Layer 2 : rollups optimistes vs ZK
Rollups optimistes ou ZK, blobs, séquenceurs, délais de retrait, stades L2BEAT : comprendre comment fonctionnent les layer 2 d'Ethereum et leurs risques.
L’essentiel
Ce guide est une information générale et ne constitue pas un conseil en investissement. Les réseaux cités le sont à titre d'illustration.
Pourquoi les layer 2 existent
Ethereum, la « couche 1 » (layer 1 ou L1), traite de l'ordre de 15 transactions par seconde sur sa chaîne principale selon ethereum.org. Quand la demande dépasse cette capacité, les utilisateurs se font concurrence pour l'espace dans les blocs et les frais (le « gas ») augmentent.
On décrit souvent ce problème avec le trilemme de la blockchain : il est difficile d'obtenir à la fois décentralisation, sécurité et capacité de traitement. Augmenter simplement la taille des blocs rendrait les nœuds plus coûteux à faire tourner, donc le réseau moins décentralisé.
L'approche retenue par l'écosystème Ethereum consiste à garder une couche 1 robuste et à déplacer l'exécution des transactions vers des layer 2. ethereum.org définit un layer 2 comme une blockchain distincte qui étend Ethereum et hérite de ses garanties de sécurité.
Le principe d'un rollup
Un rollup (littéralement « enroulement ») regroupe des centaines de transactions exécutées sur le L2 en un seul lot, publié sur Ethereum. Les frais de cette publication sont partagés entre tous les utilisateurs du lot, d'où des coûts plus bas par transaction.
Le rollup publie deux types d'informations sur Ethereum :
- Les données des transactions (sous forme compressée) : elles permettent à n'importe qui de reconstruire l'état du L2, c'est-à-dire les soldes et l'état des contrats, sans faire confiance à l'opérateur. On parle de disponibilité des données (data availability).
- Un engagement sur le nouvel état (une « racine d'état », résumé cryptographique de tous les soldes) : il sert de référence au contrat du rollup déployé sur Ethereum, qui gère notamment les dépôts et les retraits.
Comme le résume ethereum.org, une fois les données publiées sur la couche 1, revenir sur une transaction du rollup nécessiterait de revenir sur Ethereum lui-même.
Reste une question : comment le contrat sur Ethereum sait-il que la nouvelle racine d'état est correcte, alors qu'il n'a pas exécuté les transactions ? C'est là que les deux familles divergent.
Les blobs : EIP-4844
Pendant longtemps, les rollups publiaient leurs données dans le champ calldata des transactions Ethereum, un espace stocké en permanence et donc coûteux.
La proposition EIP-4844 (dite « proto-danksharding ») a introduit les transactions porteuses de blobs. Un blob est un gros paquet de données (128 Ko, soit 4 096 éléments de 32 octets) attaché à un bloc, mais auquel les smart contracts n'ont pas accès directement : seul un engagement cryptographique (de type KZG) est lisible par l'EVM.
Trois caractéristiques comptent :
- Un marché de frais séparé : les blobs ont leur propre prix, ajusté selon la demande, indépendamment du gas classique.
- Une conservation limitée : les nœuds ne sont tenus de garder les blobs qu'environ 18 jours (4 096 epochs). C'est suffisant pour que quiconque puisse vérifier les données et contester un lot, sans alourdir durablement les nœuds.
- Une capacité encadrée : la spécification initiale visait 3 blobs par bloc en moyenne, avec un maximum de 6. Ces paramètres peuvent évoluer lors des mises à jour du réseau.
L'EIP présente ce mécanisme comme un soulagement significatif mais temporaire pour les rollups, en attendant des solutions de montée en charge plus complètes. Aujourd'hui, les rollups peuvent publier leurs données en calldata ou en blobs.
Les rollups optimistes
Le principe : présumé valide
Un rollup optimiste publie ses lots en supposant qu'ils sont corrects, sans fournir de preuve. D'où le nom « optimiste ».
La sécurité repose sur les preuves de fraude (fraud proofs, aussi appelées fault proofs) : pendant une période de contestation, n'importe quel participant autorisé qui observe un lot incorrect peut le contester. ethereum.org décrit un système de preuve interactive en plusieurs tours : le contestataire et l'auteur du lot réduisent progressivement leur désaccord jusqu'à une seule étape de calcul, que le contrat sur Ethereum vérifie lui-même. Si la fraude est avérée, le lot est annulé.
