Validité Rollups : le meilleur choix pour l'extensibilité d'Ethereum
Les Validity Rollups (également appelés zk-rollups) sont considérés comme la solution la plus prometteuse pour améliorer le débit d'Ethereum de manière sécurisée et décentralisée. Le cœur de cette solution d'extensibilité réside dans l'utilisation de preuves de validité pour des calculs vérifiables. Son fonctionnement est le suivant :
Les opérateurs déchargent l'exécution des transactions vers un environnement hors chaîne (c'est-à-dire de deuxième couche) pour traitement. Après avoir traité un grand nombre de transactions, les opérateurs de deuxième couche renvoient les résultats au réseau principal Ethereum, tout en joignant une preuve de validité de l'intégrité de l'exécution hors chaîne. Cette preuve garantit que toutes les transactions dans le lot sont valides et sont automatiquement vérifiées par le contrat de validateurs en chaîne. Cela permet à Ethereum d'appliquer les résultats à son état.
Il convient de noter que les Validity Rollups sont souvent appelés à tort des aggregations à connaissance nulle, mais ce n'est pas exact. La plupart des Validity Rollups n'utilisent en réalité pas de preuves à connaissance nulle et ne sont pas destinés à des fins de protection de la vie privée. Par conséquent, il est plus approprié d'utiliser le terme "Validity Rollup".
Machine virtuelle hors chaîne
Avant de discuter, nous devons d'abord comprendre ce qu'est une machine virtuelle (VM). En termes simples, une VM est un environnement dans lequel des programmes peuvent s'exécuter, tout comme exécuter le système d'exploitation Windows sur un Mac. Elle bascule entre différents états après avoir effectué des calculs sur certaines entrées. La machine virtuelle Ethereum (EVM) est la VM utilisée pour exécuter des contrats intelligents Ethereum.
La machine virtuelle à connaissance nulle ( zkVM ) est un environnement d'exécution de programme spécial qui peut non seulement exécuter des programmes, mais aussi générer des preuves de validité faciles à vérifier, afin de prouver que le programme a été exécuté correctement. Le terme "zkEVM" fait généralement référence à des systèmes de rollup capables d'utiliser la machine virtuelle Ethereum ( EVM ) et de prouver l'exécution de l'EVM. Ce terme peut prêter à confusion car l'EVM elle-même ne génère pas ces preuves ; en revanche, les preuves sont générées par un mécanisme de preuve indépendant qui se base sur les résultats de l'exécution de l'EVM. De plus, ces preuves se concentrent principalement sur la validité plutôt que sur la confidentialité, elles ne sont donc pas entièrement des preuves à connaissance nulle. Néanmoins, pour des raisons de cohérence, nous utiliserons le terme traditionnel "zkEVM" dans cet article.
Bien que tous les Validity Rollups visent à utiliser des preuves de validité pour étendre Ethereum, ils diffèrent dans le choix du VM pour exécuter des transactions hors chaîne. De nombreux Validity Rollups choisissent de reproduire la conception de l'EVM (c'est pourquoi ils sont appelés "zkEVM rollups"), tentant de copier les fonctionnalités d'Ethereum sur le L2 rollup. En revanche, Starknet utilise un nouveau VM - Cairo VM(CVM), spécialement conçu pour optimiser l'efficacité des preuves de validité.
Ces deux méthodes ont leurs avantages et inconvénients. Le zkEVM échange la compatibilité avec Ethereum au prix de la performance, tandis que le Cairo VM place la performance au-dessus de la compatibilité, en privilégiant la capacité d'extension.
Méthodes zkEVM
zkEVM est un Validity Rollup dont l'objectif est d'apporter l'expérience complète d'Ethereum sur les blockchains de Layer-2. Il vise à reproduire l'environnement de développement d'Ethereum pour les rollups. Grâce à zkEVM, les développeurs peuvent écrire des contrats intelligents ou porter des contrats intelligents vers des solutions plus évolutives sans avoir à modifier le code ou renoncer à leurs outils EVM (et à leurs contrats intelligents).
Un des principaux inconvénients de cette méthode est qu'elle réduit le potentiel d'extension de la preuve d'efficacité. Étant donné que le zkEVM s'engage à être compatible avec Ethereum, il est donc plus lent et consomme plus de ressources. Contrairement au CVM, l'EVM n'a pas été conçu en tenant compte de l'efficacité des preuves. Cela limite l'utilisation des optimisations qui pourraient améliorer l'efficacité et l'évolutivité, affectant finalement les performances globales du système.
