Ethereum peut traiter environ 15 transactions par seconde. C'est moins qu'une seule file d'attente de caisse chez Starbucks. Les rollups sont la technologie qui permet à Ethereum de gérer des milliers de transactions par seconde sans sacrifier la sécurité qui le rend précieux en premier lieu. Ils fonctionnent en exécutant les transactions hors chaîne et en publiant des preuves compressées sur Ethereum, transformant la couche de base en tribunal de règlement plutôt qu'en processeur de transactions.
Résumé
Le récit standard dit que les rollups rendent Ethereum plus rapide. C'est techniquement vrai mais trompeur. Ethereum lui-même ne devient pas plus rapide. Il produit toujours un bloc toutes les 12 secondes. Il traite toujours environ 15 transactions par seconde sur la couche de base. Rien dans le consensus ou l'exécution d'Ethereum ne change lorsqu'un rollup est déployé.
Ce qui change, c'est l'endroit où le travail se fait. Les rollups déplacent l'exécution des transactions hors du réseau principal d'Ethereum vers une chaîne séparée qui peut traiter les transactions beaucoup plus rapidement car elle n'a pas besoin de milliers de validateurs pour convenir de chaque changement d'état. Le rollup compresse ensuite les résultats et les publie sur Ethereum, où ils sont vérifiés et rendus permanents.
L'analogie utilisée par la plupart des explications est un système judiciaire : le rollup gère les transactions quotidiennes (les affaires), et Ethereum sert de cour d'appel finale (le juge). Cette analogie est utile mais incomplète. Le cadre plus précis est que les rollups convertissent Ethereum d'un processeur de transactions en une couche de disponibilité des données et de vérification. La chaîne de base cesse de faire le travail et commence à vérifier le travail.
Comprendre pourquoi cela importe nécessite de comprendre pourquoi Ethereum est lent en premier lieu, et pourquoi les solutions évidentes ne fonctionnent pas.
Pourquoi Ethereum ne peut pas simplement augmenter son débit
Ethereum traite environ 15 transactions par seconde. La solution intuitive est d'augmenter la taille des blocs ou de réduire le temps de bloc, permettant plus de transactions par bloc ou plus de blocs par unité de temps. Chaque projet de blockchain de première génération qui a essayé cette approche a découvert le même problème : des blocs plus grands nécessitent du matériel plus puissant pour valider, ce qui exclut les petits opérateurs de nœuds, ce qui concentre la validation parmi moins d'entités, ce qui sape la décentralisation.
C'est le trilemme de la blockchain. Vous pouvez optimiser deux des trois propriétés (sécurité, décentralisation, débit) mais améliorer la troisième nécessite de sacrifier l'une des autres. Augmenter la taille des blocs d'Ethereum améliorerait le débit au détriment de la décentralisation. Réduire le nombre de validateurs améliorerait le débit au détriment de la sécurité.
Les rollups contournent le trilemme en séparant l'exécution de la vérification. La chaîne de rollup gère l'exécution avec un petit nombre d'opérateurs, atteignant un débit élevé. Ethereum gère la vérification et la disponibilité des données avec son ensemble complet de validateurs, maintenant la sécurité et la décentralisation. Aucune chaîne ne fait de compromis, car chacune est optimisée pour une fonction différente.
Ce n'est pas un argument théorique. Solana, qui a choisi d'optimiser le débit au détriment de l'accessibilité, exige que les validateurs exécutent du matériel coûtant des milliers de dollars et traite des blocs de centaines de mégaoctets. Les validateurs d'Ethereum peuvent fonctionner sur un ordinateur portable grand public. L'architecture de rollup permet à Ethereum d'atteindre le débit de Solana sans les exigences matérielles de Solana en déplaçant l'exécution vers une couche séparée.
Comment fonctionnent les rollups optimistes
Les rollups optimistes sont nommés ainsi en raison de leur hypothèse de base : les transactions sont supposées valides sauf preuve du contraire.
