Ethereum : comprendre le hard fork Cancun-Deneb et l’EIP 4844 Proto-Danksharding

Ethereum continue son évolution. Après deux mises à jour majeures, qu’ont été The Merge puis Shanghai, le réseau Ethereum se prépare à son prochain hard fork. Intitulé Cancun-Deneb, celui-ci introduira 7 EIP, dont le tant attendu EIP-4844 Proto-Danksharding qui vise à améliorer la scalabilité des rollups.

The Merge est mort : vive The Surge

The Merge : le passage au Proof of Stake

En septembre dernier, le réseau Ethereum a traversé une mise à jour majeure avec le déploiement de The Merge. Cette mise à jour est venue finaliser la transition du Proof of Work au Proof of Stake.

Par la suite, le 12 avril, le déploiement de la mise à jour Shanghai a permis de compléter le déploiement du Proof of Stake. En effet, Shanghai a apporté la possibilité de retirer les ETH déposés en staking. Ces derniers étaient bloqués depuis le lancement de la beacon chain à la fin de l’année 2020.

Aussi importantes soient-elles, ces mises à jour n’ont en aucun cas marqué la fin du développement d’Ethereum. En effet, The Merge puis Shanghai ont uniquement permis de finaliser la première des 6 étapes dans le développement d’Ethereum selon la roadmap publiée par Vitalik Buterin en novembre 2022.

En pratique, ces mises à jour ont clôturé l’arc « The Merge » sur Ethereum, introduisant de fait la prochaine étape : The Surge.

The Surge : les rollups sous stéroïdes

Maintenant qu’Ethereum repose sur des bases solides, The Surge aura pour principal but d’améliorer la scalabilité du réseau. 

Dans la roadmap d’Ethereum, les développeurs ont décidé de miser sur les solutions de seconde couches et autres rollups pour assurer la scalabilité du réseau. Ces derniers sont ainsi partis du postulat que le layer 1 devait être réservé au settlement et que l’activité du réseau devait se produire sur les layer 2.

Par conséquent, c’est au niveau de ces solutions que The Surge aura le plus d’impact. Une fois de plus, The Surge représente un arc de développement pour Ethereum. De ce fait, cette étape sera composée de plusieurs mises à jour différentes.

La première mise à jour de The Surge est intitulée Cancun-Deneb. Celle-ci est riche en innovations et aura d’importantes répercussions sur l’écosystème d’Ethereum. 

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Cancun-Deneb : la première pierre de The Surge

Cancun-Deneb sera la première mise à jour de l’ère The Surge sur Ethereum. Celle-ci s’inscrit dans la philosophie de The Surge en se concentrant sur l’amélioration des performances des rollups.

Comme il sera désormais d’usage sur Ethereum, cette mise à jour est composée de deux axes : 

• Cancún : la mise à jour de la couche d’exécution d’Ethereum ; 
• Deneb : la mise à jour de la couche consensus d’Ethereum.

Le problème de la disponibilité des données pour les rollups

Avant d’entrer dans le vif du sujet, il est important de comprendre les problèmes et limitations rencontrés par les rollups.

Pour rappel, les rollups traitent et exécutent les transactions off-chain, sur un réseau parallèle à Ethereum. Par la suite, le résultat final de ces transactions est compressé et publié sur la chaîne Ethereum sous forme de preuves.

D’une part, la compression permet d’économiser des coûts, car des milliers de transactions ayant eu lieu sur le L2 sont publiées en une seule transaction sur Ethereum. D’autre part, la publication des données permet de sécuriser le rollup en rendant vérifiables les transactions.

Ainsi, il est important que ces données soient accessibles par tous afin d’être en mesure de vérifier les états des rollups publiés on-chain.

Actuellement, les rollups publient les données dans la partie calldata des transactions (nommée data sur le schéma ci-dessous).

Cependant, cela a deux désavantages majeurs : 

• Le coût : les données stockées en calldata sont très coûteuses en termes de gas ; 
• L’espace limité : le calldata a une capacité limitée, ce qui restreint inévitablement les capacités de scalling des rollups.

In fine, ce manque de performance impacte directement l’utilisateur final en réduisant le nombre de transactions par seconde réalisable sur les L2 et en entraînant des frais plus importants.

EIP-4844 Proto-Danksharding : la révolution pour les rollups

C’est là qu’entre en jeu l’évolution majeure de la mise à jour Cancun-Deneb : l’EIP-4844. Aussi appelé « Proto-Danksharding », cet Ethereum Improvement Proposal vise à résoudre partiellement le problème de disponibilité des données pour les rollups.

En réalité, Proto-Danksharding n’est qu’une première étape avant le déploiement de Danksharding, une solution plus évoluée, mais également plus complexe pour résoudre ce problème.

En pratique, l’EIP-4844 introduit un nouveau type de transactions, appelées blob-carrying transactions. Comme leur nom l’indique, ces transactions sont en mesure de transporter un blob. Un blob est un objet informatique de grande taille qui permet de stocker les données.

Toute seule, ce type de transaction semble avoir peu d’intérêt. Néanmoins, tout son intérêt se révèle dans le cadre des rollups.