La vérifiabilité de l'EVM
Le principal défi de la méthode zkEVM provient de la conception originale de l'EVM - il n'a pas été conçu pour fonctionner dans un environnement de preuve d'adéquation. Par conséquent, les efforts pour refléter ses fonctionnalités ne peuvent pas pleinement exploiter le potentiel des preuves d'adéquation, entraînant une efficacité moins qu'idéale. Cette faible efficacité finira par freiner la performance globale du système. La compatibilité de l'EVM avec les preuves d'adéquation est entravée par les facteurs suivants :
L'EVM utilise un modèle basé sur une pile, tandis que la preuve de validité est mieux adaptée à un modèle basé sur des registres. Les caractéristiques basées sur la pile de l'EVM rendent plus difficile la preuve de la correction de son exécution et le soutien direct à sa chaîne d'outils natifs.
La structure de stockage d'Ethereum dépend fortement de Keccak et des grands arbres Merkle Patricia, qui ne sont pas favorables à la preuve d'efficacité et augmentent considérablement la charge de preuve. Par exemple, Keccak fonctionne très rapidement sur l'architecture x86, mais nécessite 90 000 étapes pour prouver. En revanche, la fonction de hachage de Pedersen, amicale aux zk, ne nécessite que 32 étapes. Même en utilisant la compression récursive, l'utilisation de Keccak dans le zkEVM signifie que les utilisateurs doivent supporter un coût élevé en ressources pour les prouveurs.
Ainsi, les différentes implémentations de zkEVM offrent différents niveaux de support aux outils Ethereum - plus la compatibilité entre zkEVM et Ethereum est élevée, moins les performances sont bonnes.
Méthodes de Cairo-VM
Contrairement à la solution zkEVM, Starknet adopte une autre approche : l'utilisation d'une toute nouvelle machine virtuelle dédiée, avec un support des outils Ethereum ajouté en tant que couche supplémentaire. Starknet a été lancé en novembre 2021 et est le premier Validity Rollup à offrir une plateforme de contrats intelligents génériques sur un réseau entièrement composable.
Starknet utilise Cairo-VM(CVM), qui est un langage de haut niveau du même nom. Cairo-VM est une VM spécialement conçue pour générer efficacement des preuves de validité pour l'exécution de programmes.
En utilisant Cairo (machine virtuelle et langage), nous pouvons obtenir :
Preuve d'efficacité optimisée - chaque instruction a une représentation algébrique valide.
Langage de type Rust utilisé pour écrire des programmes prouvables
Une représentation intermédiaire entre le Cairo avancé et l'assemblage Cairo (instructions VM) (Sierra), permettant d'exécuter efficacement le code Cairo.
Développer un nouveau langage permet aux gens de le personnaliser en fonction de besoins spécifiques et de l'équiper de fonctions capables de répondre à des besoins auparavant non satisfaits.
Cairo et la diversité de codage
Le langage Cairo a été initialement conçu pour simplifier le processus de création de preuves de validité computationnelle et rendre plus facile l'ajout de fonctionnalités et de logiques commerciales complexes à StarkEx. Les programmes Cairo sont compilés en code machine algébrique — une séquence numérique — exécutée par une machine virtuelle fixe. Avec Cairo, la complexité de la génération de contraintes mathématiques décrivant le calcul est abstraite et capturée par un ensemble de contraintes fixes (au total moins de 50 contraintes). Par conséquent, les développeurs peuvent tirer parti des preuves de validité pour étendre leurs applications sans avoir à comprendre les mathématiques sous-jacentes et l'infrastructure, mais simplement en utilisant la syntaxe qu'ils connaissent pour écrire du code.
Starknet met l'accent sur l'innovation, ce qui se reflète dans ses méthodes de codage diversifiées. Cairo utilise les STARKs pour obtenir une capacité d'extension optimale qui n'est pas limitée à ceux qui écrivent des contrats en local sur Cairo. Les développeurs peuvent choisir la méthode qui leur convient le mieux :
Écrire du code localement dans Cairo : avec la sortie de Cairo 1.0, les développeurs peuvent désormais utiliser le langage Rust ergonomique et sécurisé, ce qui rend l'écriture de la logique des programmes plus facile et moins sujette aux erreurs.
