De la preuve en temps réel au Rollup natif : la fin de l'extension d'Ethereum sous l'impulsion de ZK

Auteur : imToken

Éditeur : Ethereum s'engage dans une nouvelle ère d'extension avec 10 000 TPS, et la technologie des preuves à connaissance nulle (ZK) devient un moteur clé. Cet article est la deuxième partie de notre compilation de la « Feuille de route Ethereum 10 000 TPS » et se concentrera sur les défis techniques des preuves en temps réel, la logique de participation du Prover, les défis de sécurité lors du processus de transition L1, et comment le « Rollup natif » peut devenir la forme ultime de l'extension ZK.

Si l'on considère que la ZK-ification est le point de départ de la reconstruction technologique d'Ethereum, alors la « preuve en temps réel » et le « Rollup natif » sont les éléments centraux de cette révolution de l'extension.

Dans cet article, nous allons continuer à explorer comment réaliser des preuves ZK en temps réel de niveau 12 secondes sur la chaîne principale d'Ethereum, quel est le seuil matériel pour devenir Prover et quels sont les mécanismes d'incitation, et comment les Rollups natifs vont redéfinir le paysage des L2 d'Ethereum.

01. Preuve en temps réel : la pièce maîtresse de l'extension d'Ethereum

Dans la feuille de route d'Ethereum vers 10 000 TPS, il y a un point de rupture technologique indispensable : la preuve en temps réel (real-time proving).

Le co-fondateur de Succinct, Uma Roy, explique ainsi : « La preuve en temps réel fait référence à la capacité de générer un processus de preuve ZK pour un bloc sur le réseau principal Ethereum en moins de 12 secondes. »

Qu'est-ce que cela signifie ? Une fois que la preuve en temps réel sera mise en œuvre, Ethereum pourra intégrer sa logique de validation de blocs dans le protocole lui-même et, sans sacrifier la vérifiabilité, presque « arbitrairement » augmenter la limite de Gas, permettant ainsi une mise à l'échelle massive de L1 (Note de l'éditeur : le temps de génération de chaque bloc sur le réseau principal d'Ethereum est de 12 secondes, donc « en temps réel » signifie compléter la preuve dans chaque cycle de bloc).

Cependant, pour réaliser une preuve en temps réel, la technologie zkVM à elle seule n'est pas suffisante, des modifications au niveau du protocole Ethereum sont également nécessaires.

Ladislaus de la Fondation Ethereum a souligné qu'un mécanisme clé sera introduit lors de la mise à niveau Glamsterdam de l'année prochaine - "la découplage de la validation des blocs et de l'exécution immédiate", ce qui donnera aux Prover (preuveurs) plus de temps pour générer des preuves zkEVM dans un slot complet, permettant ainsi un traitement réellement en temps réel.

En termes de réalisation technique, Succinct a publié son dernier SP1 Hypercube zkVM, capable de générer des preuves en temps réel pour 93 % des 10 000 blocs de la chaîne principale sur un cluster de 200 GPU.

Roy a déclaré qu'ils ont confiance d'augmenter ce taux de réussite à 99 % d'ici la fin de l'année. Bien que certains blocs difficiles à traiter puissent encore entraîner un très petit nombre de blocs ne pouvant pas générer de preuve à temps, des mécanismes de tolérance aux pannes ont été pris en compte dans la conception du protocole, par exemple en permettant de sauter ce bloc et de passer au bloc suivant pour continuer le traitement.

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

Cependant, Roy n'est pas inquiet, après tout, la technologie ZK peut améliorer ses performances par 10 chaque année, même si le temps de bloc est réduit de moitié, cela peut être géré.

En juin, Linea a également annoncé que 100 % des activités en chaîne sur son réseau peuvent être 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 plutôt une contrainte liée à la demande d'utilisation.

Il convient de noter que l'intervalle de bloc de Linea est de seulement 2 secondes, et que la preuve ZK est téléchargée via des contrats intelligents pour vérification sur Ethereum L1. Ce modèle pourrait être une version préliminaire de la « ZK-ification » des futurs réseaux principaux.

02, le seuil matériel pour les ZK proveurs d'Ethereum est-il élevé ?

