Arbitrum (ARB) : le protocole qui améliore grandement les capacités de la blockchain Ethereum (ETH)

Ethereum, une blockchain victime de son adoption

La croissance d’Ethereum (ETH) durant les années 2020 et 2021 est telle que la blockchain a aujourd'hui du mal à tenir la cadence de son adoption. Et pour cause, le coût moyen d’une transaction sur Ethereum a explosé avant d’atteindre la barre symbolique des 50 $ mi-2021. Avec plus de 3 000 applications décentralisées se battant pour les quelques centaines de milliers de transactions par jour, il est difficile d’imaginer qu’Ethereum puisse rester utilisable en l’état.

Cette récente flambée des frais a poussé les développeurs à trouver des solutions de scalabilité. La plus prometteuse, Ethereum 2.0, ne verra finalement pas le jour avant 2023 avec l’arrivée des « sharded chains », après avoir été retardée à maintes reprises. Cette proposition est la plus efficiente sur le papier, car elle propose de modifier la blockchain mère directement. Cependant, elle se fait attendre depuis 2019 et voit aujourd’hui l’arrivée de solutions tierces, également appelées « layer 2 ».

Ces layer 2 sont des technologies indépendantes construites comme une surcouche d’Ethereum. Il en existe plusieurs versions dont les « channels », canaux de paiements pair-à-pair ou les « sidechains », copies conformes d’Ethereum dont la scalabilitée a été améliorée. Bien que les channels soient très sécurisés, elles ne sont utiles que pour un seul type de transaction. D’un autre côté, les sidechains peuvent accueillir tout type d’applications, mais sont responsables de leur propre sécurité.

Figure 1 : Les différentes solutions de layer 2 sur Ethereum

Pour combiner sécurité et polyvalence, une nouvelle solution de scalabilité voit le jour en 2021 sur Ethereum : les « rollups ». Celles-ci combinent les avantages des channels et des sidechains tout en éliminant au mieux leurs désavantages. Ce sont des blockchains souveraines dont les transactions sont périodiquement enroulées en lots compressés et finalisés sur Ethereum. Il en existe deux types : les optimistic rollups et les ZK rollups.

Optimism lance la course aux optimistic rollups en déployant la première itération du concept courant 2021. L'équipe de développement d’Arbitrum décide alors de reprendre la technologie tout en améliorant sa scalabilitée et ses frais.

Une version évoluée de la technologie des rollups

Les optimistic rollups

Même si elles sont de simples blockchains indépendantes à preuve d’enjeu, les rollups se doivent tout de même de bénéficier de la sécurité d’Ethereum. Pour ce faire, un smart contract est déployé sur Ethereum. Celui-ci contient une « state root » de la layer 2 sous la forme d’une racine de Merkle. Cette séquence de chiffres et de lettres définit entièrement l’état de la rollup, agissant comme une sauvegarde.

Figure 2 : Smart contract contenant la racine de Merkle, sauvegarde du layer 2

Comme toute sauvegarde, elle doit être mise à jour régulièrement pour conserver sa pertinence. Une transaction est donc publiée sur Ethereum à intervalle régulier contenant la nouvelle state root de la rollup. Cette opération est réalisée par les « séquenceurs ».

Afin de conserver une trace de toutes les transactions effectuées entre chaque mise à jour, celles-ci sont enroulées en un lot et publiées sur la blockchain mère dans la même transaction. Seules les informations cruciales sont conservées dans le but de réduire au maximum la taille du lot.

Figure 3 : Transaction contenant le lot et de quoi mettre à jour la sauvegarde

Pour garantir la validité de toutes les transactions, les optimistic rollups utilisent le concept des « transactions vérifiables ». Le postulat initial est que toutes les transactions sont valides, comme une présomption d’innocence, d'où l'appellation « optimiste ». Une période de « challenge » est instaurée permettant à quiconque de contester cette conjecture en soumettant une « fraud proof ». Cette période dure 7 jours, à l’issue de laquelle la transaction devient immuable.

