Introduction

Les ZkEVM sont un type unique de rollup à connaissance zéro (zk) - qui fonctionne sur le réseau Ethereum. Ils traitent les transactions et permettent des interactions efficaces sur le réseau. Ces rollups offrent aux utilisateurs plusieurs avantages, notamment des transactions à faible coût. Ainsi, dans cet article, nous allons explorer l'innovation zkEVM, son fonctionnement, les différents types de zkEVM, une étude de l'écosystème, et examiner de plus près les problèmes qu'elle résout.

Introduction : La nécessité de la zkEVM

Les détracteurs d'Ethereum ont déploré sa lenteur, qui s'est accrue au fil des ans. Seules 10 à 15 transactions peuvent être traitées par seconde par le protocole central, ce qui, pendant les périodes d'activité intense des utilisateurs, a entraîné une congestion du réseau et des frais de transaction élevés.

La communauté Ethereum est en pleine croissance, et au cours des derniers mois, plusieurs stratégies de mise à l'échelle ont gagné en popularité. Diverses solutions ont été explorées par les développeurs, notamment les chaînes latérales, qui déplacent les transactions vers une deuxième couche (L2) où elles sont rapidement traitées avant d'être renvoyées vers la chaîne primaire.

Cela a toujours été efficace pour les applications individuelles, mais il y a un problème car beaucoup de ces chaînes latérales emploient des enroulements dits "optimistes".

Bien qu'il existe de nombreuses méthodes, sans exclure les chaînes latérales des développeurs, les solutions de couche 2 (L2) sont depuis longtemps au premier plan de la conversation sur la mise à l'échelle. Une solution de couche 2 de cette nature presque parfaite a été progressivement vue "en direct" sur le marché avec des améliorations continues. Les rollups à connaissances nulles semblent être à l'honneur en ce moment.

La Zero-Knowledge Ethereum Virtual Machine, également connue sous le nom de zkEVM, est l'une des technologies les plus prometteuses de l'écosystème Ethereum. Ce projet vise à améliorer la fonctionnalité de la machine virtuelle Ethereum tout en réalisant une avancée technologique significative qui protégera notre vie privée lorsque nous interagirons avec les contrats intelligents qui utilisent cette nouvelle EVM.

Au moins depuis 2014, les zkEVM ont d'abord été explorées avec enthousiasme, et maintenant la technologie est presque utilisable. Ils sont construits par les principales sociétés de développement Ethereum comme Polygon et Scroll, et d'autres s'empressent de suivre le mouvement.

Veuillez noter : Les chaînes latérales (par ex. Polygon, PoS) sont des chaînes secondaires qui fonctionnent en parallèle d'une chaîne mère avec leur mécanisme de consensus ; elles sont reliées à la chaîne mère par un pont bidirectionnel.

Qu'est-ce que le ZK ?

ZK est l'acronyme de zéro-connaissance, que l'on peut appeler un mot cryptographique pour désigner une partie capable de prouver à une autre que quelque chose est vrai, sans divulguer aucune autre information. En substance, il permet l'échange de données privées tout en préservant leur caractère secret.

Les preuves à connaissance zéro permettent à un utilisateur de révéler sa connaissance d'un secret sans révéler réellement ce secret. Il s'agit essentiellement d'identifier et de montrer que vous dites la vérité. Le prouveur et le vérificateur jouent les deux rôles principaux dans les preuves à connaissance zéro. Le prouveur doit démontrer sa connaissance du secret et le vérificateur confirme que le prouveur dit la vérité.

Qu'est-ce que le zkEVM ?

Dans le cadre des rollups à connaissance zéro (ZK), la machine virtuelle Ethereum à connaissance zéro (zkEVM) crée des preuves à connaissance zéro pour confirmer l'exactitude des programmes ainsi que la fiabilité des entrées et sorties utilisées dans l'opération. Il s'agit de solutions de mise à l'échelle L2 pour Ethereum qui augmentent le débit grâce à un calcul et à un stockage d'état délocalisés. Les ZkEVM sont créés dans l'optique de la technologie de la connaissance zéro, ce qui leur permet d'exécuter des contrats intelligents.

Les ZK-rollups commencent à permettre les DApps Ethereum avec l'introduction de machines virtuelles à connaissance zéro qui sont compatibles avec EVM.

Cela permettra aux développeurs d'écrire ou de migrer des smart contracts tout en conservant la décentralisation et la sécurité des Layer One (L1) sans avoir à modifier leur code ou à renoncer à leurs outils EVM (et smart contracts).