Le processus commence par un séquenceur, un nœud opéré par l'équipe du rollup qui collecte les transactions des utilisateurs, les ordonne et les exécute par lots. Le séquenceur produit un nouvel état de rollup après chaque lot, tout comme Ethereum produit un nouvel état après chaque bloc.
Au lieu d'exiger que chaque validateur réexécute chaque transaction, le rollup optimiste publie les données du lot sur Ethereum et publie une racine d'état (un hachage cryptographique de l'état du rollup après exécution du lot). Cette racine d'état est acceptée comme correcte à moins que quelqu'un ne la conteste.
Le mécanisme de contestation est le système de preuve de fraude. Pendant une fenêtre de contestation, généralement sept jours, n'importe qui peut examiner les données du lot publiées sur Ethereum, réexécuter les transactions localement et comparer son résultat à la racine d'état publiée. Si les résultats diffèrent, le contestataire soumet une preuve de fraude à un contrat intelligent sur Ethereum, qui réexécute la transaction contestée sur la chaîne et détermine qui a raison.
Si la preuve de fraude montre que le séquenceur a publié une racine d'état incorrecte, la caution du séquenceur est réduite, la racine d'état incorrecte est annulée et le contestataire reçoit une récompense. Si personne ne conteste la racine d'état dans la fenêtre de contestation, elle est finalisée sur Ethereum et devient l'état canonique du rollup.
Cette conception est élégante car elle déplace le travail coûteux (ré-exécution et vérification) hors du chemin critique. Dans le cas normal, où le séquenceur est honnête, aucune ré-exécution sur la chaîne n'a lieu. Le coût d'exploitation du rollup se réduit à publier des données de lot compressées sur Ethereum, ce qui est nettement moins cher que d'exécuter chaque transaction sur la couche de base.
Arbitrum et Optimism sont les deux plus grands rollups optimistes. Arbitrum utilise un protocole interactif de résolution des litiges qui réduit le calcul contesté à une seule instruction avant de le ré-exécuter sur la chaîne, minimisant ainsi le coût en gaz sur la chaîne des preuves de fraude. Optimism utilise un système de preuve de fraude non interactif où la transaction contestée entière est ré-exécutée en une seule étape sur la chaîne.
Base, construit par Coinbase en utilisant la pile OP (le framework open source d'Optimism), est devenu le rollup à la croissance la plus rapide en volume de transactions, porté par les applications grand public et l'intégration avec la base d'utilisateurs de Coinbase.
Comment fonctionnent les rollups ZK
Les rollups ZK adoptent l'approche inverse : ils prouvent la correction à l'avance plutôt que de la supposer.
Après que le séquenceur a exécuté un lot de transactions, un prouveur génère une preuve cryptographique de validité (généralement un zk-SNARK ou zk-STARK) qui démontre mathématiquement que le lot a été exécuté correctement. Cette preuve, ainsi que les données du lot, sont publiées sur un contrat vérificateur sur Ethereum. Le vérificateur vérifie la preuve, ce qui est peu coûteux en calcul et prend un temps constant quel que soit le nombre de transactions dans le lot.
L'avantage est la finalité. Il n'y a pas de fenêtre de contestation de sept jours. Dès que la preuve est vérifiée sur Ethereum, le lot est finalisé. Les utilisateurs peuvent retirer des actifs d'un rollup ZK vers Ethereum en quelques minutes plutôt que d'attendre une semaine.
L'inconvénient est le coût. Générer une preuve de validité pour un lot complexe de transactions nécessite des ressources de calcul importantes. La génération de preuves ZK est un processus mathématiquement intensif qui peut prendre plusieurs minutes pour de grands lots et nécessite du matériel spécialisé. Ce coût est amorti sur toutes les transactions du lot, mais il ajoute des frais généraux par lot que les rollups optimistes évitent.
