Qu'est-ce que Optimism (OP) ?

Les problèmes de scalabilité d’Ethereum

Avec l’adoption exponentielle des protocoles de finance décentralisée (DeFi) entre 2020 et 2021 et l’explosion fulgurante des tokens non fongibles (NFTs) entre 2021 et 2022, la blockchain Ethereum (ETH) a été mise sous d’énormes pressions. En effet, il est arrivé qu'une simple transaction puisse coûter plusieurs dizaines de dollars.

Pour pallier à cette flambée des frais et à la lenteur d’Ethereum, des solutions de scalabilité devaient être trouvées.Pour ce faire, il existe deux grandes méthodes : la scalabilité « on-chain » et « off-chain ».

Figure 1 : Historique des frais sur la blockchain Ethereum

La scalabilité on-chain consiste à modifier la blockchain en elle-même pour augmenter sa vitesse et réduire ses frais. C’est la solution la plus efficace, mais elle peine à se mettre en place étant donné la complexité de la tâche. En effet, Ethereum 2.0, la nouvelle version d’Ethereum, est planifiée depuis des années et devrait voir le jour en 2023 avec l’arrivée des « Sharded Chains ». Cette date a cependant été repoussée de nombreuses fois, d’où l’intérêt porté aux solutions off-chain pour le moment.

Les solutions off-chain, ou layer 2, sont des technologies construites autour d’Ethereum connectées de près ou de loin à la blockchain mère. Il en existe plusieurs types :

Les« sidechains »

Les sidechains sont des copies d’Ethereum qui ont été modifiées pour pouvoir traiter plus de transactions avec des frais moindres. Elles n’ont en commun avec Ethereum que l’environnement d’exécution. Elles sont donc responsables de leur propre sécurité, mais peuvent accueillir toutes les applications venant d’Ethereum.

Les « channels »

Les channels sont des smart contracts déployés sur Ethereum permettant la création de canaux de communication entre deux adresses. Une fois créés, ils permettent aux entités liées d'effectuer un nombre illimité de paiements, avec des frais quasi nuls. Cette technologie ne permet de traiter que les paiements pair à pair, mais bénéficie de la sécurité de la blockchain mère. Le célèbre Lightning Network de Bitcoin utilise cette technologie.

Les « rollups »

Les rollups portent très bien leur nom. Elles peuvent être grossièrement résumées à un enroulage de transactions en une seule et même opération. On pourrait les comparer à plusieurs fichiers dont on ne garderait que les informations nécessaires à leur intégrité, et que l’on compressait dans un fichier zip, plus léger et n’occupant qu’un seul emplacement. Elles ont l’avantage de bénéficier de la sécurité de la blockchain mère et de pouvoir accueillir toutes les applications d’Ethereum. Il en existe deux types : les optimistic rollups et les ZK rollups.

Optimism est la première solution d'optimistic rollups à avoir été développée. Elle a donc posé les bases de cette technologie.

La technologie des optimistic rollups

Les rollups

Les rollups sont des solutions de scalabilité qui permettent d'exécuter un grand nombre de transactions hors de la chaîne principale (Ethereum) tout en reportant un résumé compressé de ces transactions sur Ethereum. Ils permettent ainsi de réduire les frais de transaction et d'augmenter le débit sans compromettre la sécurité, car toutes les transactions sont finalement validées sur la blockchain mère. Cependant, pour pouvoir bénéficier de la sécurité d’Ethereum, un lien entre la solution de rollup et la blockchain mère est nécessaire.

Pour ce faire, un smart contract est déployé sur Ethereum, contenant une « state root » de la layer 2. Cette racine de Merkle, séquence de lettres et de chiffres, définit entièrement l’état de la blockchain. On y retrouve toutes les adresses du réseau ainsi que leur solde, toutes les transactions réalisées jusqu’à présent, ou encore tous les smart contracts qui y sont déployés. Autrement dit, c'est une sauvegarde complète de la layer 2.

