Des preuves en temps réel aux Native Rollups : La phase finale de mise à l'échelle d'Ethereum propulsée par ZK

Auteur : imToken

Note de l'éditeur : Ethereum se dirige vers une nouvelle ère de scalabilité avec 10 000 TPS, et la technologie de preuve à divulgation nulle de connaissance (ZK) devient une force motrice clé. Cet article est le deuxième de notre série "Feuille de route Ethereum 10 000 TPS", se concentrant sur les difficultés techniques des preuves en temps réel, la logique de participation du Prover, les défis de sécurité lors du passage à L1, et comment le "Roll up natif" devient la forme ultime de la scalabilité ZK.

Si la ZK-isation est le point de départ de la reconstruction technologique d'Ethereum, alors la "preuve en temps réel" et le "Roll up natif" sont les liens de mise en œuvre essentiels de cette révolution d'expansion.

Dans cet article, nous continuerons d'explorer en profondeur comment réaliser une preuve ZK en temps réel de 12 secondes sur le réseau principal Ethereum, quels sont le seuil matériel et le mécanisme d'incitation pour devenir un Prover, et comment le Roll up natif va réécrire le paysage de l'Ethereum L2.

01. Preuve en temps réel : La pièce clé de la mise à l'échelle d'Ethereum

Sur la feuille de route d'Ethereum vers 10 000 TPS, il y a une percée technologique indispensable : la preuve en temps réel.

Le cofondateur de Succinct, Uma Roy, a expliqué : "La preuve en temps réel fait référence à la capacité de compléter le processus de génération de preuve ZK pour un bloc sur le réseau principal Ethereum en moins de 12 secondes."

Qu'est-ce que cela signifie ? Une fois la preuve en temps réel réalisée, Ethereum pourra intégrer sa logique de vérification des blocs dans le protocole lui-même et augmenter la limite de gaz presque "arbitrairement" sans sacrifier la vérifiabilité, réalisant ainsi une expansion massive de L1 (Note de l'éditeur : Le temps de génération de chaque bloc sur le réseau principal Ethereum est de 12 secondes, donc "temps réel" signifie que la preuve est complétée dans chaque cycle de bloc).

Cependant, pour réaliser une preuve en temps réel, la technologie zkVM seule ne suffit pas, et des changements à la couche de protocole Ethereum sont également nécessaires.

Ladislaus de la Fondation Ethereum a souligné qu'un mécanisme clé devrait être introduit dans la mise à niveau Glamsterdam l'année prochaine - "découplage de la vérification des blocs et de l'exécution immédiate", qui fournira au Prover (prouveur) plus de temps pour générer une preuve zkEVM dans un slot complet, réalisant ainsi un véritable traitement en temps réel.

En termes d'implémentation technique, Succinct a publié son dernier zkVM SP1 Hypercube, qui peut générer des preuves pour 93% des 10 000 blocs du réseau principal en temps réel sur un cluster de 200 GPU.

Roy a exprimé sa confiance qu'ils pourraient augmenter ce taux de réussite à 99% d'ici la fin de l'année. Bien que certains blocs difficiles puissent encore empêcher la génération de preuves dans un très petit nombre de blocs, la conception du protocole intègre des mécanismes de tolérance aux pannes, comme permettre de sauter ces blocs et de continuer avec le suivant.

De plus, Ethereum envisage de réduire le temps de bloc de 12 secondes à 6 secondes (comme une autre proposition potentielle pour Glamsterdam), ce qui améliorera considérablement l'expérience utilisateur et la vitesse de confirmation des transactions, mais cela met également une pression supplémentaire sur le ZK Prover - pour le prouveur, la difficulté de la tâche est doublée.

Cependant, Roy n'est pas inquiet. Après tout, les performances de la technologie ZK peuvent être améliorées 10 fois chaque année, elle peut donc y faire face même si le temps de bloc est réduit de moitié.

En juin, Linea a également annoncé que 100% des activités on-chain sur son réseau sont couvertes par des preuves ZK. Bien que le TPS actuel de Linea ne soit que de 2, ce n'est pas une limitation de performance, mais est limité par les besoins d'utilisation.

