Ethereum : Vitalik Buterin dévoile les évolutions à venir pour The Surge

Le réseau Ethereum est en constante évolution. Ainsi, la roadmap qui avait été présentée en 2023 comporte encore de nombreuses étapes. Alors que Vitalik Buterin a récemment parlé des évolutions à venir pour finaliser l’étape “The Merge”, il s’est également penché sur les évolutions relatives à l’étape suivante : The Surge.

Le 17 octobre 2024, dans un article publié sur son blog personnel, il dévoile sa vision du futur pour la phase nommée « The Surge ». Mais qu’est-ce que cela signifie concrètement pour l’avenir d’Ethereum ?

Le trilemme de la scalabilité : décentralisation, sécurité et scalabilité

Pour commencer son étude de The Surge, Buterin revient aux bases en abordant le fameux « trilemme de la scalabilité ».

Ce trilemme oppose trois propriétés d’une blockchain : la décentralisation, la scalabilité et la sécurité. Le défi est d’accroître la capacité d’Ethereum à traiter des transactions tout en maintenant un réseau décentralisé et sécurisé. L’idée centrale est qu’il est difficile, voire impossible, d’optimiser ces trois aspects simultanément.

Si une blockchain est très scalable (nombre élevé de transactions), elle sacrifie potentiellement sa décentralisation. En effet, maintenir un nœud nécessiterait plus de ressources. À l’inverse, un réseau décentralisé peut être limité en capacité de traitement des transactions.

Cependant, Buterin soutient que des innovations telles que le Data Availability Sampling et les SNARKs pourraient permettre de contourner ce trilemme. 

D’un côté, le Data Availability Sampling permet de vérifier la disponibilité des données, tout en n’en téléchargeant qu’une fraction. Cela allège inévitablement la charge qui repose sur les nœuds. 

De leur côté, les SNARKs, garantissent que les calculs sont exécutés correctement de manière trustless, sans nécessiter une vérification massive. 

« Toutefois, la combinaison du Data Availability Sampling et des SNARK résout le trilemme : elle permet à un client de vérifier qu’une certaine quantité de données est disponible et qu’un certain nombre d’étapes de calcul ont été exécutées correctement, tout en ne téléchargeant qu’une petite partie de ces données et en exécutant une quantité de calcul beaucoup plus faible. »

Enfin, Buterin mentionne également les architectures Plasma, qui peuvent décentraliser davantage la vérification des données en la confiant aux utilisateurs de façon incitative. Mais nous y reviendrons plus tard. 

Data Availability Sampling

Comme nous venons de l’aborder, le Data Availability Sampling (DAS) sera central dans la phase The Surge.

Ce mécanisme vise à résoudre un problème central : celui de garantir que les données d’une transaction sont accessibles sans que chaque nœud doive les stocker intégralement. 

En mars dernier, la mise à jour Dencun a marqué une première étape vers cet objectif. En  effet, Ethereum a augmenté la disponibilité des données à environ 375 kB par slot grâce à l’introduction des blobs. Cela permet un débit d’environ 173 transactions par seconde (TPS) pour les rollups. Une belle évolution en comparaison avec la quinzaine de transactions qu’Ethereum peut traiter chaque seconde.

Toutefois, cela est loin d’être suffisant pour Vitalik Buterin. Selon lui, le but à moyen terme est d’atteindre 16 MB par slot, ce qui, couplé à des techniques de compression des données, pourrait faire grimper la capacité de rollups à environ 58 000 TPS. 

C’est ici que des technologies comme PeerDAS entrent en jeu. PeerDAS est une méthode de vérification partielle des blobs de données. Chaque client ne reçoit qu’un échantillon des données globales, qu’il partage ensuite à travers des sous-réseaux, assurant que seules les parties nécessaires à la vérification soient téléchargées, tout en maintenant l’intégrité de la chaîne.