Il suffit donc en théorie d'un seul acteur honnête qui surveille le réseau pour garantir la sécurité, à condition que les données soient disponibles et que ce type d'acteur ait le droit de contester.
La conséquence : environ 7 jours pour retirer
Tant que la période de contestation n'est pas terminée, un lot n'est pas définitif du point de vue d'Ethereum. Pour retirer des fonds d'un rollup optimiste vers Ethereum via le pont officiel, il faut attendre la fin de cette période, d'une semaine selon ethereum.org.
Pour éviter cette attente, il existe des retraits rapides : un fournisseur de liquidité vous paie immédiatement sur Ethereum, moyennant des frais, et récupère ensuite votre retrait en attente. Cela introduit un intermédiaire supplémentaire à évaluer.
Les transferts d'Ethereum vers le L2 (dépôts) ne subissent pas cette attente.
Exemples souvent cités de rollups optimistes : Arbitrum One, OP Mainnet, Base.
Les rollups ZK
Le principe : prouvé valide
Un rollup ZK (zero-knowledge, « à connaissance nulle ») accompagne chaque lot d'une preuve de validité : une preuve cryptographique que la nouvelle racine d'état résulte bien de l'exécution correcte des transactions. Le contrat sur Ethereum vérifie cette preuve ; si elle est invalide, le lot est rejeté.
Deux grandes familles de preuves sont utilisées :
- SNARK : preuves compactes et rapides à vérifier, mais la plupart des variantes nécessitent une « cérémonie » initiale (trusted setup). ethereum.org précise que si les informations secrètes de cette cérémonie étaient compromises, de fausses preuves pourraient être produites.
- STARK : pas de cérémonie initiale et résistance supposée aux ordinateurs quantiques, mais preuves plus volumineuses, donc plus coûteuses à vérifier sur Ethereum.
Avantages et contreparties
- Pas de période de contestation : selon ethereum.org, les retraits sont exécutés dès que le contrat a vérifié la preuve de validité. Le délai pratique dépend alors de la fréquence à laquelle l'opérateur publie des preuves.
- Un coût de calcul important : générer les preuves demande beaucoup de puissance, et leur vérification sur Ethereum coûte de l'ordre de 500 000 unités de gas par lot selon ethereum.org. Ces coûts se répercutent sur les frais.
- La compatibilité EVM est plus difficile : prouver l'exécution de n'importe quel smart contract Ethereum est complexe. Les projets de zkEVM visent à reproduire l'EVM dans des circuits de preuve.
Exemples souvent cités de rollups ZK : ZKsync Era, Starknet, Linea, Scroll.
Comparatif rapide
| Critère | Rollup optimiste | Rollup ZK |
|---|---|---|
| Validité des lots | Présumée, contestable | Prouvée à chaque lot |
| Retrait vers Ethereum (pont officiel) | Environ 7 jours | Après vérification de la preuve |
| Coût principal | Publication des données | Données + génération de preuves |
Le séquenceur, point central à connaître
Dans la plupart des rollups, un acteur appelé séquenceur reçoit les transactions des utilisateurs, décide de leur ordre, produit les blocs du L2 et publie les lots sur Ethereum. Aujourd'hui, ce séquenceur est souvent unique et opéré par l'équipe du projet.
Conséquences :
- Le séquenceur peut ordonner les transactions à sa guise, et en théorie censurer certains utilisateurs.
- S'il tombe en panne, le réseau peut être ralenti ou interrompu.
Pour limiter le risque de censure, ethereum.org décrit un mécanisme d'inclusion forcée : l'utilisateur peut soumettre sa transaction directement sur Ethereum, et le séquenceur doit l'inclure dans un délai donné. L'existence et les modalités de ce mécanisme varient selon les projets.
Les stades de décentralisation de L2BEAT
L2BEAT est un site indépendant qui analyse les layer 2, et ethereum.org y renvoie pour évaluer les risques de chaque projet. Son cadre des « Stages » (stades), introduit en 2023, classe les rollups selon le niveau de « roulettes d'apprentissage » (training wheels) qu'ils conservent, c'est-à-dire de contrôle humain centralisé.