Les rollups ZK sont également plus difficiles à construire. Les rollups optimistes peuvent prendre en charge la même machine virtuelle qu'Ethereum (l'EVM) avec des modifications relativement mineures, ce qui signifie que les contrats intelligents Solidity existants fonctionnent avec peu ou pas de changements. Les rollups ZK ont historiquement exigé que les développeurs écrivent des contrats dans des langages spécialisés comme Cairo (utilisé par StarkNet) car le jeu d'instructions de l'EVM n'était pas conçu pour une génération efficace de preuves à connaissance nulle.
Cet écart se réduit. zkSync Era et Polygon zkEVM ont implémenté des rollups ZK compatibles EVM qui peuvent exécuter des contrats Solidity standard, bien qu'avec des degrés de compatibilité variables. Scroll, un autre rollup ZK, vise une équivalence EVM complète, ce qui signifie que les contrats déployés sur Ethereum peuvent être déployés sur Scroll sans aucune modification.
Blobs et la mise à niveau Dencun : le changement économique
Avant mars 2024, les rollups publiaient leurs données de lot en tant que calldata dans les transactions Ethereum. Le calldata est stocké en permanence par chaque nœud Ethereum, ce qui le rend coûteux. Un lot de rollup typique coûtait entre 500 $ et 2 000 $ en frais de calldata pendant les périodes de forte congestion d'Ethereum.
La mise à niveau Dencun a introduit l'EIP-4844, qui a créé un nouveau type de données appelé blobs. Les blobs sont de gros morceaux de données (environ 128 Ko chacun) qui sont attachés aux transactions Ethereum mais ne sont stockés que temporairement, pendant environ 18 jours, plutôt que de façon permanente. Cela les rend nettement moins chers que le calldata.
L'impact a été immédiat et mesurable. Les frais de transaction sur Arbitrum sont passés d'une moyenne de 0,25 $ à moins de 0,01 $. Les frais sur Base sont tombés à des fractions de centime. Le coût de publication d'un lot de rollup sur Ethereum a chuté de plus de 90 %.
Cela importe car cela change l'équation économique pour l'adoption des rollups. Lorsque les transactions de couche 2 coûtent 0,25 $, seuls les utilisateurs ayant des transactions au-dessus d'un certain seuil de valeur choisiraient le rollup plutôt qu'une chaîne concurrente avec des frais de base plus bas. Lorsque les transactions de couche 2 coûtent 0,001 $, l'avantage de coût des chaînes concurrentes disparaît en grande partie, et l'avantage de sécurité du règlement Ethereum devient le facteur décisif.
Les blobs sont la première étape vers le danksharding complet, une future mise à niveau qui augmentera le nombre de blobs par bloc de l'objectif actuel de trois à 64 ou plus. Chaque étape de cette progression réduit davantage les coûts des rollups et augmente le débit de données disponible pour le règlement de la couche 2 sur Ethereum.
Le problème de la centralisation des séquenceurs
Presque tous les principaux rollups aujourd'hui exécutent un séquenceur unique opéré par l'équipe du rollup. Le séquenceur d'Arbitrum est géré par Offchain Labs. Le séquenceur d'Optimism est géré par OP Labs. Le séquenceur de Base est géré par Coinbase.
Cette centralisation crée plusieurs risques. Si le séquenceur tombe en panne, le rollup s'arrête. Si le séquenceur censure certaines transactions, les utilisateurs ne peuvent pas interagir normalement avec le rollup. Si le séquenceur réordonne les transactions pour extraire du MEV, les utilisateurs paient une taxe cachée.
Les équipes de rollups défendent cette centralisation comme une mesure temporaire. Décentraliser le séquenceur, en introduisant un ensemble rotatif de séquenceurs ou en utilisant une couche de séquençage partagée, figure sur la feuille de route de chaque grand rollup. Mais les feuilles de route ne sont pas des déploiements.