Les rollups et le blob, un combo gagnant

Comme nous l’avons vu précédemment, l’une des limitations des rollups réside dans la publication des états dans la partie calldata des transactions. Ce stockage irréversible et limité s’avère trop coûteux.

Avec l’adoption de l’EIP-4844, les données des rollups seront stockées sous forme de blobs. Ces derniers disposent de deux avantages majeurs : 

• Ils ne sont pas accessibles à l’EVM : les données ne sont ainsi pas traitées par les nœuds du réseau et ne consomment ainsi pas de gas ; 
• Durée de stockage limitée : Ces données sont conservées sur la chaîne pendant une période définie, entre un et trois mois, évitant une augmentation indéfinie de la taille de la blockchain.

Par conséquent, l’utilisation des blobs par les rollups permettra d’assurer la disponibilité des données, tout en réduisant drastiquement le coût de publication des preuves sur Ethereum.

Cela aura plusieurs répercussions sur les rollups.

D’une part, la réduction des coûts de transactions, qui sont directement indexés sur le coût de la publication des preuves sur Ethereum. D’autre part, sur les performances du réseau, car le nombre de transactions par seconde pourra augmenter du fait de la plus grande capacité de stockage des blobs en comparaison aux calldatas.

La vérification des données

La disponibilité des données est une chose, mais leur intégrité est tout aussi importante. Ainsi, l’EIP 4844 intègre également une logique de vérification des données.

Pour ce faire, lorsqu’un rollup publie ses données dans un blob, celui-ci poste également un « engagement » vis-à-vis de ces données. Celui-ci garantit l’intégrité des données.

Pour vérifier la validité de cet engagement vis-à-vis des données, un schéma appelé KZG est utilisé. Ce schéma permet de transformer un blob de données en un engagement cryptographique. Ce dernier permet une méthode de vérification alternative, compatible avec les techniques de zero-knowledge utilisées par de nombreux rollups.

Néanmoins, la mise en œuvre de KZG nécessite une « cérémonie KZG ». Un événement où la communauté Ethereum collabore pour générer une chaîne secrète de nombres aléatoires. Cette chaîne est essentielle pour la vérification des données. La cérémonie pour l’EIP-4844 a vu la participation massive de la communauté.

Cancun-Deneb : 6 autres EIPS de prévus

Bien que l’EIP-4844 soit l’évolution centrale apportée par le hard fork Cancun-Deneb, 6 autres EIPs seront également déployés sur le mainnet.

Voici les 6 EIP : 

1. EIP-1153: Transient Storage Opcodes : Introduit le concept de stockage transitoire, permettant une utilisation temporaire du stockage pendant l’exécution d’une transaction. Cela élimine le besoin de stocker des données sur disque.
2. EIP-4788: Beacon Block Root in the EVM : Vise à minimiser la dépendance aux hypothèses de confiance faites par les pools de staking.
3. EIP-5656: MCOPY – Memory Copying Instruction : Propose l’introduction d’une nouvelle instruction, MCOPY, dans l’EVM pour copier efficacement les zones de mémoire.
4. EIP-6780: SELFDESTRUCT Only in Same Transaction : Cherche à éliminer l’utilisation de SELFDESTRUCT dans Ethereum.
5. EIP-7044: Lock Voluntary Exit Domain on Capella : Vise à améliorer l’expérience utilisateur du staking en garantissant que la sortie signée reste valide indéfiniment.
6. EIP-7045: Increase Maximum Attestation Inclusion Slots : Propose d’étendre la plage des créneaux d’attestation d’une à deux époques.

Leurs apports sont en partie liés au déploiement de Proto-Danksharding ou viennent poser les bases de prochaines évolutions du réseau. 

Date de déploiement et évolution pour les utilisateurs

Le développement de cette mise à jour est en cours depuis de nombreux mois. Celle-ci est passée par plusieurs réseaux de prétest, aussi appelés devnets. D’autres seront déployés avant une arrivée sur un testnet.

Du côté de la date de déploiement, Alex Stokes de la Fondation Ethereum a déclaré le 26 mai dernier, qu’une activation de Cancun pouvait être envisagée en octobre 2023.

À un mois de l’échéance, cette date semble un peu ambitieuse, notamment vis-à-vis du fait qu’aucun testnet public n’a pour le moment été lancé.

Du côté des utilisateurs, cette mise à jour devrait enfin changer la donne sur Ethereum. En effet, là où tour à tour The Merge et Shanghai n’ont eu quasiment aucun impact sur l’expérience utilisateur, Cancun-Deneb devrait permettre une réduction drastique des frais sur les rollups. De surcroît, ces derniers verront également leurs performances en termes de transactions par secondes s’améliorer.

Conclusion

Le hard fork Cancun-Deneb devrait avoir lieu entre le dernier trimestre de 2023 et le premier trimestre de 2024. Il introduira un total de 7 EIP, dont le tant attendu EIP-4844 Proto-Danksharding.

Cette mise à jour sera la première pierre à l’édifice de l’arc « The Surge » sur Ethereum, qui a pour principal objectif d’améliorer les performances des rollups. À titre indicatif, l’objectif chiffré de The Surge est d’atteindre les 100 000 transactions par seconde sur les rollups.

Reste maintenant à savoir si les délais et les promesses seront tenus.

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