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

En plus de ce smart contract, les transactions récentes de la rollup sont enroulées en un lot qui est publié à intervalle régulier sur la blockchain mère. Cette opération est réalisée par les « séquenceurs ». Seules les informations cruciales au maintien des comptes (envoyeur, receveur et montant) sont conservées afin de réduire au maximum la taille du lot.

Une transaction est ensuite envoyée par ces séquenceurs sur la blockchain mère. Celle-ci contient non seulement le lot de transactions compressées, mais aussi de quoi mettre à jour la state root. Pour publier la nouvelle sauvegarde, il est nécessaire d’avoir la state root précédente (correspondant à l’état de la solution de rollup avant l’exécution des transactions du lot) pour éviter d’écraser la mauvaise sauvegarde. La nouvelle state root (celle contenant les nouvelles transactions) est également incluse, permettant la mise à jour du smart contract.

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

Des transactions vérifiables

Il manque cependant un point crucial : Comment être sûr que le lot de transactions et la nouvelle state root soient valides ? En effet, jusqu’à présent, les transactions ont été exécutées sur une blockchain tierce et seule leur finalité est transférée sur Ethereum. Mais rien ne confirme la validité de toutes ces transactions. C’est sur ce point que les Optimistic rollups et ZK rollups divergent.

Les Optimistic rollups partent du principe que toutes les transactions sont valides, similaire à une présomption d’innocence. Elles sont optimistes, d’où leur nom. Contrairement aux blockchains comme Ethereum ou Bitcoin, les transactions ne sont pas systématiquement vérifiées, elles sont vérifiables. Les Optimistic rollups ne vérifient donc pas toutes les transactions, mais permettent à quiconque de le faire. Elles se basent sur le fait qu’il y aura toujours un acteur honnête étant donné le volume échangé sur ces blockchains.

Il existe une période de « challenge » durant laquelle n'importe qui peut s’opposer à la validité d’une transaction en soumettant des « fraud proofs ». Cette période dure 7 jours, à l’issue de laquelle la transaction devient immuable. Même si quiconque peut s’opposer à une opération, une caution doit être bloquée tout le long de la dispute. Si l’issue lui est favorable, il récupère une récompense en plus de sa caution. Inversement, si la transaction s'avère être valide, il peut perdre l’entièreté de l’argent bloqué. Ce processus de caution permet d’éviter l'inondation du réseau.

Ces fraud proofs ne sont ni plus ni moins qu’une requête de reproduction automatique de la transaction sur Ethereum. De ce fait, quand une fraud proof est envoyée, la transaction posant problème est retrouvée et isolée. Elle est ensuite publiée sur Ethereum dans un environnement séparé, pour éviter de modifier la blockchain mère. Si cette transaction est rejetée par les validateurs d’Ethereum, alors elle est considérée comme frauduleuse, et inversement. Ce processus est automatique et il suffit donc d’un seul acteur honnête pour que le réseau soit sécurisé.

Si la transaction est jugée frauduleuse, elle est retournée au même titre que toutes celles qui l'ont suivi. Cela explique la nécessité d’une période de challenge de 7 jours. Le validateur du layer 2 ayant accepté la transaction frauduleuse est alors « slashé », il perd une partie de l’ETH qu’il a mis en caution pour pouvoir valider le réseau.

Les spécificités d’Optimism

Plusieurs aspects des optimistic rollups sont modifiables : la machine virtuelle utilisée et les fraud proofs. L’équipe d’Optimism est la première à avoir développé les optimistic rollups. Par conséquent, certaines options restent encore à explorer, ce qui laisse place à des améliorations et des innovations futures.

Une machine virtuelle simple

Les solutions d’optimistic rollup sont des blockchains à part entière dont la sécurité est garantie par un smart contract sur la blockchain mère, dans ce cas Ethereum. Cette blockchain peut donc par définition choisir sa machine virtuelle. Optimism a opté pour l’Ethereum Virtual Machine (EVM) modifiée, ne supportant que Solidity pour des raisons de simplicité technique.