- Stage 0 : les exigences de base d'un rollup sont remplies (racines d'état et données publiées sur Ethereum, logiciel permettant de reconstruire l'état), mais l'opérateur garde un contrôle étendu.
- Stage 1 : un système de preuves fonctionnel est en place, les utilisateurs peuvent sortir sans la coopération de l'opérateur, et bloquer indéfiniment les retraits nécessite de compromettre une large majorité d'un conseil de sécurité (multisig de plusieurs membres, en partie externes). Les mises à jour non décidées par ce conseil doivent laisser au moins 7 jours aux utilisateurs pour sortir.
- Stage 2 : le système de preuves est ouvert à tous sans autorisation, les utilisateurs disposent d'au moins 30 jours pour sortir en cas de mise à jour indésirable, et le conseil de sécurité ne peut intervenir que sur des erreurs détectables de façon objective.
Le stade d'un projet évolue dans le temps : consultez directement L2BEAT plutôt que de vous fier à une information ancienne.
Les risques à garder en tête
- Contrats modifiables : les contrats d'un rollup sur Ethereum peuvent souvent être mis à jour. Si la mise à jour est immédiate, ceux qui la contrôlent pourraient en théorie changer les règles, y compris celles des retraits. D'où l'importance de la « fenêtre de sortie » mesurée par L2BEAT.
- Séquenceur centralisé : risque de censure et de panne.
- Preuves restreintes ou absentes : un rollup optimiste où seuls quelques acteurs autorisés peuvent contester offre moins de garanties.
- Bugs : les systèmes de preuves sont complexes et récents. ethereum.org rappelle que beaucoup de layer 2 sont encore jeunes et en partie expérimentaux.
- Ponts tiers : utiliser un pont non officiel ou un fournisseur de retrait rapide ajoute un risque de contrepartie.
Exemple concret
Vous avez 0,5 ETH sur un rollup optimiste et souhaitez les récupérer sur Ethereum.
- Via le pont officiel : vous initiez le retrait sur le L2. Le lot contenant votre transaction est publié sur Ethereum. Vous attendez la fin de la période de contestation, environ 7 jours, puis vous finalisez le retrait par une transaction sur Ethereum, qui coûte des frais de gas L1.
- Via un service de retrait rapide : vous recevez vos ETH sur Ethereum en quelques minutes, en payant une commission. Vous dépendez alors de ce service.
Sur un rollup ZK, le même retrait via le pont officiel ne comporte pas de période de contestation : il devient exécutable une fois la preuve du lot vérifiée sur Ethereum.
Avant d'utiliser un L2, vous pouvez consulter sa fiche L2BEAT : stade, type de preuves, délai pour sortir en cas de mise à jour, fonctionnement du séquenceur.
Les erreurs à éviter
- Croire que tous les L2 ont la sécurité d'Ethereum : cela dépend des preuves, des droits de mise à jour et du séquenceur.
- Confondre rollup et sidechain : une sidechain a son propre consensus et ne publie pas nécessairement ses données sur Ethereum.
- Être surpris par le délai de 7 jours d'un retrait officiel depuis un rollup optimiste : anticipez-le.
- Envoyer des fonds sur le mauvais réseau : une même adresse peut exister sur Ethereum et sur plusieurs L2, mais les soldes sont séparés. Vérifiez le réseau sélectionné dans votre wallet et sur la plateforme.
- Utiliser un pont inconnu trouvé via une publicité ou un message : c'est un vecteur fréquent d'arnaques.
- Se fier à un stade L2BEAT ancien : il peut changer, dans un sens comme dans l'autre.
À retenir
- Un rollup exécute les transactions hors d'Ethereum, puis y publie les données et un engagement sur le nouvel état, ce qui réduit les frais par transaction.
- Depuis EIP-4844, les rollups peuvent publier leurs données dans des blobs, moins chers, conservés environ 18 jours.
- Rollup optimiste : lots présumés valides, contestables par preuve de fraude, retrait officiel vers Ethereum en environ 7 jours.
- Rollup ZK : chaque lot est accompagné d'une preuve de validité vérifiée sur Ethereum, sans période de contestation, mais avec un coût de calcul élevé.
- Le séquenceur, souvent centralisé, et les contrats modifiables sont les principaux points de confiance ; les stades de L2BEAT aident à les évaluer.