Il est à noter que l'intervalle de bloc de Linea n'est que de 2 secondes, et la preuve ZK est téléchargée sur Ethereum L1 pour vérification via des smart contracts. Ce modèle pourrait être le précurseur de la "ZKisation" du futur réseau principal.

02. Le seuil matériel pour le prouveur ZK d'Ethereum est-il élevé ?

Générer des preuves ZK en temps réel nécessite de puissantes ressources informatiques.

Les objectifs techniques initiaux de la Fondation Ethereum pour le Prover sont de maintenir les coûts matériels en dessous de 100 000 $ et la consommation d'énergie en dessous de 10 kilowatts, à peu près équivalente à la consommation d'énergie d'une batterie domestique Tesla Powerwall.

Ce chiffre ne semble pas du tout "léger". Le critique d'Ethereum Justin Bons (fondateur de Cyber Capital) l'a qualifié d'"exigences matérielles folles qui dépassent de loin les nœuds validateurs de Solana", mais cela confond en réalité deux rôles complètement différents.

Ladislaus de l'équipe de coordination du protocole de la Fondation Ethereum a souligné que Prover et Validator ont des responsabilités différentes et ne doivent pas être confondus. Les validateurs exécutent des nœuds et participent au consensus, tandis que la tâche du Prover est de générer des preuves ZK. Une fois que la preuve ZK d'une transaction est correctement générée, le réseau n'a besoin que de vérifier si la preuve est correcte, sans avoir besoin de réexécuter la transaction.

Pour cette raison, Ladislaus a exprimé son optimisme : "Tant qu'un prouveur honnête répondant aux exigences matérielles peut être trouvé, Ethereum peut continuer à fonctionner en toute sécurité. Nous abaissons délibérément le seuil en dessous du centre de données. Même s'il ne s'agit pas d'une grande institution ou d'un centre de données, n'importe quel développeur individuel ayant des capacités techniques peut exécuter Prover à domicile."

Actuellement, cette configuration matérielle de 100 000 $ n'est qu'un objectif initial. La chercheuse de la Fondation Ethereum, Sophia Gold, prédit que le Prover grand public répondra à la norme avant la Conférence des développeurs Devconnect Argentina en novembre de cette année.

Le cofondateur de Succinct, Roy, s'attend à ce que d'ici le début de l'année prochaine, l'exigence GPU puisse être réduite à environ 16 cartes graphiques, et le coût total sera contrôlé entre 10 000 $ et 30 000 $.

En même temps, Succinct a construit un réseau décentralisé composé de "centaines de prouveurs" sur le réseau de test, générant des millions de preuves au total.

La logique fondamentale de ce système est la preuve compétitive, c'est-à-dire que tous les Provers participent à l'enchère, et un enchérisseur gagnant est sélectionné à chaque tour pour exécuter la preuve zk. L'objectif est de permettre aux participants avec un temps plus court et un coût plus bas de gagner, formant un mécanisme d'enchères de puissance de calcul.

Cela signifie que dans le futur d'Ethereum piloté par ZK, l'esprit des mineurs réapparaîtra sous une autre forme - sauf que leur rôle est passé du calcul des blocs au calcul des preuves.

03. Passage du réseau principal à l'architecture ZK : Une migration système hautement difficile

Le passage du réseau principal Ethereum L1 à une architecture de preuve à divulgation nulle de connaissance (ZK) est un autre défi technique presque du même niveau que la transition de la preuve de travail (PoW) à la preuve d'enjeu (PoS) en 2022. L'ensemble du processus nécessite non seulement la reconstruction de la couche de protocole, mais aussi une considération attentive de divers scénarios de bord potentiels et de risques de sécurité pour éviter les interruptions de réseau.

Lors d'une conférence EthProofs en juillet, le chercheur Justin Drake a souligné plusieurs risques potentiels. Par exemple, un attaquant malveillant pourrait insérer un soi-disant "tueur de prouveur" dans un bloc, rendant inefficace le mécanisme de vérification de l'ensemble du réseau. Alternativement, une baisse soudaine de l'activité du réseau pourrait entraîner des frais de transaction insuffisants pour couvrir le coût de génération des preuves ZK, impactant la durabilité du réseau.