L'atténuation est l'inclusion forcée. La plupart des rollups incluent un mécanisme qui permet aux utilisateurs de soumettre des transactions directement à la couche de base d'Ethereum, contournant ainsi entièrement le séquenceur. Si le séquenceur censure votre transaction, vous pouvez la forcer via le contrat en chaîne du rollup. Ce processus est plus lent et plus coûteux que de passer par le séquenceur, mais il empêche la censure permanente.
La mesure dans laquelle l'inclusion forcée fonctionne réellement en pratique, sous les contraintes de temps et les coûts de gaz d'une utilisation réelle, est un différenciateur significatif entre les rollups. L2BEAT, le principal suiveur indépendant des propriétés de sécurité des rollups, évalue chaque rollup sur la maturité de son mécanisme d'inclusion forcée ainsi que sur plusieurs autres critères de sécurité.
Le problème de la fragmentation
La stratégie de rollups d'Ethereum a réussi à créer des environnements d'exécution évolutifs. Elle a également créé un problème de fragmentation qui n'existait pas avant les rollups.
Un utilisateur ayant des actifs sur Arbitrum ne peut pas les utiliser directement sur Base. Un protocole DeFi sur Optimism a une liquidité distincte de celle du même protocole sur zkSync. Un NFT frappé sur StarkNet ne peut pas être vendu sur un marché fonctionnant sur Scroll.
Chaque rollup est sa propre chaîne avec son propre état, son propre pont vers Ethereum et son propre écosystème d'applications. Déplacer des actifs entre les rollups nécessite un pontage, ce qui introduit des délais (sept jours pour les retraits de rollups optimistes vers Ethereum), des coûts (frais de gaz sur les chaînes source et destination) et des risques (vulnérabilités des contrats intelligents du pont).
Ce n'est pas simplement un inconvénient. C'est un problème structurel qui sape les effets de réseau qui rendent Ethereum précieux. Si la liquidité est répartie sur 30 rollups, aucun rollup unique n'a la profondeur de liquidité que le réseau principal d'Ethereum avait lorsqu'il était l'environnement d'exécution principal.
Des solutions sont en cours de développement. Les couches de séquençage partagées comme Espresso visent à coordonner l'ordre des transactions sur plusieurs rollups, permettant des transactions atomiques inter-rollups. Les protocoles d'interopérabilité comme Chainlink CCIP et LayerZero fournissent des couches de messagerie qui permettent aux rollups de communiquer. ERC-7683, un standard d'intention inter-chaînes, vise à standardiser la manière dont les utilisateurs expriment les transferts inter-rollups.
Aucune de ces solutions n'est suffisamment mature pour éliminer la fragmentation aujourd'hui. Que l'écosystème des rollups converge vers un petit nombre de chaînes dominantes ou reste fragmenté sur des dizaines est une question ouverte avec des implications significatives pour l'endroit où les utilisateurs, les développeurs et la liquidité s'installent.
Le modèle de sécurité diffère également de manière plus subtile. Dans un rollup optimiste, la sécurité dépend d'au moins un vérificateur honnête qui surveille la chaîne et soumet des preuves de fraude si nécessaire. Si tous les vérificateurs sont hors ligne ou de connivence, des transitions d'état invalides pourraient être finalisées après la fermeture de la fenêtre de contestation. En pratique, plusieurs vérificateurs indépendants surveillent chaque grand rollup optimiste, et l'incitation économique à détecter la fraude (le contestataire reçoit la caution confisquée) rend cette attaque coûteuse à maintenir. Mais l'exigence théorique est plus faible que pour un rollup ZK, où la preuve mathématique elle-même garantit la correction indépendamment de qui regarde.