Cela permet de garantir que même avec un volume de transactions élevé, la chaîne reste sécurisée et scalable sans imposer une charge supplémentaire aux solo-stakers.

Hé oui, car on le rappelle, ils sont la clé de la décentralisation. Il est primordial de ne pas augmenter les pré-requis nécessaires pour opérer un nœud car cela forcerait les utilisateurs à se tourner vers des pools de staking. Cela réduirait drastiquement la décentralisation du réseau et sa résilience.

Une solution décriée

Toutefois, impossible d’aborder le sujet PeerDAS sans partager l’avis du développeur Péter Szilágyi. Il a récemment exprimé des craintes concernant la centralisation que pourrait engendrer PeerDAS.

« PeerDAS divise ce temps entre les sous-réseaux, mais cela représente toujours 32 Mo que vous devez faire circuler en 4 secondes. Les chiffres – je pense – vont tuer tous les home stakers. »

Compression des données

Une autre évolution cruciale concerne la compression des données. En effet, avec l’augmentation des utilisateurs et des transactions sur Ethereum et ses rollups, la question du stockage devient inévitable.

C’est notamment central dans le cadre des layers-2. Pour rappel, ces derniers publient les données relatives aux transactions sur le L1. De ce fait, ils sont limités par l’espace de stockage qu’ils peuvent occuper on-chain. Par exemple, une simple transaction ERC20 consomme environ 180 octets, ce qui restreint la scalabilité. 

Buterin propose plusieurs techniques de compression des données pour résoudre ce problème.

Les approches envisagées

La première approche consiste à utiliser l’agrégation de signatures via les signatures BLS. Ces dernières permettent de combiner plusieurs signatures en une seule, réduisant ainsi l’espace utilisé. Cette méthode est particulièrement efficace dans les environnements où les données sont rares, comme les rollups. Cependant, elle n’est pas encore envisagée pour le L1 à cause de son coût élevé en calcul.

Une autre approche consiste à remplacer les adresses par des pointeurs vers des adresses déjà utilisées. Cela permettrait de compresser les 20 octets d’une adresse en seulement 4 octets. 

Évidemment, ces changements ne sont pas sans défis.

D’une part, le passage aux signatures BLS implique de nombreuses complexités techniques.

D’autre part, des ajustements techniques seraient aussi nécessaires pour gérer les pointeurs et la compression dynamique.

Cela n’en reste pas moins une évolution nécessaire pour Ethereum et son écosystème de rollups, qui, on le rappelle, sont la solution aux problèmes de scalabilité à court et moyen terme.

Generalized Plasma : Une extension pour de nouveaux cas d’usage

Même avec des évolutions telles que l’augmentation de la taille des blobs à 16 MB et la compression des données, atteindre la scalabilité maximale sur Ethereum reste un défi.

C’est notamment le cas pour des domaines qui enregistrent d’importants volumes, comme les paiements.

Dans son article, Vitalik Buterin décrit Plasma comme une solution qui pourrait répondre à ce besoin en déplaçant la majeure partie des transactions hors chaîne. 

« Plasma est une solution de mise à l’échelle qui implique qu’un opérateur publie des blocs hors chaîne et place les racines Merkle de ces blocs sur la chaîne (par opposition aux rollups, où le bloc complet est placé sur la chaîne). »

Contrairement aux rollups, Plasma ne publie que les racines Merkle des blocs sur la chaîne principale. Pour rappel, les rollups pour des soucis de vérifiabilité doivent publier les données relatives aux transactions ayant eu lieu sur le L2.

Par le passé, les premières versions de Plasma étaient limitées aux paiements. Toutefois, avec l’essor des preuves zero-knowledge, l’utilisation de SNARKs pour valider les racines de blocs ouvre de nouvelles possibilités pour étendre Plasma à d’autres usages. 

En combinant Plasma avec les rollups dans des solutions hybrides, ces solutions pourraient théoriquement traiter jusqu’à 266 667 transactions par seconde. Le tout, en conservant une certaine confidentialité.

