Optimism : la première solution d'optimistic rollups pour améliorer la scalabilité d'Ethereum (ETH)

Optimism est une solution de scalabilité dédiée à la blockchain Ethereum (ETH). Première de sa catégorie à avoir vu le jour, elle a posé les bases des solutions d’optimistic rollups. Découvrons ensemble le fonctionnement d’Optimism afin de comprendre comment cette blockchain de layer 2 a réussi le pari de la scalabilité off-chain.

Optimism : la première solution d'optimistic rollups pour améliorer la scalabilité d'Ethereum (ETH)
  1. Les problèmes de scalabilité d’Ethereum
  2. La technologie des optimistic rollups
  3. Les spécificités d’Optimism
  4. L'écosystème autour d’Optimism
  5. Notes et avis sur Optimism

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 ».

frais ethereum historique

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 en réalité de simples blockchains à preuve d’enjeu où les validateurs bloquent des ETH en l’échange d’une part des frais de transactions. Cette blockchain est rapide et permet de réaliser des milliers de transactions à la seconde. 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.

optimistic rollup explication 1

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.

Optimistic rollup explication 2

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 mineurs 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 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. De ce fait, toutes les options n'ont pas été creusées. 

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 Optimism

Logo d'Optimism, par Cryptoast

Des fraud proofs classiques

Le traitement des fraud proofs chez Optimism est extrêmement simple, notamment comparé aux autres solutions d’optimistic rollups comme Arbitrum. En effet, lorsqu’une fraud proof est proposée, un smart contract d’Optimism se met en route. La transaction est alors isolée et publiée sur Ethereum entièrement.

Chez Arbitrum par exemple, la transaction est isolée et traitée en amont, de sorte que seule la partie problématique de la transaction soit publiée sur Ethereum. Envoyer la transaction complète sur Ethereum a l’avantage de proposer une sécurité accrue, au détriment de la rapidité et de la faiblesse des frais.

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. Inversement, on retrouve peu de protocoles DeFi conséquents proposant du yield farming ou de la finance expérimentale. Il semble que cette solution de scalabilité attire les développeurs vétérans d'Ethereum et non les nouveaux protocoles, à la recherche de la solution la moins chère et la plus rapide.

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) :

Optimism Écosystème

Figure 4 : Aperçu de l'écosystème d'Optimism

 

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

Adoption d'Optimism

Avec 360 millions de dollars en valeur totale verrouillée (TVL) selon Defi Llama, Optimism ne pointe qu’à la 4e place des solutions de scalabilité sur Ethereum. Polygon, Metis et même Arbitrum, basés sur la même technologie modifiée,devance Optimism non seulement en termes de TVL, mais aussi en nombre d’applications décentralisées compatibles.

Ce manque d’adoption s’explique notamment par le manque de support des exchanges centralisés. En effet, aucun exchange réputé (Binance, FTX, KuCoin, etc.) ne permet à ses utilisateurs de retirer de l’ETH sur Optimism. L’utilisateur voulant utiliser les applications disponibles sur Optimism est donc contraint à l'utilisation d’un bridge décentralisé, après avoir retiré ses ETH sur une autre blockchain. Cette combinaison de multiplication des frais et d’actions est un gros frein à l’adoption d’Optimism.

Notes et avis sur 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.

👉 Pour aller plus loin, consultez notre fiche complète sur Polygon (MATIC)

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

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