Qu'est-ce qu'un validium, ce type de layer 2 de la blockchain Ethereum ?

La blockchain Ethereum est une plateforme de choix pour le développement d'applications décentralisées (dApps). Cependant, sa popularité croissante a mis en lumière des défis significatifs liés à l'évolutivité, entraînant des transactions lentes et des frais de transaction élevés. Face à ces obstacles, des solutions de scalabilité (layer 2) apparaissent pour améliorer les performances d’Ethereum tout en maintenant une sécurité rigoureuse. Parmi ces solutions, le validium émerge comme une technologie prometteuse.

Qu'est-ce qu'un validium, ce type de layer 2 de la blockchain Ethereum ?

C’est quoi un validium ?

Un validium est une technologie de mise à l'échelle conçue pour améliorer l'efficacité des transactions sur la blockchain Ethereum sans compromettre la sécurité. Il utilise des preuves de validité, telles que les ZK-SNARKs (« Zero-Knowledge Succinct Non-interactive ARgument of Knowledge ») et les ZK-STARKs (« Zero-Knowledge Scalable Transparent Argument of Knowledge »), pour vérifier les transactions hors chaîne tout en minimisant la charge sur le réseau principal.

👉 zk-SNARK et zk-STARK – C'est quoi et quelles sont leurs différences ?

Contrairement aux autres solutions de mise à l'échelle telles que les rollups, qui publient les données de transaction sur la blockchain principale d'Ethereum, les validiums conservent ces données en dehors de la chaîne principale. Cette gestion des données réduit considérablement la quantité de données nécessitant d'être traitées et stockées sur Ethereum ce qui offre une voie vers une évolutivité massive sans surcharger la chaîne principale.

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Comment fonctionne un validium ?

Le mécanisme de fonctionnement d'un validium s'appuie sur l'envoi de transactions par les utilisateurs à un opérateur, lequel est responsable de leur exécution sur la chaîne principale. Cet opérateur, agissant comme un nœud spécifique, joue un rôle essentiel dans le traitement et la gestion des transactions.

Après réception, l'opérateur compile les transactions en un seul lot. Ce regroupement est ensuite traité par un circuit de preuves, un système conçu pour valider les transactions. Le circuit produit une preuve de validité, confirmant que chaque opération du lot respecte les normes de la blockchain et est exempte d'erreurs, assurant ainsi l'intégrité et la légitimité des transactions.

L'état de la chaîne validium est sécurisé à travers un arbre de Merkle, dont la racine est conservée via un smart contract sur la blockchain Ethereum. Cette racine de Merkle, ou racine d'état, chiffre l'ensemble des informations relatives aux comptes et aux balances présents sur le validium, offrant une preuve de l'état actuel de la chaîne.

Pour actualiser l'état du validium, l'opérateur calcule une nouvelle racine d'état suite à l'exécution des transactions et la soumet à la validation du smart contrat sur la blockchain Ethereum.

Ethereum Validium

Quelles sont les forces et les faiblesses des validiums ?

Les forces des validiums

Les validiums offrent plusieurs avantages clés qui les positionnent comme une solution de mise à l'échelle efficace et sécurisée pour la blockchain Ethereum.

Augmentation du nombre de transactions par seconde

Leur capacité à traiter un nombre significatif de transactions, environ 9 000 transactions par seconde ou plus, représente une avancée majeure. Grâce à la technologie utilisée par les validiums, les transactions sont vérifiées hors chaîne de manière compacte et efficiente.

Réduction des frais de transactions

Les validiums minimisent les frais de transaction en ne nécessitant pas le stockage des données sur la blockchain principale. Cette gestion des données hors chaîne réduit la charge sur le réseau Ethereum, entraînant des coûts d'utilisation nettement inférieurs pour les utilisateurs.

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Retraits rapides et sécurisés

Les validiums garantissent également des retraits rapides et sécurisés. Les utilisateurs peuvent effectuer des retraits quasi-instantanés grâce à la vérification des preuves de validité sur la chaîne principale, facilitant ainsi l'accès aux fonds sans délai significatif.