Ladislaus de l'équipe de coordination du protocole de la Fondation Ethereum a déclaré que l'ensemble du processus de transition pourrait prendre plusieurs années, avec une attention particulière portée aux risques de sécurité. La machine virtuelle ZK (zkVM) est une technologie complexe encore à ses débuts, et diverses vulnérabilités sont très probables. Cependant, à mesure que l'écosystème mûrit, sa faisabilité et sa robustesse sur L1 d'Ethereum peuvent être progressivement améliorées grâce à l'introduction de systèmes de preuve diversifiés (diversité des preuves), de mécanismes d'incitation améliorés et de vérification formelle.

En même temps, Ethereum prévoit également de restructurer fondamentalement sa couche de consensus, à savoir construire une nouvelle structure appelée "Beam Chain". L'objectif est d'être optimisé pour ZK et convivial dès le début de la conception. Drake a même déclaré que dans le futur, l'ensemble du travail de vérification des données Ethereum pourra être effectué sur le CPU d'un ordinateur portable ordinaire.

04. "Snarkisation" du réseau principal : Le Roll up natif arrive

Alors que le réseau principal Ethereum intègre zkEVM, une autre vision à long terme émerge progressivement : le Roll up natif.

Les Roll ups actuels (qu'ils soient de type Optimistic ou ZK) utilisent tous un système de preuve indépendant, dont la sécurité repose sur leur propre mécanisme de validateur ou de trieur, et il existe certaines hypothèses de confiance entre eux et le réseau principal Ethereum.

La vision du "Roll up natif" est complètement différente - en intégrant zkEVM dans le réseau principal, les validateurs Ethereum L1 peuvent directement vérifier la preuve de transition d'état du Roll up, réalisant ainsi un L2 qui est véritablement vérifié et sécurisé par le réseau principal.

Cela nécessite d'ajouter un code clé "execute precompile" au client Ethereum L1, permettant aux validateurs de vérifier directement la preuve de transfert d'état ZK générée par L2. Comme l'a dit Ladislaus, le coordinateur de protocole de la Fondation Ethereum, "les validateurs L1 consommeront les preuves d'exécution de ces Roll ups et vérifieront leur exactitude."

En d'autres termes, si le Roll up natif devient une réalité, alors à l'avenir, qu'il s'agisse d'une transaction se produisant sur L1 ou d'une transaction se produisant sur un Roll up natif, son règlement final et sa sécurité seront garantis par le même groupe de validateurs Ethereum, et le niveau de confiance sera exactement le même.

Cela signifie que déposer 10 millions de dollars sur un Roll up natif sera aussi sûr que de les déposer directement sur le réseau principal Ethereum.

Declan Fox, chef de projet de Linea, a déclaré que leur objectif à long terme est de devenir un Roll up natif. Il croit que c'est une "version améliorée" de la solution de partitionnement d'Ethereum 2.0 - ne plus exécuter rigidement 64 chaînes de fragments avec la même structure, mais construire un système de Roll up hétérogène de manière hautement programmable et personnalisable pour servir différents scénarios et besoins des utilisateurs.

Contrairement à l'architecture de partitionnement homogène d'ETH 2.0 dans le passé, le Roll up natif peut être hétérogène, offrant aux utilisateurs finaux une expérience d'application plus diverse et différenciée.

Bien que le Roll up natif n'ait pas encore été officiellement inclus dans la feuille de route d'Ethereum, avec le lancement officiel de zkEVM et la reconstruction progressive de l'architecture L1, la préparation d'interfaces et de logique précompilée pour cela est clairement devenue une tendance technologique prévisible.

Ladislaus a conclu : "Ethereum a un haut degré de synergie technique entre la Snarkification de l'EVM (c'est-à-dire l'intégration des capacités de preuve ZK) et la promotion des Roll ups natifs, car les deux partagent la pile technologique ZK sous-jacente." Bien sûr, ce processus doit encore passer par la gouvernance de la communauté Ethereum, former un EIP (Proposition d'amélioration Ethereum), et finalement être déployé dans un Hard Fork.

Si tout se passe bien et que nous sommes optimistes, l'EIP pertinent pourrait être soumis d'ici la fin de l'année et lancé dans le fork après la mise à niveau Glamsterdam.

Cependant, ce calendrier reste très incertain et doit être considéré avec prudence.