👉 Pour en savoir plus sur le fonctionnement des optimistic rollups, vous pouvez consulter notre article sur Optimism.

Arbitrum, un système de fraud proofs avancé

Arbitrum utilise un système de fraud proof plus complexe que celui développé dans la première itération des optimistic rollups. Chez Optimism, le mécanisme automatique retrouve la transaction posant problème, l’isole est la publie entièrement sur Ethereum. Si cette transaction est rejetée par les mineurs d’Ethereum, alors elle est considérée comme frauduleuse, et inversement.

Ce processus est automatique et permet donc au réseau d’être sécurisé même si un seul acteur est honnête. Le rejet d’une transaction implique une pénalité envers l’acteur malicieux.

La technologie d’Arbitrum impose aux fraud proofs une précision supplémentaire. En effet, celles-ci doivent désigner la portion exacte de la transaction qui pose problème. Seulement cette petite partie est ensuite exécutée sur Ethereum, rendant le processus plus rapide et moins coûteux. Ces fraud proofs sont dites « multi-round » de par l’ajout de cette étape de localisation.

On peut ainsi imaginer un smart contract avec 300 lignes de code ou seulement les dix dernières posent problème. Il en devient évident que la version d’Arbitrum, qui exécute 290 lignes en moins, est bien plus efficiente. Grâce à cette optimisation, Arbitrum peut atteindre une cadence maximale de 40 000 transactions par seconde.

Une machine virtuelle personnalisée

Contrairement à Optimism, qui a fait le choix d’utiliser l’Ethereum Virtual Machine (EVM), Arbitrum a construit sa propre machine virtuelle : l’« Arbitrum Virtual Machine » (AVM). Cela permet à Arbitrum d’avoir un contrôle complet sur la manière d'exécuter les transactions et les smart contracts.

Cependant, ce choix implique la nécessité de traduire le code source de toutes les applications voulant se déployer sur Arbitrum. Ce processus est automatique et tous les langages de programmation de l’EVM sont compatibles avec l’AVM (Solidity, Vyper, Flint, YUL etc.), ce qui en fait un moindre mal.

Le token ARB d'Arbitrum

Le token ARB a été dévoilé le 23 mars 2023 par la Fondation Arbitrum. Distribué via un airdrop aux membres de la communauté les plus actifs, le token ARB marque la transition d'Arbitrum vers une organisation autonome décentralisée (DAO). Ainsi, les détenteurs de tokens ARB peuvent voter pour ou contre des décisions clés régissant le protocole.

La gouvernance de la DAO Arbitrum sera auto-exécutoire, ce qui signifie que les votes pourront être utilisés pour modifier directement le code central d'Arbitrum. Les modifications du code seront soumises à un délai (pour permettre des audits et autres considérations de sécurité), mais un conseil de sécurité de 12 personnes sélectionnées par la DAO Arbitrum aura la charge de corriger les éventuels bugs.

Au total, 10 milliards de tokens ARB seront en circulation. La communauté Arbitrum contrôlera 55,53 % de ces tokens, dont 11,62 % ayant été distribués aux utilisateurs éligibles d'Arbitrum via un airdrop et 1,13 % aux DAO qui opèrent dans l'écosystème Arbitrum. Les autres 42,78 % d'ARB seront alloués à une trésorerie contrôle par la nouvelle DAO d'Arbitrum. De cette manière, ce sont les détenteurs d'ARB qui pourront décider via des votes de la façon d'allouer ces tokens.

Les 44,47% restants des tokens ARB seront destinés aux investisseurs (17,53%) et aux conseillers / employés d'Offchain Labs (26,94 %), l'entreprise qui a créé Arbitrum.

Un token complémentaire à l'ETH, mais qui ne le remplacera pas

Dans sa documentation dédiée au token ARB, Offchain Labs explique en quoi ce token vient compléter les rôles de la crypto ETH pour le fonctionnement d'Arbitrum.