Après avoir appris ce qu'est zkEVM, allons plus loin et décomposons la complexité derrière zkEVM, en commençant par comprendre EVM.

Machine virtuelle Ethereum (EVM)

Ethereum est une technologie connue pour permettre l'exécution d'ordinateurs virtuels ouverts et distribués. Un contrat intelligent Ethereum déployé ne peut pas être mis à jour et est ouvert à une inspection hostile.

Les smart contracts sont utilisés dans la majorité des applications (enchères, marchés prédictifs, gestion de l'identité/réputation, etc.) pour gérer des fonds ou authentifier des entités externes. Le code devrait être fiable dans ce contexte.

Comment fonctionne l'EVM ?

La machine virtuelle Ethereum fonctionne comme une machine à état qui change son état en réponse à des entrées. Chaque fois qu'un contrat intelligent est exécuté, l'état de l'EVM change, ou il y a une "transition d'état". En plus des contrats intelligents, qui sont tous ces programmes Solidity que nous pouvons voir sur la blockchain, nous avons des dépôts de logiciels pour les projets DApps que nous connaissons bien.

Nous examinons ici ce qui se passe lors des transactions dans les contrats intelligents :

1. Les nœuds peer-to-peer sur l'EVM chargent et exécutent le bytecode du contrat, qui a été généré à partir du code source.

2. Les opcodes de l'EVM interagissent avec divers composants d'état de l'EVM par le biais du bytecode (mémoire, stockage et pile).

3. Avant de renvoyer les nouvelles valeurs, les opcodes EVM calculent les valeurs prises dans le stockage d'état.

NB : L'EVM Opcode est une abréviation pour Ethereum Virtual Machine Operation code, qui est une partie des instructions en langage machine qui donne des commandes sur l'opération à effectuer.

Ecosystème zkEVM

Bien que les annonces de zkEVM aient pu faire le bonheur des développeurs et des parties prenantes soucieux de confidentialité et d'évolutivité, la plupart de ces projets sont loin d'être achevés.

Considérablement, ces projets sont confrontés à plusieurs défis autres que la simple mise en service. Au fur et à mesure que les zkEVM profiteront des changements apportés à Ethereum, ils étendront leur couverture, et des améliorations progressives suivront une fois que la plupart de ces projets seront lancés.

Il y aura certainement d'autres projets de cette nature prochainement, mais ceux-ci sont les plus importants et les plus développés. En fin de compte, le développement de la blockchain semble inarrêtable, comme le démontrent des projets comme zkEVM.

L'importance de la zkEVM

La création d'une zkEVM entièrement fonctionnelle favorisera la création de projets ZK-rollup compatibles avec les EVM. Cela offre les avantages suivants :

1. Mise à l'échelle sécurisée : Les ZK-rollups fournissent des garanties de sécurité plus solides que les autres efforts de mise à l'échelle ; ils utilisent des preuves de validité pour confirmer l'exactitude du calcul hors chaîne.

2. Réduction des coûts : En publiant les données de transaction sur Ethereum en tant que CALL DATA, les rollups obtiennent une protection contre le Mainnet. La quantité de données que les rollups optimistes et les rollups ZK doivent diffuser à Ethereum varie. Réduisant encore le besoin de CALL DATA, la zkeVM peut même sauter les entrées de transaction et ne publier que les changements d'état final.

3. Une zkEVM n'a pas de problèmes que les autres ont, ce qui conduit à une finalité plus rapide et à l'efficacité du capital. Les utilisateurs puissants qui ont besoin de changements d'actifs en douceur, tels que les traders NFT, les investisseurs DeFi ou les traders d'arbitrage, bénéficieront d'une finalité plus rapide (notamment entre L1 et L2).

4. Effets de réseau : Tirer parti des effets de réseau d'Ethereum est la principale justification de la création de zkEVM compatibles avec les EVM. Ethereum, qui est la plus grande plateforme de contrats intelligents, offre un écosystème assez large, ce qui est bon pour les développeurs et les projets cryptographiques. Nous devons également noter que si une zkEVM nouvellement construite n'est pas compatible avec l'infrastructure d'Ethereum, ses effets de réseau ne peuvent pas être utilisés.

Compatibilité zkEVM et EVM

Ce que nous pouvons observer dans l'EVM et ses dérivés, qui inclut l'EVM zk, c'est la procédure susmentionnée. EVM et zkEVM se distinguent surtout par le fait que ce dernier crée un environnement d'exécution sécurisé qui est protégé des agents extérieurs, même s'ils se trouvent sur le même réseau.