Forte intégrité des données et sécurité des transactions 

Enfin, les validiums maintiennent une forte intégrité des données et la sécurité des transactions grâce à la technologie des preuves à divulgation nulle de connaissance (zero-knowledge proofs).

Les faiblesses des validiums

Les validiums, malgré leurs avantages en termes de scalabilité, présentent certaines faiblesses qui peuvent freiner leur adoption. 

Besoin de matériel spécialisé et d'une puissance computationnelle élevée

Les validiums nécessitent l'utilisation de matériel spécialisé pour la création de preuves à divulgation nulle de connaissance, ce qui constitue une barrière à leur adoption généralisée et représente également un risque de centralisation.

De plus, la puissance computationnelle élevée requise pour générer ces preuves n'est pas économiquement viable pour des applications décentralisées peu utilisées.

Retrait des fonds pour les utilisateurs

Les utilisateurs peuvent se retrouver dans l'incapacité de retirer leurs fonds si les données hors chaîne nécessaires pour générer des preuves de Merkle attestant de la propriété ne sont pas constamment disponibles. Cette dépendance à la disponibilité des données hors chaîne soulève des inquiétudes quant à l'autonomie des utilisateurs au sein du système.

Repose sur des hypothèses de confiance

Contrairement aux ZK-rollups, qui se fondent entièrement sur des mécanismes de sécurité cryptographique assurant une protection robuste contre les actions malveillantes et les défaillances centralisées, les validiums s'appuient sur des hypothèses de confiance et des incitations crypto-économiques.

Cette distinction met en évidence l'importance d'évaluer les compromis entre sécurité, décentralisation et performance lors de la sélection de solutions de scalabilité pour les blockchains.

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Cas d'utilisation et exemples de validiums

Les validiums trouvent leur application dans divers cas d'usage, illustrant leur polyvalence et leur efficacité dans l'écosystème blockchain.

Celestia

Dans un tweet du 16 janvier 2024, Vitalik Buterin affirme que les solutions de layer 2 utilisant Celestia ne peuvent pas être qualifiées de véritables rollups, mais plutôt de validiums.

Cette déclaration intervient après qu'il a approuvé un commentaire de Daniel Wang, le fondateur de Taiko, une solution de rollup Ethereum. Wang avait précisé que si un rollup Ethereum utilise une autre blockchain pour la disponibilité des données, il devrait être considéré comme un validium Ethereum, et non un rollup traditionnel.

💡 Retrouvez notre présentation complète de Celestia

Polygon ZkEVM validium

Polygon prépare une mise à niveau majeure pour 2024 avec le passage de Polygon PoS (Proof of Stake) à zkEVM validium.

Cette transition illustre comment les validiums peuvent être intégrés dans des architectures PoS existantes, offrant une meilleure scalabilité et des frais de transaction réduits.

StarkEx

StarkEx de StarkWare est un autre exemple notable, utilisant la technologie validium pour traiter des transactions à haute vitesse pour des exchanges décentralisés, réduisant ainsi les coûts et améliorant l'efficacité.

StarkEx Validium

zkPorter

Enfin, zkPorter de Matter Labs est une innovation en matière de mise à l'échelle qui combine des éléments de ZK rollupset de validiums, offrant une solution hybride qui maximise la disponibilité des données et l'évolutivité.

L’avenir prometteur des validiums

Les validiums, malgré les avantages considérables qu'ils offrent en matière d'évolutivité et de performance, rencontrent des obstacles significatifs, tels que les préoccupations liées à la gestion des données off-chain et la complexité de leur mise en œuvre technique. Ces défis, notamment l'exigence d'équipements spécialisés pour créer des preuves  à divulgation nulle de connaissance, pourraient entraver leur adoption généralisée.

Cependant, en surmontant ces défis, les validiums pourraient bien devenir une composante essentielle de l'infrastructure de la blockchain Ethereum, ouvrant la voie à une nouvelle ère d'applications décentralisées plus performantes et plus efficaces.

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