En quoi l'ETH et l'ARB sont-ils différents ?

• L'ETH est un token transactionnel, tandis que l'ARB est un token de gouvernance ;
• L'ETH est utilisé pour payer les frais de transaction, alors que l'ARB ne l'est pas ;
• La gouvernance d'Arbitrum est rendue possible par l'ARB et les smart contracts de gouvernance, tandis que la gouvernance d'Ethereum est gérée de manière collaborative ;
• Détenir du ARB vous donne la possibilité de gouverner Arbitrum, alors que détenir de l'ETH n'a pas d'impact sur votre capacité à gouverner le protocole Ethereum.

La Fondation Arbitrum a donc fait le choix de préserver l'ETH pour payer les frais de transaction du réseau. À l'heure de l'écriture de ces lignes (mars 2023), le token ARB n'est donc qu'un token de gouvernance et n'a pas d'autres rôles.

L'écosystème d’Arbitrum

Les applications décentralisées

Arbitrum est une évolution de la technologie des optimistic rollups. De ce fait, elle est plus performante et moins coûteuse qu’Optimism, première itération de la technologie. Étant une layer 2 sur Ethereum, cette solution est préférée aux autres blockchains indépendantes compatibles EVM.

On peut donc y retrouver donc de grands noms d’Ethereum comme Curve Finance, Aave ou Uniswap, mais aussi des applications essentielles à la finance décentralisée (DeFi) sur Ethereum comme Balancer, protocole de fondation des exchanges décentralisés avancés.

Grâce à la faiblesse des coûts et la rapidité de la blockchain, de nombreux protocoles DeFi proposant du yield farming ou de la finance expérimentale décident de déployer leurs applications décentralisées sur Arbitrum. On peut ainsi y retrouver des protocoles de stablecoin algorithmique comme Abracadabra, développé par le célèbre développeur Daniele Sesta, ou Sperax USD, nouveau-né de la DeFi 2.0.

À l’instar de Beefy Finance, Vest Finance ou Badger DAO, les applications génératrices d'intérêts et de yield farming semblent avoir choisi Arbitrum en tant que layer 2 sur Ethereum.

La faiblesse des frais a également pour vertu d’attirer les forks de protocoles reconnus, alimentant la volonté d'améliorer les solutions de DeFi actuelles. On y retrouve, par exemple Hundred Finance, une copie multichaîne de Compound Finance. Cream Finance, fork de Aave et de Balancer, a entre autres choisi Arbitrum afin de continuer ses opérations suite aux multiples hack dont il a été victime.

Arbitrum est par ailleurs un vivier pour tous les types de DEX. En effet, au-delà des classiques Uniswap ou Balancer, on y retrouve des exchanges offrant des options comme Premia ou Dopex, des DEX multi-chaînes comme Synapse ou Stargate, des DEX offrant des contrats perpétuels comme GMX ou même des exchanges permettant l’achat et la vente d’actifs complexes (fonds, actifs à effet de levier…) comme Saddle Finance. Les agrégateurs de DEX comme 1inch et Dodo ont également fait leur arrivée sur Arbitrum.

Bien que l’adoption des tokens non fongibles (NFTs) sur les layer 2 soit très lente, Arbitrum semble être l’une des seules solutions à avoir réussi à attirer les artistes et la liquidité. Les protocoles et places de marchés ne sont pas nombreux, mais commencent à jouir d’un volume grandissant. TreasuryDAO et TofuNFT sont pour l’instant les deux seules places de marché conséquentes de l’écosystème d’Arbitrum.

Pour permettre aux utilisateurs de transférer leurs cryptomonnaies vers Arbitrum, de nombreux bridges sont disponibles. Le bridge officiel, « Arbitrum Bridge », permet de migrer ses Ethers (ETH) vers Arbitrum en toute sécurité. Cependant, à cause de la période de dispute, toute transaction qui implique la blockchain mère est couplée à une latence de 7 jours. Pour pallier ce problème, de nombreux bridges tiers comme Hop, Synapse, Multichain ou Celer Bridge supportent aujourd’hui Arbitrum, permettant les dépôts et retraits quasi instantanés.