Ce choix est à la fois un avantage et un désavantage pour Optimism. En effet, l’EVM est simple d’utilisation et très peu de modifications doivent être apportées par les développeurs voulant déployer leur application sur Optimism. D’un autre côté, utiliser une version de l’EVM non modifiée signifie qu’Optimism est entièrement dépendante d’Ethereum sur ce point.

Logo d'Optimism, par Cryptoast

Des frais de transaction au rabais depuis l’EIP-4844

Comme les autres rollups, Optimism a grandement bénéficié de la mise à jour EIP-4844 d'Ethereum, implémentée le 13 mars 2024. Cette amélioration a permis de réduire drastiquement les frais de transaction des layer 2, qui sont aujourd'hui sous la barre des 0,01 dollar par transaction. Cette évolution renforce l'attractivité des rollups comme Optimism pour les utilisateurs à la recherche de solutions peu coûteuses.

Des fraud proofs qui se font attendre

Comme nous l’avons vu, le mécanisme de Fraud proofs est essentiel pour assurer la sécurité d’un optimistic rollup. Sans un tel mécanisme en place, il n’y a aucun moyen pour un acteur externe de contester l’état de la chaîne et de corriger d’éventuelles irrégularités, ce qui peut mener à des failles importantes. En résumé : sans fraud proofs, les utilisateurs doivent avoir une confiance aveugle eu l’équipe d’Optimism.

L’ambition d’Optimism a toujours été de mettre en place un système de fraud proofs sans permission, c’est-à-dire accessible à n’importe quel utilisateur ou entité, sans restriction préalable. À l’inverse, chez Arbitrum par exemple, seuls certains acteurs autorisés peuvent jouer le rôle de challenger.

Bien que l’objectif d’Optimism soit louable et vise à une plus grande décentralisation, alignée avec l’éthique permissionless d’Ethereum, la mise en place de ces fraud proofs a été retardée à de nombreuses reprises. Cela a suscité de légitimes critiques au sein de la communauté Ethereum, car bien que la TVL d'Optimism et d'autres chaînes développée sur OP Mainnet ait continué de croître, les utilisateurs ne pouvaient toujours pas compter sur cette garantie de sécurité essentielle.

Attendu depuis des années, le système de fraud proofs sans permission a enfin été implémenté le 10 juin 2024. Ce mécanisme permet désormais à n'importe quel utilisateur de contester des transactions et de retirer des tokens ETH ou ERC-20 d'Optimism vers Ethereum, sans l’intervention d’un tiers de confiance. Cependant, il convient de noter que le Security Council d'Optimism conserve le pouvoir de revenir à un système avec permission en cas de bug ou de faille majeure.

C’est malheureusement ce qui s'est passé 2 mois après le lancement du système permissionless. Suite à des audits menés par la communauté, plusieurs vulnérabilités ont été découvertes, forçant la Fondation Optimism à rétablir un mode de fonctionnement avec permission.

Cet épisode souligne à quel point le chemin vers une décentralisation totale et une sécurité optimale est long et complexe pour les Rollups, qui restent des technologies naissantes. Ils évoluent encore à travers un processus d’essais et d'erreurs, et l'équipe d’Optimism continue de travailler à l'amélioration du mécanisme de Fraud Proofs

L'écosystème autour d’Optimism

Les applications décentralisées

Comme précisé auparavant, les développeurs Optimism sont les premiers à avoir conçu une solution de scalabilité sur Ethereum utilisant les optimistic rollups. De ce fait, de nombreuses applications très proches de la communauté Ethereum ont décidé de déployer leurs applications décentralisées sur Optimism. On peut notamment y retrouver de grands noms d'Ethereum comme Curve Finance, Aave ou Uniswap.

