Qu'est-ce que le Proto-Danksharding (EIP-4844) pour la blockchain Ethereum ?

C’est quoi le Proto-Danksharding (EIP-4844) ?

L'EIP-4844, connu sous le nom de Proto-Danksharding, est une proposition de mise à jour qui introduit un format de stockage innovant sur Ethereum : les blobs, ou Binary Large Objects.

Ces blobs, spécialement conçus pour améliorer l'efficacité des Optimistic Rollup et ZK Rollup (layer 2), se distinguent par leur nature éphémère. Après quelques semaines, ils sont automatiquement supprimés de la blockchain, allégeant considérablement la charge de stockage sur le réseau.

Grâce à cette mise à jour, la blockchain Ethereum va connaître une baisse notable des frais de transaction rendant toutes les opérations plus accessibles et abordables. En optimisant les coûts liés aux transactions, le Proto-Danksharding promet ainsi d'améliorer grandement l'expérience utilisateur sur Ethereum et ses rollups.

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La mise à jour Cancun-Deneb : une étape clé vers « The Surge »

« The Surge » est une étape importante dans la roadmap d'Ethereum. Derrière ce terme se cache une série de mises à jour destinées à augmenter de manière significative le nombre de transactions que le réseau Ethereum peut traiter chaque seconde, marquant ainsi un tournant décisif dans l'évolution de cette blockchain.

Roadmap de la mise à jour The Surge Ethereum

Le lancement de « The Surge » est symbolisé par l'arrivée de la mise à jour Cancun-Deneb, souvent appelée Dencun.

Ce nom rend hommage à 2 composantes essentielles. D'un côté, « Cancun » correspond à la mise à jour de la couche d'exécution d'Ethereum (EL). De l'autre, « Deneb » se concentre sur l'amélioration de la couche de consensus (CL).

La mise à jour Cancun-Deneb prévoit d'introduire plusieurs avancées majeures. Parmi elles, l'EIP-4844, connu aussi sous le nom de « Proto-Danksharding » se distingue comme une innovation notable.

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Comprendre le Proto-Danksharding (EIP-4844)

Le Proto-Danksharding tire son nom de 2 développeurs et chercheurs reconnus dans la communauté Ethereum : Protolambda et Dankrad Feist. Ce sont eux qui sont à l'origine de l'EIP-4844.

Cette mise à jour est la première étape vers l’introduction future du Danksharding sur Ethereum, qui est en quelques sorte l'évolution du Proto-Danksharding. Il s'agit de la version finale de « The Surge » qui devrait permettre à Ethereum de gérer efficacement des milliers de transactions par seconde.

Mise en contexte

Les rollups s'appuient sur la disponibilité des données (Data Availability) pour fonctionner efficacement tout en tirant parti de la sécurité et de la décentralisation du réseau Ethereum.

En pratique, cela signifie que chaque transaction effectuée sur un rollup doit être non seulement accessible à tous les participants du réseau, mais également vérifiable par chacun d'entre eux. Cette exigence permet de garantir que les informations provenant des rollups sont fiables.

Pour assurer la disponibilité des données, les rollups rassemblent plusieurs transactions entre elles, qu'ils intègrent ensuite dans la « calldata » ​​d'une transaction sur la blockchain principale d'Ethereum. C'est la partie en jaune sur l'image ci-dessous.

Composition d'une transaction d'un token ERC-20 sur Ethereum (calldata en jaune)

Ce processus est crucial, car la « calldata » est actuellement le seul endroit où l'on peut stocker des données compressées issues des rollups. Donc, en adoptant cette méthode, ils garantissent non seulement l'accessibilité des informations par l'ensemble des participants du réseau, mais aussi une utilisation optimale de l'espace sur la blockchain.

Cependant, cette approche présente un inconvénient majeur. En effet, les frais de transaction sur Ethereum varient en fonction de la quantité et de la complexité des données contenues dans un bloc. Les transactions volumineuses ou complexes sont donc plus coûteuses. Cela affecte particulièrement les rollups, où une transaction peut coûter plusieurs dollars, un tarif bien supérieur à celui observé sur d'autres blockchains.

L'EIP-4844 et l’introduction des blobs sur la blockchain Ethereum

Pour répondre à ces problématiques de coûts et de scalabilité sur Ethereum, l'EIP-4844 introduit le concept de blob (Binary Large Objects). Cette innovation crée un espace dédié pour stocker les données des transactions effectuées sur les rollups.