Compatibilité avec Solidity : Les développeurs Solidity peuvent écrire du code utilisable par la VM Cairo. Cette approche offre une expérience de développement similaire à celle d'Ethereum et rend les contrats intelligents Solidity portables vers Starknet. Il existe deux manières d'y parvenir :
Traduction : L'équipe Nethermind a créé le traducteur Warp, qui permet de traduire le code Solidity en Cairo. Warp rend les contrats intelligents Solidity portables sur Starknet, les transformant efficacement en Type 4 zkEVM. Il a déjà été utilisé pour traduire et déployer des contrats Uniswap avec très peu de modifications.
zkEVM sur Starknet : Cairo VM peut être utilisé pour prouver l'exécution d'un autre VM. Kakarot est un zkEVM écrit en Cairo, qui peut être utilisé pour exécuter des contrats intelligents Ethereum sur Starknet.
Bien qu'il existe depuis peu de temps, Cairo est devenu le quatrième langage de contrat intelligent le plus populaire en termes de TVL, ayant déjà obtenu plus de 350 millions de dollars de soutien financier.
Résumé
Le zkEVM vise à reproduire l'environnement Ethereum en tant que rollup et permet aux développeurs d'utiliser des outils Ethereum familiers. Cependant, cette approche limite tout le potentiel de la preuve de validité et peut être gourmande en ressources.
La VM Cairo est conçue spécifiquement pour les systèmes de preuve de validité, sans être limitée par l'EVM. Elle est soutenue par un nouveau langage de programmation inspiré de Rust, ergonomique et sécurisé, appelé Cairo 1.0, formant un outil puissant destiné à maximiser l'efficacité en utilisant des preuves STARK pour étendre Ethereum.
Avec les progrès constants de Cairo et la croissance des différentes options de développement telles que Kakarot zkEVM et Warp, l'avenir s'annonce prometteur. Avec l'entrée de Starknet dApp en phase de production, mettant en avant les puissantes capacités de Cairo, nous croyons qu'il sera utilisé pour des projets plus ambitieux dans le futur.
Grâce aux multiples voies d'extension STARK et à d'autres solutions qui pourraient apparaître au cours des prochains mois, les développeurs ont désormais un contrôle sans précédent sur l'extension de la blockchain.
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MEVictim
· 08-15 16:41
La technologie de deuxième couche mérite d'être attendue
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MetaDreamer
· 08-15 14:31
La solution ZK est prometteuse.
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RugPullAlarm
· 08-14 07:45
La superposition zk est la voie royale.
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NewPumpamentals
· 08-12 17:19
J'ai étudié mais je ne comprends pas complètement.
Validity Rollups : révéler la nouvelle tendance d'extension d'Ethereum
Validité Rollups : le meilleur choix pour l'extensibilité d'Ethereum
Les Validity Rollups (également appelés zk-rollups) sont considérés comme la solution la plus prometteuse pour améliorer le débit d'Ethereum de manière sécurisée et décentralisée. Le cœur de cette solution d'extensibilité réside dans l'utilisation de preuves de validité pour des calculs vérifiables. Son fonctionnement est le suivant :
Les opérateurs déchargent l'exécution des transactions vers un environnement hors chaîne (c'est-à-dire de deuxième couche) pour traitement. Après avoir traité un grand nombre de transactions, les opérateurs de deuxième couche renvoient les résultats au réseau principal Ethereum, tout en joignant une preuve de validité de l'intégrité de l'exécution hors chaîne. Cette preuve garantit que toutes les transactions dans le lot sont valides et sont automatiquement vérifiées par le contrat de validateurs en chaîne. Cela permet à Ethereum d'appliquer les résultats à son état.
Il convient de noter que les Validity Rollups sont souvent appelés à tort des aggregations à connaissance nulle, mais ce n'est pas exact. La plupart des Validity Rollups n'utilisent en réalité pas de preuves à connaissance nulle et ne sont pas destinés à des fins de protection de la vie privée. Par conséquent, il est plus approprié d'utiliser le terme "Validity Rollup".
Machine virtuelle hors chaîne
Avant de discuter, nous devons d'abord comprendre ce qu'est une machine virtuelle (VM). En termes simples, une VM est un environnement dans lequel des programmes peuvent s'exécuter, tout comme exécuter le système d'exploitation Windows sur un Mac. Elle bascule entre différents états après avoir effectué des calculs sur certaines entrées. La machine virtuelle Ethereum (EVM) est la VM utilisée pour exécuter des contrats intelligents Ethereum.