L'environnement d'exécution utilisé pour exécuter les contrats intelligents installés sur le réseau Ethereum est connu sous le nom de EVM (Ethereum Virtual Machine). Sur la blockchain Ethereum, les applications décentralisées (DApps) sont exploitées à l'aide de l'EVM, qui sert en quelque sorte d'"ordinateur mondial".

Mais avec zkEVM, cela change radicalement. Dans un environnement ZKP, les données d'entrée sont visibles, mais il s'agit d'une séquence de données produite par la cryptographie ZKP plutôt que des données réelles. Par conséquent, l'entrée des données consiste essentiellement en une séquence de statistiques que le zkEVM peut utiliser pour confirmer que ce que nous affirmons est correct sans jamais divulguer les informations réelles qui ont conduit à ces données.

Les ZkEVM peuvent exécuter des smart contracts Ethereum sans apporter de modifications importantes à la logique sous-jacente, ce qui les rend compatibles avec les EVM.

Comment fonctionne la zkEVM ?

Le fonctionnement général des rollups à connaissance zéro est suivi par les zkEVM. Cependant, il est crucial de reconnaître que plusieurs théories entourent la conception optimale d'une MVCE zk et son fonctionnement. La forme la plus pure de zkEVMs serait équivalente à Ethereum et n'autoriserait aucune modification, même si elle contribue à simplifier la production de preuves.

Une zkEVM est une machine virtuelle qui subit des changements d'état à la suite d'actions du programme, comme l'EVM. Cependant, le zkEVM va un peu plus loin en offrant des preuves pour étayer l'exactitude de chaque composant du calcul.

Nous devons accepter la variété des zkEVM pour comprendre leur fonctionnement, comme en témoignent les initiatives actives. Bien qu'ils aient tous les mêmes objectifs, leurs méthodes sont différentes.

Quel est le problème qu'il résout ?

Comme les EVM standard ne peuvent comprendre les rollups que séparément, il n'existe pas de langage de programmation universel et les rollups ZK doivent être créés de toutes pièces.

Projets reposant sur zkeVM

Divers projets zkEVM, tels que Scroll, Polygon, Nethermind, The Privacy et Scaling Explorations, utilisent diverses stratégies pour combiner l'exécution EVM avec le calcul de preuves à connaissance zéro. Chaque approche a ses propres compromis. Chaque projet s'efforce en permanence de développer une solution évolutive de niveau 2 qui soit fiable, sûre, sécurisée, abordable et simple à utiliser.

Tous ces projets partagent le même objectif fondamental : utiliser la technologie ZK-SNARK pour créer des preuves cryptographiques d'exécution de transactions similaires à celles d'Ethereum, soit pour rendre la chaîne Ethereum elle-même beaucoup plus facile à vérifier, soit pour créer des ZK-rollups qui sont (presque) équivalents à ce qu'offre Ethereum mais qui sont beaucoup plus évolutifs. Toutefois, ces initiatives diffèrent légèrement en termes de compromis qu'elles font entre l'opportunité et l'aspect pratique.

Développement récent

Contrairement à zkSync, la plupart des EVM à connaissance zéro sont encore en cours de développement et la perspective de disposer de zkEVM entièrement fonctionnels est meilleure que jamais, à mesure que la technologie à connaissance zéro se développe.

En attendant, la machine virtuelle à connaissance zéro de StarkNet permet aux développeurs de tirer parti des applications à connaissance zéro. En ce qui concerne StarkNet, il n'est pas compatible avec EVM, mais il peut compiler le code source de Solidity en bytecode dans un format convivial pour ZK. De plus, les contrats peuvent être rédigés en Caire (la langue de StarkNet).

Conclusion

zkEVM peut offrir une expérience similaire aux développeurs et aux utilisateurs. Plusieurs niveaux d'activité peuvent être utilisés pour améliorer l'évolutivité, où le zkEVM peut être considéré comme une réparation de la déchirure sur ces questions dans l'espace cryptographique. On peut dire que les utilisateurs et les constructeurs peuvent s'attendre à un plus grand niveau d'amélioration et de progrès grâce à la percée des rollups à connaissance zéro contre la réduction des problèmes d'évolutivité, y compris la sécurité, et aussi la prise en charge du déploiement des contrats et de la compatibilité des applications.

Tout comme son innovation homologue, zkSync, zkEVM est encore en phase de développement et en cours de réalisation, ce qui ne permet pas de déterminer clairement ce que l'avenir réserve à Ethereum.