement augmenté la bande passante des données de l'Ethereum L1, et plusieurs rollups basés sur la machine virtuelle Ethereum sont entrés dans leur phase initiale. Chaque L2 existe en tant que shard avec des règles et une logique indépendantes, et la diversification des méthodes de réalisation des shards est devenue une réalité.

Échantillonnage de disponibilité des données (DAS) de développement ultérieur

Un autre aspect clé de The Surge est l'échantillonnage de la disponibilité des données (DAS), une technique conçue pour résoudre les problèmes de disponibilité des données. Dans un réseau décentralisé comme Ethereum, il est essentiel que tous les nœuds puissent valider les données sans avoir à stocker ou télécharger l'intégralité du contenu.

DAS permet aux nœuds de valider les données sans accéder à l'ensemble complet des données, améliorant ainsi l'évolutivité et l'efficacité.

Buterin a mis l'accent sur deux formes de DAS : PeerDAS et 2D DAS.

PeerDAS devrait renforcer l'hypothèse de confiance des rollups, améliorant ainsi leur sécurité. Le DAS 2D effectue non seulement un échantillonnage aléatoire au sein des blobs, mais également entre les blobs. En utilisant les propriétés linéaires des engagements KZG, un ensemble de nouveaux blobs virtuels est utilisé pour étendre l'ensemble des blobs dans un bloc, ces blobs virtuels codant la même information redondante.

Grâce à DAS, Ethereum peut traiter des volumes de données plus importants, permettant des rollups plus rapides et plus économiques, tout en préservant le degré de décentralisation.

Il est nécessaire de poursuivre les recherches pour déterminer la version idéale du DAS 2D à l'avenir et de prouver ses propriétés de sécurité.

Buterin pense que les voies viables à long terme incluent :

1. Mettre en œuvre un DAS 2D idéal ;
2. Continuer à utiliser 1D DAS, sacrifier l'efficacité de bande passante d'échantillonnage, accepter une limite de données plus basse pour la simplicité et la robustesse ;
3. Abandonner DA et adopter complètement Plasma comme principale architecture Layer 2.

Il est à noter que même si l'on décide d'étendre l'exécution directement sur la couche L1, ces choix demeurent. Car si L1 doit traiter un grand nombre de transactions, les blocs L1 deviendront très volumineux, et les clients auront besoin d'une méthode efficace pour en vérifier la validité, ce qui les obligera à utiliser sur la couche L1 des technologies similaires à celles des rollups (comme le ZK-EVM et le DAS).

Plasma et autres solutions

En plus de Rollup, le schéma d'extension hors chaîne proposé tôt, Plasma, est également une autre solution L2.

La création de sous-chaînes Plasma, indépendantes de la chaîne principale Ethereum pour traiter les transactions, soumet régulièrement des résumés au réseau principal. Pour chaque bloc, l'opérateur envoie à l'utilisateur une preuve de changement d'état des actifs sous forme de branche Merkle. Les utilisateurs peuvent retirer des actifs en fournissant une branche Merkle, et cette branche n'a pas besoin d'être à jour.

Ainsi, même en cas de problème de disponibilité des données, les utilisateurs peuvent récupérer des actifs en extrayant l'état le plus récent disponible. Si une branche invalide est soumise (comme l'extraction d'actifs transférés ou la création d'actifs à partir de rien), la propriété des actifs peut être déterminée par un mécanisme de défi en chaîne.

Bien que le développement de Plasma soit en retard par rapport aux rollups, Buterin le considère toujours comme une composante importante de la boîte à outils d'évolutivité d'Ethereum.

De plus, Buterin a également discuté de l'amélioration des techniques de compression des données et des preuves cryptographiques pour accroître l'efficacité des rollups et d'autres solutions L2. L'idée est de compresser les données au maximum tout en s'assurant que les nœuds Ethereum peuvent vérifier toutes les informations nécessaires. Ces améliorations technologiques pourraient jouer un rôle clé dans la réalisation d'un débit plus élevé sur Ethereum.