La machine virtuelle à connaissance nulle ( zkVM ) est un environnement d'exécution de programme spécial qui peut non seulement exécuter des programmes, mais aussi générer des preuves de validité faciles à vérifier, afin de prouver que le programme a été exécuté correctement. Le terme "zkEVM" fait généralement référence à des systèmes de rollup capables d'utiliser la machine virtuelle Ethereum ( EVM ) et de prouver l'exécution de l'EVM. Ce terme peut prêter à confusion car l'EVM elle-même ne génère pas ces preuves ; en revanche, les preuves sont générées par un mécanisme de preuve indépendant qui se base sur les résultats de l'exécution de l'EVM. De plus, ces preuves se concentrent principalement sur la validité plutôt que sur la confidentialité, elles ne sont donc pas entièrement des preuves à connaissance nulle. Néanmoins, pour des raisons de cohérence, nous utiliserons le terme traditionnel "zkEVM" dans cet article.
Bien que tous les Validity Rollups visent à utiliser des preuves de validité pour étendre Ethereum, ils diffèrent dans le choix du VM pour exécuter des transactions hors chaîne. De nombreux Validity Rollups choisissent de reproduire la conception de l'EVM (c'est pourquoi ils sont appelés "zkEVM rollups"), tentant de copier les fonctionnalités d'Ethereum sur le L2 rollup. En revanche, Starknet utilise un nouveau VM - Cairo VM(CVM), spécialement conçu pour optimiser l'efficacité des preuves de validité.
Ces deux méthodes ont leurs avantages et inconvénients. Le zkEVM échange la compatibilité avec Ethereum au prix de la performance, tandis que le Cairo VM place la performance au-dessus de la compatibilité, en privilégiant la capacité d'extension.
Méthodes zkEVM
zkEVM est un Validity Rollup dont l'objectif est d'apporter l'expérience complète d'Ethereum sur les blockchains de Layer-2. Il vise à reproduire l'environnement de développement d'Ethereum pour les rollups. Grâce à zkEVM, les développeurs peuvent écrire des contrats intelligents ou porter des contrats intelligents vers des solutions plus évolutives sans avoir à modifier le code ou renoncer à leurs outils EVM (et à leurs contrats intelligents).
Un des principaux inconvénients de cette méthode est qu'elle réduit le potentiel d'extension de la preuve d'efficacité. Étant donné que le zkEVM s'engage à être compatible avec Ethereum, il est donc plus lent et consomme plus de ressources. Contrairement au CVM, l'EVM n'a pas été conçu en tenant compte de l'efficacité des preuves. Cela limite l'utilisation des optimisations qui pourraient améliorer l'efficacité et l'évolutivité, affectant finalement les performances globales du système.
La vérifiabilité de l'EVM
Le principal défi de la méthode zkEVM provient de la conception originale de l'EVM - il n'a pas été conçu pour fonctionner dans un environnement de preuve d'adéquation. Par conséquent, les efforts pour refléter ses fonctionnalités ne peuvent pas pleinement exploiter le potentiel des preuves d'adéquation, entraînant une efficacité moins qu'idéale. Cette faible efficacité finira par freiner la performance globale du système. La compatibilité de l'EVM avec les preuves d'adéquation est entravée par les facteurs suivants :
L'EVM utilise un modèle basé sur une pile, tandis que la preuve de validité est mieux adaptée à un modèle basé sur des registres. Les caractéristiques basées sur la pile de l'EVM rendent plus difficile la preuve de la correction de son exécution et le soutien direct à sa chaîne d'outils natifs.
La structure de stockage d'Ethereum dépend fortement de Keccak et des grands arbres Merkle Patricia, qui ne sont pas favorables à la preuve d'efficacité et augmentent considérablement la charge de preuve. Par exemple, Keccak fonctionne très rapidement sur l'architecture x86, mais nécessite 90 000 étapes pour prouver. En revanche, la fonction de hachage de Pedersen, amicale aux zk, ne nécessite que 32 étapes. Même en utilisant la compression récursive, l'utilisation de Keccak dans le zkEVM signifie que les utilisateurs doivent supporter un coût élevé en ressources pour les prouveurs.
Ainsi, les différentes implémentations de zkEVM offrent différents niveaux de support aux outils Ethereum - plus la compatibilité entre zkEVM et Ethereum est élevée, moins les performances sont bonnes.