Cependant, Optimism ne se limite pas à attirer des protocoles déjà bien établis. Afin d’encourager le développement de nouveaux projets et applications sur son layer 2, Optimism a mis en place un Ecosystem Fund représentant 25 % de la supply totale du token OP. Ce programme vise à stimuler activement l'écosystème en fournissant des financements aux projets et communautés qui souhaitent innover sur Optimism. Ces grants et incentives ont permis l’émergence d’applications natives à Optimism, telles que le DEX Velodrome, l’outil de leverage farming Extra Finance.

Pour permettre aux utilisateurs de transférer leurs cryptomonnaies vers Optimism, de nombreux bridges sont disponibles.  Le bridge officiel d'Optimism permet de migrer ses ETH d’Ethereum vers Optimism très simplement. Cependant, à cause de la période de challenge de 7 jours, retirer ses ETH d’Optimism prend une semaine au minimum. Pour pallier ce problème, de nombreux bridges tiers comme Hop, Across, Synapse, Stargate,  ou Bungee supportent aujourd’hui Optimism, permettant les dépôts et retraits instantanés.

Optimism est tout de même un vivier pour tout type de plateformes d’échanges décentralisés (DEX). En effet, au-delà du classique UniSwap, on y retrouve des exchanges à carnet de commandes comme Synthetix, des DEX multi-chaînes comme Synapse, des protocoles offrant des options comme Lyra ou même des DEX offrant des contrats perpétuels comme Pika ou Perpetual Protocol.

Pour permettre aux utilisateurs de transférer leurs cryptomonnaies vers Optimism, de nombreux bridges sont disponibles. Le bridge officiel, « Optimism Gateway», permet de migrer ses ETH d’Ethereum vers Optimism très simplement. Cependant, à cause de la période de challenge de 7 jours, retirer ses ETH d’Optimism prend une semaine au minimum. Pour pallier ce problème, de nombreux bridges tiers comme Hop, Synapse ou Multichain supportent aujourd’hui Optimism, permettant les dépôts et retraits instantanés.

L'image ci-dessous présente entre autres un aperçu des plus grosses applications utilisant Optimism (en octobre 2021) :

Figure 4 : Aperçu de l'écosystème d'Optimism

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

Du Layer 2 Optimism vers la Superchain

En février 2023, l’équipe d’Optimism a annoncé un changement d’orientation fondamental « Il est temps de construire un réseau unifié de blockchains, et non plus une seule. »

Plutôt que de se concentrer uniquement sur le développement d’une seule blockchain, le layer 2 Optimism, l'objectif a évolué vers la création d'une technologie permettant à plusieurs blockchains OP de collaborer. Cette technologie, c’est l’OP Stack et ce nouveau réseau de blockchains OP est appelé la Superchain.

Depuis lors, la blockchain historique, le layer 2 connu sous le nom d’Optimism, a été rebaptisé OP Mainnet, devenant ainsi l'une des nombreuses chaînes qui composent la Superchain.

👉 Tout savoir sur l'OP Stack et la Superchain d'Optimism

Notre avis sur l'écosystème Optimism

Première solution d’optimistic rollups à avoir vu le jour, Optimism souffre aujourd’hui de sa précocité. De nombreux autres projets se sont inspirés de sa technologie afin de créer une solution de scalabilité moins chère et plus rapide. Selon Defi Llama, Arbitrum compte plus de dix fois sa valeur totale verrouillée et plus de trois fois son nombre d’applications.

En plus de la concurrence directe au sein même des optimistics rollups, Optimism doit faire face à d’autres formes de layer 2 comme Polygon. 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.

Le manque de support de la part des exchanges centralisés réputés comme Binance contribue largement à la faible adoption que connaît Optimism. Il semblerait que seuls les membres vétérans de la communauté Ethereum s’intéressent à cette solution de scalabilité. On retrouve en effet peu de nouvelles applications de la finance décentralisée sur Optimism, signe que son écosystème n’est pas aussi florissant que d’autres blockchains.

Sources graphiques : Figure 1 : Ycharts ; 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

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