Chaînes plasma vs rollups : qui gagne la bataille pour la suprématie de la couche 2 ?

Alors qu'Ethereum continue d'enregistrer un développement rapide des technologies de couche 2 au sein de son écosystème, il présente également des inconvénients tels que la congestion du réseau, un faible débit de transactions par seconde (TPS) et un temps de réponse lent. Plasma et les rollups sont deux solutions de couche 2 qui ont démontré leur capacité à résoudre efficacement le problème de scalabilité de la blockchain.

En 2017, Plasma a connu un énorme succès grâce à sa capacité à traiter des transactions sur une chaîne enfant distincte, ouvrant ainsi la voie à une évolutivité, un débit et une vitesse élevés. Comme nous le savons, les chaînes Plasma ont progressivement disparu en raison des limitations de leurs applications et de l'augmentation du coût du stockage des données côté client.

Alors que le débat autour de la refonte de Plasma est lancé, abordons dans cet article la comparaison entre les chaînes et les rollups Plasma pour la couche 2. Nous présenterons brièvement les principales caractéristiques des chaînes et des rollups Plasma, leurs avantages et une comparaison de leur faisabilité. Mais avant cela, rappelons brièvement le concept de base des chaînes et des rollups Plasma afin de faciliter la compréhension des explications suivantes.

Chaînes plasma vs Rollups : les bases

Que sont les chaînes de plasma ?

Les chaînes Plasma sont des chaînes enfants indépendantes, construites et gérées par-dessus la blockchain principale (comme Ethereum ), également appelée chaîne parente. Ces copies plus petites d'Ethereum sont construites avec le framework Plasma, en utilisant des contrats intelligents et le mécanisme des arbres de Merkle.

Les chaînes Plasma calculent toutes les transactions hors ligne, à l'exception des dépôts, des retraits et des racines Merkle. Toutes les données hors chaîne, via le contrat intelligent Plasma, ne sont jamais divulguées sur la couche 1. Seul l'état final est publié sur la chaîne et doit être mis à jour périodiquement. Cette approche des chaînes Plasma pose un problème de disponibilité des données , ce qui limite leur intérêt pour les projets actuels.

L'idée principale derrière les chaînes Plasma est de créer un écosystème hiérarchique de blockchains interconnectées, où chaque chaîne est responsable de gérer son propre système de consensus et de sécurité. Chaque chaîne Plasma peut être personnalisée pour offrir un objectif spécifique, notamment un mécanisme de consensus, des jetons et des fonctionnalités au niveau du réseau. Cependant, les chaînes Plasma sont difficiles à optimiser pour des cas d’utilisation autres que les paiements.

Que sont les cumuls ?

Les rollups dans la blockchain sont des solutions de mise à l'échelle de couche 2 hors chaîne qui exécutent les transactions en dehors de la couche de règlement, c'est-à-dire Ethereum dans ce cas. Les rollups de la blockchain sont de deux types principaux : les rollups optimistes et les Zkrollups.

Les Optimistic Rollups regroupent les transactions en lots importants, puis publient les données compressées sur Ethereum. Ainsi, les Optimistic Rollups mettent les données à la disposition des participants pour validation et contestation (le cas échéant) pendant la période de vérification.

Les rollups ZK fonctionnent comme les rollups optimistes, mais utilisent des preuves cryptographiques avancées pour garantir la validité des transactions. Ces preuves sont publiées au niveau de la couche 1, plutôt que de diffuser l'intégralité des données de transaction.

Les rollups sont également conçus pour être facilement personnalisables, ils peuvent donc être facilement optimisés pour s'adapter à des applications spécifiques à un cas d'utilisation, qu'il s'agisse de paiements, de jeux, de DeFi, etc.

Analyse des principales caractéristiques des chaînes et rollups Plasma :

Voici quelques-unes des principales caractéristiques qui expliquent la faisabilité de deux solutions de mise à l'échelle : chaînes de plasma et rollups pour la couche 2 :

Principales caractéristiques des chaînes plasma:

Calcul des transactions hors chaîne : 

Les chaînes plasma prennent en charge le traitement des transactions hors chaîne, libérant ainsi les nœuds de la validation de chaque transaction. Le calcul hors chaîne réduit la congestion sur la couche 1 et permet ainsi d'optimiser facilement la chaîne Plasma en termes de vitesse et de coût. Cependant, la chaîne Plasma ne divulgue jamais les données de transaction à la couche de base, mais elles sont stockées hors ligne sur la chaîne Chid elle-même.