En utilisant ce nouveau système, les rollups peuvent désormais éviter le recours coûteux à la calldata des transactions Ethereum. Cela rend non seulement le processus moins onéreux, mais aussi plus efficace en termes d'utilisation de l'espace de stockage.

Voici quelques détails techniques pour mieux comprendre l'impact et le fonctionnement des blobs :

• Taille des blobs : chaque blob est composé de 4 096 éléments de champ, chacun mesurant 32 octets ;
• Durée de vie : les blobs ont une durée de vie limitée à environ 2 semaines. Après ce délai, ils sont supprimés ;
• Capacité maximale des blobs par bloc : la limite de blobs par bloc est prévue pour augmenter progressivement au travers de mises à jour sur le réseau. À terme, un bloc pourra inclure jusqu'à 16 blobs ;
• Utilisation maximale de disque par bloc : la capacité maximale de stockage pour les blobs dans un bloc est de 2 Mo (4096 éléments * 32 octets/élément * 16 blobs)

Ainsi, à terme, un bloc Ethereum pourra contenir jusqu'à 16 blobs, donc environ 2 Mo de données toutes les 12 secondes, soit 100 fois plus qu'aujourd'hui.

Les avantages des blobs

Le stockage temporaire

Du fait de leurs caractéristiques techniques, les blobs ne sont pas ne sont pas directement insérés à l'intérieur des blocs de la blockchain. Ils sont plutôt « attachés » à l'extérieur des blocs lors de leur inclusion dans une transaction.

Cette caractéristique est très importante, car elle leur permet de ne pas être stockés de manière permanente sur la blockchain Ethereum. Ils sont temporaires, ce qui convient parfaitement aux rollups qui n'ont pas besoin d'un stockage de données à long terme.

En effet, les rollups ont besoin de prouver que leurs transactions sont valides à un instant T. Une fois cette confirmation reçue et approuvée par Ethereum, il n'est plus nécessaire de garder tous les détails des transactions. La confirmation en elle-même suffit.

Ainsi, après avoir joué leur rôle dans la validation des transactions, les blobs peuvent être retirés de la blockchain quelques semaines plus tard. Ce processus évite l'accumulation de données obsolètes et contribue à l'efficacité et à la fluidité du réseau Ethereum.

Parcours de vie de la transaction d'un blob

Pour assurer la liaison entre les blobs et les blocs associés sur la blockchain Ethereum, le réseau utilise une empreinte KZG (Kate-Zaverucha-Goldberg). Cette empreinte agit comme une sorte de signature cryptographique, permettant de vérifier l'intégrité des données contenues dans les blobs sans nécessiter leur stockage complet ou permanent sur la blockchain. Cela est comparable à un code-barres qu’il est possible de scanner pour obtenir les informations des blobs.

Une fois que les données du blob ont été utilisées pour la vérification, elles ne sont plus nécessaires sur la blockchain et peuvent donc être supprimées de la couche de consensus. Cependant, l'empreinte KZG reste enregistrée sur la blockchain. Ainsi, bien que les blobs soient temporaires, l'empreinte KZG fournit une trace durable et vérifiable de leur contenu et de leur validité.

Pour les plus techniques d'entre vous, les preuves KZG sont présentées sous format de 48 octets ce qui ne correspond pas au standard de 32 octets de l'Ethereum Virtual Machine (EVM). Il est donc intéressant de noter que les engagements KZG sont d'abord transformés en un hash standard, puis enrichis d'une information supplémentaire (une « version ») pour atteindre 32 octets.

Cette utilisation de « hashs versionnés » garantit que l'EIP-4844 reste compatible avec l'EVM tout en préservant toutes les informations essentielles des engagements KZG.

Amélioration de la performance globale du réseau Ethereum

Un autre avantage des blobs est le fait qu'ils réduisent considérablement la charge sur l'EVM. En effet, puisqu'ils sont stockés en dehors des blocs, les blobs sont pris en charge par la couche de consensus d'Ethereum et non par la couche d'exécution (l'EVM ne prend en charge que l'engagement KZG énoncé précédemment). Cela permet d'optimiser le traitement des informations sans encombrer l'EVM avec des tâches supplémentaires.