Pour générer des preuves ZK en temps réel, il est bien sûr essentiel de disposer de ressources de calcul puissantes.

Les objectifs techniques préliminaires fixés par la Fondation Ethereum pour Prover sont : un coût matériel inférieur à 100 000 dollars, une consommation d'énergie inférieure à 10 kilowatts, ce qui correspond à peu près à la consommation d'énergie d'une batterie domestique Tesla Powerwall.

Ce chiffre ne semble pas « léger », le critique d'Ethereum Justin Bons (fondateur de Cyber Capital) l'a qualifié d'« exigences matérielles folles bien au-delà des nœuds de validation 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 les responsabilités du Prover et du Validator ne sont pas les mêmes et ne doivent pas être confondues : le Validator exécute un nœud et participe au consensus ; tandis que la tâche du Prover est de générer des preuves ZK. Une fois qu'une preuve ZK pour une transaction a été correctement générée, il suffit de vérifier si cette preuve est correcte dans le réseau, sans avoir à réexécuter la transaction.

C'est pourquoi, Ladislaus se montre optimiste : « tant qu'on peut trouver un prouveur honnête répondant aux conditions matérielles, Ethereum pourra continuer à fonctionner en toute sécurité. Nous avons délibérément abaissé le seuil en dessous de celui des centres de données, et même si ce n'est pas de grandes institutions ou des centres de données, tant qu'il s'agit de développeurs individuels ayant des compétences techniques, ils peuvent aussi faire fonctionner Prover chez eux. »

Actuellement, cette configuration matérielle de 100 000 dollars n'est qu'un objectif initial. Sophia Gold, chercheuse à la fondation Ethereum, prévoit qu'avant la Devconnect, la conférence des développeurs en Argentine, en novembre de cette année, des Prover grand public devraient être conformes.

Le co-fondateur de Succinct, Roy, prévoit qu'au début de l'année prochaine, la demande de GPU pourra être réduite à environ 16 cartes graphiques, avec un coût total maîtrisé entre 10 000 et 30 000 dollars.

En attendant, Succinct a construit sur le réseau de test un réseau décentralisé composé de « centaines de Prover », générant au total des millions de preuves.

La logique fondamentale de ce système est la preuve concurrentielle, c'est-à-dire que tous les Prover participent à une enchère, chaque round sélectionnant un gagnant pour exécuter la preuve zk, avec pour objectif de faire en sorte que le participant ayant le temps le plus court et le coût le plus bas l'emporte, formant ainsi un mécanisme de mise aux enchères similaire à la puissance de calcul.

Cela signifie que, dans l'avenir d'Ethereum piloté par ZK, l'esprit des mineurs se manifestera sous une autre forme - simplement le rôle passera de miner des blocs à produire des preuves.

03, migration vers une architecture ZK de la chaîne principale : une migration système de haute difficulté.

La transition du réseau principal Ethereum L1 vers une architecture basée sur les preuves à divulgation nulle de connaissance (ZK) représente un défi technique presque aussi important que le passage de la preuve de travail (PoW) à la preuve d'enjeu (PoS) en 2022. Tout le processus nécessite non seulement une reconstruction de la couche de protocole, mais aussi une réflexion approfondie sur divers scénarios marginaux potentiels et les risques de sécurité, afin d'éviter toute interruption du fonctionnement du réseau.

Lors d'une conférence EthProofs en juillet de cette année, le chercheur Justin Drake a mentionné plusieurs risques potentiels. Par exemple, un attaquant malveillant pourrait insérer ce que l'on appelle un « prover killer » dans un bloc, ce qui entraînerait l'échec de tout le mécanisme de validation du réseau ; ou bien une chute brusque de l'activité du réseau pourrait rendre les revenus des frais de transaction insuffisants pour couvrir le coût de génération des preuves ZK, ce qui affecterait la durabilité du réseau.