Engagements de l’État :

Les engagements de l'État dans les chaînes Plasma sont une forme de « racines Merkle » (dérivées de l'arbre Merkle) que les opérateurs doivent soumettre sur la chaîne Ethereum à intervalles réguliers. Cette approche maintient la synchronisation entre la chaîne Plasma et la chaîne parent, évitant ainsi le problème de transactions invalides. De plus, ce mécanisme permet aux chaînes de plasma de tirer parti de la sécurité d'Etereum.

Arbitrage des litiges :

À l’instar de toutes les autres blockchains, les chaînes Plasma ont également besoin d’un mécanisme garantissant l’intégrité des transactions en cas d’activités malveillantes telles que la double dépense de fonds. Pour y remédier, Plasma utilise des preuves de fraude pour régler les litiges concernant la validité des transactions et également pour sanctionner les comportements malveillants.

Entrées et sorties :

Les chaînes plasma utilisent un contrat-cadre déployé sur Ethereum. Ce contrat fonctionne comme un canal entre le réseau Plasma et le réseau principal, permettant un mouvement transparent des actifs entre eux. De plus, ce contrat-cadre prévoit également le suivi des engagements de l'État et la sanction des comportements malveillants par la preuve de la fraude.

Principales fonctionnalités des cumuls Blockchain

Disponibilité des données en chaîne :

Bien que les rollups exécutent les transactions hors chaîne, les données compressées sont disponibles sur la chaîne, permettant aux utilisateurs de vérifier l'authenticité de chaque transaction. C'est le cas des rollups optimistes, tandis que dans les rollups Zk, les transactions par lots sont soumises sur la couche 1 grâce à la fourniture de preuves cryptographiques. Ainsi, les rollups garantissent l'ouverture, l'accessibilité et la transparence des données, préservant l'intégrité de l'ensemble du réseau.

Preuves de validité :

Les zkrollups utilisent des preuves cryptographiques avancées qui garantissent la confirmation immédiate des transactions sans nécessiter le détail des calculs effectués sur la blockchain. Ces preuves de validité sont très variées et incluent notamment les zk-SNARK et les zk-STARK, qui offrent des propriétés uniques pour les rollups. Par exemple, elles permettent de réaliser des preuves de couche 1 pour la vérification, sans révéler les données elles-mêmes.

Le contrat intelligent comme mécanisme de confiance : 

Lorsqu'elles fonctionnent comme couche 2, les agrégats de blockchain utilisent des contrats intelligents déployés et gérés sur le réseau Ethereum pour garantir la confiance et la sécurité.

Résistance à la censure: 

Alors que les « supernodes » (également appelés opérateurs) dans les rollups peuvent censurer les transactions ou refuser d'ajouter certaines transactions dans des lots, les utilisateurs d'un réseau rollup ont le choix de soumettre leur transaction directement sur le contrat du réseau principal. Cela empêche la censure tout en mettant fin à la dépendance des utilisateurs à l'égard de l'opérateur pour le rollup -> Sortie des fonds Ethereum.

Chaînes plasma vs rollups : quels avantages offrent-elles pour maintenir la suprématie de Layer2 ?

Avantages des chaînes Plasma :

Évolutivité améliorée : 

En déchargeant les transactions de la chaîne principale vers une chaîne enfant, les chaînes Plasma améliorent considérablement l'évolutivité de la couche 1. De plus, utilisez de puissants algorithmes de consensus tout en minimisant les besoins de stockage de données, ce qui améliore encore la capacité de transmission des chaînes Plasma, leur permettant d'offrir une évolutivité plus élevée par rapport aux blockchains traditionnelles.

Frais réduits : 

Deuxièmement, cela réduit les frais pour les utilisateurs, en leur permettant d'effectuer des transactions sur les chaînes enfants, qui ont moins de concurrence et de congestion que la chaîne principale.