Maturation des systèmes de preuves L2 : La sécurité au cœur de l’évolution

En septembre dernier, Vitalik Buterin a posé un ultimatum à l’écosystème des layers-2. En effet, il a déclaré qu’en 2025, il ne ferait aucune pub aux L2 qui n’ont pas atteint le Stage 1. Le concept de Stage pour un rollup avait été introduit par la plateforme L2Beat.

Ainsi, c’est sans grande surprise que la maturation des systèmes de preuves utilisés par les L2 soit mise sur le tapis dans cet article.

Actuellement, la plupart des rollups ne sont pas encore totalement « trustless ». Soit ils ne disposent tout simplement pas de système de preuve, soit ils disposent encore de conseils de sécurité aux pouvoirs trop importants.

Buterin souhaite que ces rollups évoluent vers un modèle plus sécurisé et atteignent le Stage 2. Il s’agit de la dernière étape de décentralisation qui dispose d’une gouvernance entièrement répartie, et d’une sécurité assurée par des preuves cryptographiques (fault proof).

Pour atteindre cet objectif, deux solutions sont envisagées. D’une part, la vérification formelle qui permet de prouver que le système respecte strictement les spécifications d’Ethereum et de son EVM.

D’autre part, les multi-provers, où plusieurs systèmes de preuve se vérifient mutuellement.

Cette dernière technique utilise des conseils de sécurité uniquement en cas de désaccord entre les systèmes de preuve, renforçant une fois de plus la sécurité et réduisant la confiance requise envers un acteur centralisé.

Améliorations de l’interopérabilité entre Layer 2 : Un réseau unifié

Au cours des derniers mois, le nombre de rollups et autres L2 a explosé. Par conséquent, cela peut s’avérer peu pratique de naviguer entre ces différentes solutions et nécessite souvent de faire appel à des solutions centralisées tels que des bridges. 

Buterin souhaite voir une unification de cet écosystème pour que l’interaction entre les L2 et L1 (Layer 1) se fasse aussi simplement que des transactions au sein d’une seule chaîne.

Les améliorations envisagées incluent l’introduction d’adresses spécifiques à la chaîne et des paiements inter-chaînes, simplifiant les transferts entre L2. 

Des standards comme l’ERC-7683 qui permet des échanges inter-chaînes rendraient cela possible.

Vitalik propose également d’autres idées, comme le fait de créer un bridge partagé pour permettre des transferts entre L2 sans frais de gaz L1.

Scalabilité de l’exécution sur L1 : Préserver la performance sur la chaîne principale

Bien que la roadmap actuelle mette l’accent sur les rollups pour assurer la scalabilité d’Ethereum, le L1 nécessite lui aussi des évolutions.

Cela permet non seulement de sécuriser l’écosystème, mais aussi de soutenir les L2 en cas de défaillance.

Pour améliorer la scalabilité de L1, Vitalik Buterin propose plusieurs stratégies :

1. Augmentation du gas limit : Bien que simple, cela présente des risques de centralisation qui mène fréquemment à des débats dans l’écosystème ;
2. Optimisation des coûts d’opérations : Réduire les coûts des opérations sous-utilisées, comme l’agrégation des signatures ou le multidimensional gas pricing, afin d’augmenter la capacité moyenne sans compromettre la sécurité.
3. Native rollups : Intégrer directement des rollups à l’infrastructure de L1.

La mise en œuvre de ces améliorations garantira que L1 puisse supporter un nombre croissant d’utilisateurs et de transactions, même à mesure que les L2 prennent de l’ampleur.

La vision de Vitalik Buterin pour la phase « The Surge » promet de rendre Ethereum plus rapide, plus efficace et plus accessible, sans pour autant sacrifier la décentralisation ou la sécurité. Toutefois, ces évolutions n’arriveront que dans les années à venir, mois pour les plus rapides.