Ladislaus, membre de l'équipe de coordination du protocole de la Fondation Ethereum, a déclaré que l'ensemble du processus de transition pourrait prendre plusieurs années, en mettant particulièrement l'accent sur les problèmes de sécurité. La ZK Virtual Machine (zkVM), en tant que technologie complexe encore à un stade précoce, est très susceptible de présenter diverses vulnérabilités. Cependant, à mesure que l'écosystème mûrit, nous pouvons progressivement améliorer sa faisabilité et sa robustesse sur Ethereum L1 en introduisant une diversité de systèmes de preuve, en perfectionnant les mécanismes d'incitation et en utilisant des vérifications formelles.

Dans le même temps, Ethereum prévoit une refonte fondamentale de sa couche de consensus, en construisant une nouvelle structure appelée « Beam Chain », dont l'objectif est d'être optimisée pour ZK dès la conception. Drake a même déclaré que, dans le futur, l'ensemble du travail de validation des données d'Ethereum pourrait être effectué sur le CPU d'un ordinateur portable ordinaire.

04, le "Snark" de la chaîne principale : le Rollup natif arrive

Alors que l'intégration de zkEVM sur le réseau principal d'Ethereum se poursuit, une autre vision à long terme commence également à émerger progressivement : le Rollup natif (Native Rollup).

Les Rollups actuels (qu'ils soient de type Optimistic ou ZK) utilisent des systèmes de preuve indépendants, dont la sécurité dépend de leurs propres mécanismes de validateurs ou de séquenceurs, ce qui implique une certaine hypothèse de confiance entre eux et le réseau principal Ethereum.

La vision du « Rollup natif » est complètement différente : en intégrant le zkEVM au réseau principal, permettant aux validateurs d'Ethereum L1 de vérifier directement les preuves de transition d'état du Rollup, réalisant ainsi un L2 véritablement vérifié par le réseau principal, garantissant la sécurité par le réseau principal.

Cela nécessite l'ajout d'un code clé "execute precompile" dans le client Ethereum L1, permettant aux validateurs de vérifier directement les preuves de transfert d'état ZK générées par L2, comme l'a déclaré Ladislaus, coordinateur des protocoles de la Fondation Ethereum, "Les validateurs L1 consommeront ces preuves d'exécution des Rollups et vérifieront leur validité."

En d'autres termes, si le Rollup natif se réalise, alors à l'avenir, qu'il s'agisse d'une transaction sur L1 ou d'une transaction sur le Rollup natif, le règlement final et la sécurité seront garantis par le même groupe de validateurs Ethereum, le niveau de confiance sera complètement équivalent.

Cela signifie que déposer 10 millions de dollars sur un Rollup natif aura la même sécurité que de déposer directement sur le réseau principal Ethereum.

Le responsable du projet Linea, Declan Fox, a déclaré que leur objectif à long terme est de devenir un Rollup natif. Il considère cela comme une "version améliorée" du schéma de fragmentation ETH 2.0 - au lieu de faire fonctionner rigidement 64 chaînes de fragments identiques, ils souhaitent construire un système de Rollup hétérogène de manière hautement programmable et personnalisable, afin de servir différents scénarios et besoins des utilisateurs.

Contrairement à l'architecture de sharding homogène de l'ETH 2.0 du passé, le Rollup natif peut être hétérogène, offrant aux utilisateurs finaux une expérience d'application plus diversifiée et différenciée.

Bien que le Rollup natif n'ait pas encore été officiellement inscrit dans la feuille de route d'Ethereum, avec le lancement officiel de zkEVM et la reconstruction progressive de l'architecture L1, il est clair que la configuration de ses interfaces et de sa logique de précompilation est devenue une tendance technologique prévisible.

Ladislaus a résumé que « il existe une forte synergie technique dans Ethereum en intégrant la Snark EVM (c'est-à-dire en intégrant la capacité de preuve ZK) et en avançant sur le Rollup natif, car les deux partagent la pile technologique ZK sous-jacente ». Bien sûr, ce processus doit encore passer par la gouvernance de la communauté Ethereum, aboutissant à un EIP (proposition d'amélioration d'Ethereum), et finalement être déployé lors d'un hard fork.

Si tout se passe bien, on pourrait soumettre le EIP correspondant d'ici la fin de l'année et le lancer lors de la fourche après la mise à niveau de Glamsterdam.

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

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