Personnalisabilité: 

Les chaînes plasma sont des chaînes autonomes qui peuvent être personnalisées en fonction des préférences des dApps. Par exemple, une chaîne Plasma peut offrir des fonctionnalités de préservation de la confidentialité pour la sécurité des transactions, elle peut inclure des contrats intelligents complexes ou prendre en charge les NFT. Notez que ces personnalisations sont principalement destinées aux cas d’utilisation de paiement. Au-delà de cela, les chaînes Plasma ne prennent actuellement pas en charge l'optimisation.

Sécurité : 

Bien qu'indépendantes, les chaînes Plasma assurent la sécurité et la finalité à partir de la chaîne racine (Ethereum) et assurent parallèlement une sécurité supplémentaire grâce à des preuves de fraude. En plus de cela, les utilisateurs d'une chaîne Plasma ont la possibilité de retirer leurs fonds à tout moment et de les transférer vers la chaîne racine s'ils soupçonnent un comportement malveillant ou si la chaîne elle-même devient indisponible.

Avantages des rollups :

Évolutivité massive :

En regroupant plusieurs transactions en un seul lot et en les traitant hors chaîne, les rollups améliorent la capacité du réseau à traiter les transactions dans un laps de temps donné. Selon les besoins, les projets de rollup peuvent personnaliser et ajuster la capacité de transactions par seconde (TPS) de leur réseau. De plus, ZKrollups pousse la scalabilité encore plus loin en intégrant des preuves pour vérifier l'authenticité des transactions, sans notion de « période de validation » susceptible d'entraîner des retards dans leur traitement.

Sécurité de haut niveau :
Rollups– que ce soit Optimiste or Zkrollups, ils héritent de la sécurité directement de la couche 1 sous-jacente (par exemple Ethereum), en tirant parti de sa décentralisation et de ses capacités inviolables. De plus, les cumuls Zk utilisent des preuves cryptographiques avancées pour garantir la validité et l'intégrité des transactions.

Transactions extrêmement faibles, voire sans gaz :

Les frais de transaction sont nettement inférieurs sur un réseau cumulatif, car les transactions sont traitées hors chaîne où la congestion du réseau est presque nulle. De plus, les rollups peuvent utiliser les ressources en chaîne pour réduire les frais de gaz ou ils peuvent même proposer des transactions sans gaz aux utilisateurs.

Compatibilité Ethereum :

Presque tous les rollups sont entièrement compatibles avec Ethereum. Autrement dit, les développeurs peuvent porter leurs dApps Ethereum existantes vers un écosystème de rollups sans aucune modification du code, du framework ou des outils de développement. Cette compatibilité garantit également l'interopérabilité entre les rollups et Ethereum, permettant aux utilisateurs de partager facilement des messages et des données arbitraires entre les couches 1 et 2.

Disponibilité des données hors chaîne avec Validium :

Les cumuls de blockchain peuvent être conçus comme des Validiums pour permettre le stockage de données hors chaîne via un fournisseur de données centralisé. Par exemple, Polygon CDK permet de lancer des chaînes Zkrollups en tant que Validiums où une couche DA centrale peut être utilisée et la disponibilité est assurée par le biais de comités de disponibilité des données (DAC). Le stockage des données sur une couche DA distincte est moins cher et moins complexe que Ethereum.

Le défi du Plasma : Qu’est-ce qui a causé sa chute ?

Comme évoqué précédemment, les chaînes Plasma offrent de nombreux avantages pour la mise à l'échelle de la couche 2 , mais elles font face à des défis majeurs qui ont conduit à leur déclin. Parmi les projets, OMG Network et Matic Network (désormais Polygon ) sont des réseaux Plasma populaires. OMG Network utilise toujours une version viable de Plasma pour la mise à l'échelle d'Ethereum. Cependant, la sidechain Plasma de Polygon devient zkEVM validium, une chaîne publique de couche 2 unique en son genre, basée sur les preuves à divulgation nulle de connaissance.

Alors, quels sont ces défis ?