Les premières versions de Plasma ne pouvaient traiter que des cas d'utilisation de paiement, ce qui rendait leur adoption plus difficile. Cependant, si l'on exige que chaque racine soit vérifiée par SNARK, Plasma deviendra beaucoup plus puissant. Cela simplifie non seulement le processus, éliminant la plupart des possibilités de tricherie des opérateurs, mais offre également aux utilisateurs un nouveau moyen de retirer immédiatement des fonds sans avoir à attendre une période de contestation d'une semaine, à condition que les opérateurs ne trichent pas.

Les performances de Plasma sont assez remarquables, ce qui est également la principale raison pour laquelle les gens s'efforcent de concevoir des structures astucieuses pour surmonter ses défauts de sécurité.

Amélioration de l'interopérabilité entre L2

Un des principaux défis auxquels est confronté l'écosystème L2 actuel est la faible interopérabilité entre les L2. Comment faire en sorte que l'expérience d'utilisation de l'écosystème L2 soit semblable à celle de l'écosystème Ethereum unifié est un problème urgent à améliorer.

Les améliorations de l'interopérabilité entre les L2 impliquent plusieurs aspects. Théoriquement, Ethereum centré sur les Rollups est similaire à un L1 avec partitionnement d'exécution. Actuellement, l'écosystème L2 d'Ethereum présente encore les problèmes suivants dans la pratique par rapport à l'état idéal :

Adresse de la chaîne spécifique : L'adresse doit contenir des informations sur la chaîne (L1, Optimism, Arbitrum, etc.). Une fois mise en œuvre, l'envoi inter-L2 peut être effectué facilement en plaçant simplement l'adresse dans le champ d'envoi, le portefeuille peut traiter automatiquement le processus d'envoi en arrière-plan (y compris l'utilisation de protocoles inter-chaînes).

Demande de paiement sur une chaîne spécifique : Devrait permettre de créer facilement des messages standardisés tels que "Envoyez-moi X jetons de type Y sur la chaîne Z". Principalement utilisé pour les paiements entre particuliers, les paiements aux commerçants et les demandes de fonds d'applications décentralisées.

Échange inter-chaînes et paiements Gas : Il est nécessaire d'avoir des protocoles ouverts standardisés pour exprimer les opérations inter-chaînes. L'ERC-7683 et le RIP-7755 ont tenté cela, bien que leur portée d'application soit plus large.

Client léger : Les utilisateurs devraient être en mesure de vérifier réellement la chaîne avec laquelle ils interagissent, et non pas simplement faire confiance aux fournisseurs RPC. Par exemple, Helios de a16z crypto peut réaliser cela (pour Ethereum lui-même), mais cette décentralisation de la confiance doit s'étendre aux L2. ERC-3668 (CCIP-read) est une stratégie pour atteindre cet objectif.

Idée de pont de tokens partagés : Dans le cas où tous les L2 sont des rollups à preuve de validité et où chaque slot est soumis à Ethereum, le transfert d'un actif L2 à un autre L2 dans un état natif nécessite toujours un retrait et un dépôt, ce qui entraîne des frais de Gas L1 importants.

L'une des solutions est : Créer un Rollup minimal partagé dont la seule fonction est de maintenir la propriété de chaque jeton par chaque L2 et leurs soldes respectifs, et de permettre une série d'opérations d'envoi inter-L2 par le biais de n'importe quel L2 pour mettre à jour ces soldes en masse. Cela permettrait des transferts inter-L2 sans avoir à payer à chaque fois des frais de gaz L1, et sans avoir à utiliser des technologies basées sur des fournisseurs de liquidité comme l'ERC-7683.

Synchronisation combinatoire : Permet des appels synchronisés entre un L2 spécifique et un L1 ou entre plusieurs L2, ce qui contribue à améliorer l'efficacité financière des protocoles DeFi. Le premier peut être réalisé sans coordination inter-L2 ; le second nécessite un tri partagé. La technologie basée sur le rollup s'applique automatiquement à toutes ces technologies.

Ces exemples sont confrontés au dilemme du moment et du niveau de normalisation. Une normalisation prématurée pourrait ancrer des solutions moins efficaces, tandis qu'un retard pourrait entraîner une fragmentation inutile.