L'image ci-dessous présente entre autres un aperçu des plus grosses applications déployées sur Arbitrum (en février 2022) :

Figure 4 : Aperçu de l'écosystème d'Arbitrum

👉 Pour en savoir plus, une page dédiée répertorie toutes les applications de l'écosystème d'Arbitrum.

L’adoption d'Arbitrum

Avec plus de 2,3 milliards de dollars en valeur totale verrouillée (TVL) selon les données de Defi Llama (en avril 2022), Arbitrum ne pointe qu’à la 2e place des solutions de scalabilité sur Ethereum. Optimism, la solution d’optimistic rollups originale, compte près de 10 fois moins de TVL qu’Arbitrum.

Seule Polygon, une solution de scalabilité bien différente et moins dépendante d’Ethereum, se place devant Arbitrum. Cela positionne Arbitrum en tant que solution de scalabilité par défaut pour les utilisateurs et développeurs cherchant la solution la plus proche d’Ethereum.

Cette forte adoption peut s’expliquer non seulement par la rapidité et la faiblesse des frais sur Arbitrum, mais également par le support ayant été apporté à Arbitrum par les gros exchanges centralisés. Binance, FTX, Crypto.com, KuCoin ou encore OKX ont tous choisi de supporter Arbitrum et non Optimism, avançant l'argument de la scalabilitée.

S'ensuit un effet boule de neige dans lequel les utilisateurs ne peuvent utiliser qu’Arbitrum, aspirant la liquidité d’autres blockchains, et, à terme, le nombre de protocoles et ainsi de suite.

Notre avis sur Arbitrum

Deuxième protocole arrivé dans la famille des optimistic rollups, Arbitrum a su améliorer la technologie initialement développée par l’équipe d’Optimism. Cette nouvelle version, plus rapide, moins chère et plus efficiente a tout de suite séduit les développeurs et utilisateurs d’Ethereum. Avec plus de 2,3 milliards de dollars de TVL à l’écriture de ces lignes, Arbitrum pointe à la première place des rollups et n’est devancée que par Polygon lorsqu'il s'agit des layer 2.

Il semblerait qu’Arbitrum attire les développeurs et utilisateurs de tous horizons au vu de l’offre allant de grands noms comme Aave ou Uniswap aux nouveaux protocoles de DeFi et de finance expérimentale comme Abracadabra ou GMX. Le très large support octroyé à Arbitrum par les exchanges centralisés comme Binance ou FTX contribue largement à cette adoption florissante.

Arbitrum possède également tous les atouts recherchés dans une solution de scalabilité. En plus de la vitesse et la faiblesse des frais, l’ETH est utilisé comme token natif, contrairement aux autres solutions de layer 2 comme Polygon. Ce choix a l’avantage de faciliter l’adoption en permettant aux utilisateurs de ne pas avoir à acheter une énième cryptomonnaie pour interagir avec les applications.

Bien qu’Arbitrum semble avoir gagné la course aux optimistic rollups, il existe d’autres formes de layer 2 concurrentes comme Polygon, qui les devance toujours en TVL. Les Zk rollups, longtemps décrites comme l’évolution logique des optimistics rollups, commencent à voir le jour et à attirer les utilisateurs. Celles-ci réussissent à prioriser la sécurité et la discrétion des transactions, sans pour autant perdre en scalabilité.

Sources graphiques : Figure 1 : Finematics ; Figures 2 et 3 : Vitalik Buterin ; Figure 4 : Coin98

Ingénieur de formation, je découvre la blockchain fin 2018. J’adore expliquer les concepts techniques et compliqués avec des mots simples.

Victor Morizon

20 articles

Tous ses articles