Cette distinction claire entre le traitement des transactions standards et la gestion des blobs permet à l'EVM de se concentrer efficacement sur son rôle principal : valider les transactions et exécuter les smart contracts. En épargnant à l'EVM la lourde tâche de gérer ces grandes quantités de données issues des rollups, les blobs contribuent à améliorer les performances générales du réseau.

Fonctionnement de la blockchain Ethereum avec l'EIP-4844

Gestion des frais de gas

L'intégration des blobs sur Ethereum va optimiser la gestion des frais de gas, s'alignant sur les principes établis par l'EIP-1559. Cette mise à jour, déployée en août 2021, avait introduit un système de frais ajustable en temps réel et un système de burn d'Ether.

Avec l'arrivée des blobs, une nouvelle dimension s'ajoute à cette structure de frais. Les nœuds de la couche de consensus, qui stockent maintenant les données des blobs pour une période prédéterminée (environ 2 semaines), doivent être récompensés pour leur travail supplémentaire.

Pour cela, l'EIP-4844 introduit un nouveau nouveau modèle de tarification basé sur la consommation en gas des données.

Concrètement, cela signifie que si la taille d'un blob est inférieure à 125 kB, les frais de gas pour le blob suivant seront réduits.

Fonctionnement des frais sur Ethereum avec l'EIP-4844

Pour vous donner une idée, aujourd'hui, le taux de stockage des données issues des rollups est d'environ 50kB par bloc. Ainsi, avec ce système, les frais de stockage pourraient être presque nuls.

En plus des éléments issus du modèle de transaction de l'EIP-1559, on retrouve 2 nouvelles extensions pour gérer les frais liés aux blobs :

• max_fee_per_data_gas : ce paramètre définit un modèle économique pour le stockage des données des blobs. Il fixe une limite maximale de frais de gas par unité de données, offrant ainsi un contrôle plus précis sur les coûts liés au stockage et à la transmission des données ;

• blob_versioned_hashes : ces éléments représentent les hash des engagements KZG (mentionnés précédemment), facilitant l'accès aux données des blobs sans nécessiter leur stockage complet dans la transaction.

Contenu d'une transaction d'un blob

Ces paramètres créent un marché des frais distinct pour le gas des blobs. Ainsi, les activités sur la chaîne principale d'Ethereum n'affecteront pas les frais de gas des transactions contenant des blobs.

Par exemple, si une collection de tokens non fongibles (NFT) fait exploser les frais de gas sur le layer 1, le marché des frais pour les blobs restera inchangé. Dans ce scénario, le coût des transactions des rollups ne subira pas d'augmentation.

Ainsi, cette innovation du Proto-Danksharding est bénéfique à double titre : d'une part, elle diminue directement les coûts pour les utilisateurs des rollups (environ 95% des coûts sur un rollup sont liés à la publication sur Ethereum), et d'autre part, elle contribue à alléger la charge globale sur la blockchain principale.

Actuellement, les données des rollups, insérées dans la calldata, représentent environ 20 % de l'utilisation totale du gas sur la chaîne principale d'Ethereum. En déplaçant ces données vers les blob, le gas consommé par bloc sur la chaîne principale sera réduit, entraînant une diminution du coût de toutes les transactions sur le layer 1.

Conclusion sur le Proto-Danksharding et perspectives d'avenir

Le Proto-Danksharding est une avancée majeure pour la blockchain Ethereum dans son ensemble. Avec l'introduction des blobs, cette mise à jour propose une solution efficace pour diminuer les coûts des transactions (jusqu'à 10x) et optimiser l'espace de stockage sur la blockchain.

Évolution des frais sur Ethereum et les layer 2 après l'EIP-4844

Plus qu'une simple amélioration des performances, l'EIP-4844 prépare aussi le terrain pour le Danksharding, la version finale de la mise à jour The Surge. Cette évolution permettra une participation plus efficace et moins coûteuse des nœuds légers à la sécurité du réseau.

En s'appuyant sur des technologies telles que l'échantillonnage de la disponibilité des données (Data Availability Sampling) et le codage par effacement (Erasure Coding), le danksharding permettra à la blockchain Ethereum d'être plus rapide, moins coûteuse à l’utilisation et plus accessible pour les utilisateurs et les développeurs.

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Je me suis immergé dans le monde de la blockchain en 2016, suite à une discussion captivante avec un ami sur Bitcoin. Mon parcours depuis est guidé par une quête constante d'innovations techniques et le développement de solutions révolutionnaires qui redéfinissent notre interaction avec la technologie.

Ambroise Lalloz

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