Le consensus actuel est le suivant : dans certains cas, il existe des solutions à court terme avec des propriétés relativement faibles mais faciles à mettre en œuvre, ainsi que des solutions à long terme qui sont "finalement correctes" mais qui nécessitent des années pour être réalisées. Ces tâches ne sont pas seulement des problèmes techniques, mais aussi (voire principalement) des problèmes sociaux, nécessitant la collaboration entre L2, portefeuilles et L1.

Continuer à étendre Ethereum L1

Buterin estime qu'il est très précieux d'étendre Ethereum L1 lui-même et de s'assurer qu'il peut accueillir de plus en plus de cas d'utilisation.

Il existe trois stratégies d'extension L1, qui peuvent être réalisées individuellement ou en parallèle :

1. Améliorer la technologie (comme le code client, le client sans état, l'expiration historique) pour rendre L1 plus facile à vérifier, puis augmenter la limite de Gas ;
2. Réduire le coût opérationnel spécifique pour augmenter la capacité moyenne, sans augmenter le risque dans le pire des cas;
3. Rollups natifs (c'est-à-dire la création de N copies parallèles de l'EVM).

Ces technologies ont chacune leurs compromis. Par exemple, les rollups natifs ont la même faiblesse en termes de combinabilité que les rollups ordinaires : ils ne peuvent pas envoyer une seule transaction pour exécuter des opérations de manière synchronisée à travers plusieurs rollups. Augmenter la limite de Gas affaiblira d'autres avantages pouvant être réalisés par la simplification de la validation L1, tels que l'augmentation du ratio d'utilisateurs fonctionnant comme nœuds de validation et du nombre de validateurs solo. Selon la manière dont cela est mis en œuvre, rendre certaines opérations dans l'EVM moins chères peut accroître la complexité globale de l'EVM.

Décentralisation et sécurité

L'équilibre entre la scalabilité et la décentralisation est un thème que Buterin souligne à plusieurs reprises. De nombreux projets blockchain choisissent de sacrifier la décentralisation au profit d'un meilleur débit. Par exemple, une blockchain peut traiter des milliers de transactions par seconde, mais nécessite un matériel puissant pour faire fonctionner les nœuds, ce qui entraîne une centralisation du réseau. Buterin insiste sur le fait que même si Ethereum continue de s'étendre, il doit maintenir son engagement envers la décentralisation.

Rollup et DAS sont considérés comme des méthodes pour augmenter la capacité d'Ethereum tout en maintenant sa nature décentralisée. Contrairement à certaines blockchains haute performance, la stratégie d'extension d'Ethereum garantit que tout le monde peut exécuter un nœud, protégeant ainsi le réseau de manière véritablement décentralisée. Cela est essentiel pour la vision d'Ethereum de construire un système financier mondial sans autorisation.

Plus la scalabilité est élevée, plus la responsabilité en matière de sécurité est grande. Alors qu'Ethereum se dirige vers un avenir centré sur les rollups, il devient crucial de garantir l'absence de confiance de ces systèmes. Les rollups s'appuient sur des preuves cryptographiques pour garantir la légitimité des transactions hors chaîne lorsqu'elles sont soumises à Ethereum. Bien que ces systèmes aient prouvé leur efficacité, ils ne sont pas sans risques. Buterin reconnaît que la maturité de ces technologies nécessite des tests rigoureux et des itérations, en particulier lorsqu'elles sont adoptées plus largement.

Perspectives sur The Surge

Après The Surge, Buterin envisageait qu'Ethereum soit non seulement évolutif, mais aussi entièrement décentralisé, sécurisé et durable. Cette vision comprend non seulement l'extension de la couche 1 via les rollups et le DAS, mais aussi la construction d'algorithmes de consensus plus efficaces, l'amélioration des outils de développement et la promotion d'un écosystème d'applications décentralisées florissant.

La feuille de route d'Ethereum est pleine d'optimisme, mais elle fait également face à de nombreux défis. La mise en œuvre à grande échelle des rollups, garantir la sécurité des solutions L2 et se préparer à un avenir quantique sont tous