Méthodes de Cairo-VM
Contrairement à la solution zkEVM, Starknet adopte une autre approche : l'utilisation d'une toute nouvelle machine virtuelle dédiée, avec un support des outils Ethereum ajouté en tant que couche supplémentaire. Starknet a été lancé en novembre 2021 et est le premier Validity Rollup à offrir une plateforme de contrats intelligents génériques sur un réseau entièrement composable.
Starknet utilise Cairo-VM(CVM), qui est un langage de haut niveau du même nom. Cairo-VM est une VM spécialement conçue pour générer efficacement des preuves de validité pour l'exécution de programmes.
En utilisant Cairo (machine virtuelle et langage), nous pouvons obtenir :
Développer un nouveau langage permet aux gens de le personnaliser en fonction de besoins spécifiques et de l'équiper de fonctions capables de répondre à des besoins auparavant non satisfaits.
Cairo et la diversité de codage
Le langage Cairo a été initialement conçu pour simplifier le processus de création de preuves de validité computationnelle et rendre plus facile l'ajout de fonctionnalités et de logiques commerciales complexes à StarkEx. Les programmes Cairo sont compilés en code machine algébrique — une séquence numérique — exécutée par une machine virtuelle fixe. Avec Cairo, la complexité de la génération de contraintes mathématiques décrivant le calcul est abstraite et capturée par un ensemble de contraintes fixes (au total moins de 50 contraintes). Par conséquent, les développeurs peuvent tirer parti des preuves de validité pour étendre leurs applications sans avoir à comprendre les mathématiques sous-jacentes et l'infrastructure, mais simplement en utilisant la syntaxe qu'ils connaissent pour écrire du code.
Starknet met l'accent sur l'innovation, ce qui se reflète dans ses méthodes de codage diversifiées. Cairo utilise les STARKs pour obtenir une capacité d'extension optimale qui n'est pas limitée à ceux qui écrivent des contrats en local sur Cairo. Les développeurs peuvent choisir la méthode qui leur convient le mieux :
Écrire du code localement dans Cairo : avec la sortie de Cairo 1.0, les développeurs peuvent désormais utiliser le langage Rust ergonomique et sécurisé, ce qui rend l'écriture de la logique des programmes plus facile et moins sujette aux erreurs.
Compatibilité avec Solidity : Les développeurs Solidity peuvent écrire du code utilisable par la VM Cairo. Cette approche offre une expérience de développement similaire à celle d'Ethereum et rend les contrats intelligents Solidity portables vers Starknet. Il existe deux manières d'y parvenir :
Traduction : L'équipe Nethermind a créé le traducteur Warp, qui permet de traduire le code Solidity en Cairo. Warp rend les contrats intelligents Solidity portables sur Starknet, les transformant efficacement en Type 4 zkEVM. Il a déjà été utilisé pour traduire et déployer des contrats Uniswap avec très peu de modifications.
zkEVM sur Starknet : Cairo VM peut être utilisé pour prouver l'exécution d'un autre VM. Kakarot est un zkEVM écrit en Cairo, qui peut être utilisé pour exécuter des contrats intelligents Ethereum sur Starknet.
Bien qu'il existe depuis peu de temps, Cairo est devenu le quatrième langage de contrat intelligent le plus populaire en termes de TVL, ayant déjà obtenu plus de 350 millions de dollars de soutien financier.
Résumé
Le zkEVM vise à reproduire l'environnement Ethereum en tant que rollup et permet aux développeurs d'utiliser des outils Ethereum familiers. Cependant, cette approche limite tout le potentiel de la preuve de validité et peut être gourmande en ressources.
La VM Cairo est conçue spécifiquement pour les systèmes de preuve de validité, sans être limitée par l'EVM. Elle est soutenue par un nouveau langage de programmation inspiré de Rust, ergonomique et sécurisé, appelé Cairo 1.0, formant un outil puissant destiné à maximiser l'efficacité en utilisant des preuves STARK pour étendre Ethereum.
Avec les progrès constants de Cairo et la croissance des différentes options de développement telles que Kakarot zkEVM et Warp, l'avenir s'annonce prometteur. Avec l'entrée de Starknet dApp en phase de production, mettant en avant les puissantes capacités de Cairo, nous croyons qu'il sera utilisé pour des projets plus ambitieux dans le futur.
Grâce aux multiples voies d'extension STARK et à d'autres solutions qui pourraient apparaître au cours des prochains mois, les développeurs ont désormais un contrôle sans précédent sur l'extension de la blockchain.