• Le plus grand risque dans la chaîne Plasma est l’acte malveillant de l’opérateur. Que se passera-t-il si l'opérateur publie un bloc contenant des transactions invalides ou s'il peut y avoir une situation dans laquelle l'opérateur refuse de fournir des informations cruciales aux utilisateurs. Tout cela peut nuire à l’écosystème et à ses utilisateurs dans leur ensemble.
• Un autre défi crucial est la disponibilité des données. Les données sur les chaînes Plasma ne sont pas disponibles en chaîne. Au lieu de cela, il est stocké hors chaîne. Si un bloc Plasma ou sa preuve n'est pas disponible, les utilisateurs ne pourront pas contester les transactions ni retirer leurs fonds. Cela est possible lorsque l'opérateur se déconnecte, censure les transactions ou effectue toute activité malveillante.
• Les chaînes de plasma sont moins matures en termes de interopérabilité. Ils ont des difficultés à atteindre l’interopérabilité avec d’autres chaînes Plasma et solutions Layer2. Le manque d'interopérabilité limite la convivialité et les fonctionnalités du réseau, ce qui a un impact sur l'expérience utilisateur.
• Les chaînes de plasma peuvent également être confrontées à une forte congestion du réseau en cas de sorties massives. Par exemple, si le réseau a été attaqué ou même arrêté, les utilisateurs voudront retirer des fonds en masse, ce qui entraînera des congestions et des frais élevés.

Les chaînes de plasma reviennent-elles ? Quel est le récent point de vue de Vitalik Buterin sur le retour de Plasma : 

Il y a quelques mois, Vitalik Buterin, cofondateur d'Ethereum, a fait une déclaration surprenante sur le retour des chaînes Plasma. Il a déclaré que les rollups de blockchain resteront « la référence », mais que Plasma doit être revisité car il dispose d'un « espace de conception sous-estimé ».

Vitalik affirme que le plus grand défi des chaînes Plasma – les coûts de stockage des données côté client et les limitations fondamentales qui ne permettent pas d'utiliser Plasma au-delà des paiements – peut être résolu avec des preuves de validité, telles que ZK-SNARK. En outre, il souligne l'utilisation d'une large gamme d'outils pour la création de chaînes de type plasma pouvant exécuter leurs EVM.

Le principal avantage que les chaînes Plasma attendent des preuves de validité basées sur Zk est la vérification de chaque bloc Plasma. Cela élargit considérablement les possibilités de conception, car le seul problème rencontré par l'opérateur est l'indisponibilité de certains blocs, et non plus les blocs invalides. Vitalik souhaite également généraliser les chaînes Plasma aux NFT et les rendre pleinement compatibles avec Ethereum, afin que tout type d'application décentralisée Ethereum puisse migrer facilement et à moindre coût vers les chaînes Plasma.

De plus, les retraits seront instantanés dans les chaînes Plasma dont la validité a été prouvée. Généralement, cela est possible lorsque l’opérateur est 100% disponible et honnête. Mais avec l’inclusion des preuves de validité, cette condition n’est plus applicable. Par conséquent, un retrait retardé ne sera plus un problème pour les chaînes plasma.

Malgré toutes ces possibilités, la vision de Vitalik Buterin sur la revisite de la chaîne Plasma est actuellement une thèse qui suscite de nombreux désaccords et arguments au sein de la communauté web3. Peut-être qu'à l'avenir, les chaînes Plasma reviendront, mais pour l'instant, les rollups sont les solutions de mise à l'échelle ultimes préférées par la plupart des projets Web3.

Conclusion

Les chaînes Plasma et les rollups pour la couche 2 sont des solutions de mise à l'échelle visant à résoudre le problème de la scalabilité de la couche 1. Cependant, les chaînes Plasma sont actuellement peu répandues dans l'écosystème web3. Parallèlement, les rollups, considérés comme la solution ultime au problème de la scalabilité de la blockchain, sont activement mis en œuvre dans de nombreux projets web3. Les principales architectures de rollups, telles que Polygon CDK , OP Stack , Arbitrum Orbit et ZkStack, sont plébiscitées par des projets web3 innovants couvrant des domaines comme les jeux, les NFT, la DeFi, la tokenisation des paiements, et bien plus encore. On peut donc conclure que les rollups dominent actuellement le marché de la mise à l'échelle de la couche 2.

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