Les implications pour l'expérience utilisateur du choix d'un rollup vont au-delà des frais et de la finalité. Le support des portefeuilles, la disponibilité des jetons et le déploiement des applications varient tous selon les rollups. Un utilisateur qui transfère des actifs vers un rollup avec un déploiement limité de protocoles DeFi peut se retrouver avec son capital bloqué dans un écosystème avec peu d'utilisations productives. Le problème d'interopérabilité aggrave cela : déplacer des actifs vers Ethereum ou vers un autre rollup entraîne des frais de pontage supplémentaires et des délais qui peuvent annuler les économies de coûts qui ont attiré l'utilisateur vers le rollup en premier lieu.
Ce que cela ne couvre pas
Cet article ne couvre pas l'architecture interne des machines virtuelles spécifiques aux rollups. Les différences entre Arbitrum Nitro, OP Stack et le Cairo VM de StarkNet sont significatives et affectent l'expérience des développeurs, les performances et les propriétés de sécurité. Chacune mérite une analyse dédiée.
Cet article ne couvre pas les validiums et les volitions, qui sont des variantes de rollups qui publient des données sur une couche de disponibilité des données séparée plutôt que sur Ethereum. Ces systèmes échangent une partie de la garantie de sécurité d'Ethereum contre des coûts plus faibles, et les compromis sont nuancés.
Cet article n'aborde pas l'économie des jetons de gouvernance des rollups. Les jetons ARB, OP, STRK et ZK ont chacun des structures de gouvernance, de jalonnement et d'incitation différentes. La question de savoir si les jetons de rollup accumulent de la valeur pour les détenteurs ou fonctionnent principalement comme des instruments de gouvernance est un débat actif avec des implications pour les décisions d'investissement.
Vérifications pratiques avant de choisir un rollup
Vérifiez le stade de sécurité du rollup sur L2BEAT. L2BEAT classe les rollups en trois stades en fonction de la maturité de leurs systèmes de preuve, de leurs mécanismes de mise à niveau et de leur gouvernance. Les rollups de stade 0 reposent fortement sur la confiance dans l'équipe du rollup. Les rollups de stade 1 ont des systèmes de preuve fonctionnels mais conservent des clés de mise à niveau. Les rollups de stade 2 ont des systèmes de preuve entièrement sans confiance avec un contrôle centralisé minimal. La plupart des rollups majeurs sont encore au stade 0 ou 1 à la mi-2026.
Comprenez le délai de retrait. Les retraits de rollups optimistes vers Ethereum prennent environ sept jours en raison de la fenêtre de défi de preuve de fraude. Les services de pont rapide peuvent accélérer ce processus en avançant les fonds, mais ils facturent des frais et introduisent un risque de contrepartie. Les retraits de rollups ZK peuvent être effectués en quelques minutes une fois la preuve de validité vérifiée. Cette différence importe si vous avez besoin d'un accès rapide à vos actifs sur le réseau principal d'Ethereum.
Vérifiez le mécanisme d'inclusion forcée. Si le séquenceur tombe en panne ou censure votre transaction, pouvez-vous forcer votre transaction via le contrat en chaîne ? Vérifiez si le rollup dispose d'un mécanisme d'inclusion forcée fonctionnel et quelle est la durée du délai. Un rollup sans inclusion forcée est une chaîne centralisée avec la marque Ethereum.
Comparez les coûts de transaction réels. Les frais de rollup varient en fonction de l'efficacité de compression du rollup, de la fréquence des lots et du prix actuel de l'espace blob d'Ethereum. Utilisez un suivi des frais de rollup pour comparer le coût réel des opérations courantes (transfert de jetons, échange, déploiement de contrat) entre les rollups au moment où vous prévoyez de les utiliser, plutôt que de vous fier aux moyennes historiques.
Vérifiez l'écosystème. Le rollup le moins cher n'est pas utile si l'application dont vous avez besoin se trouve sur un autre rollup. Vérifiez que les protocoles DeFi, les places de marché NFT ou l'infrastructure de portefeuille que vous prévoyez d'utiliser sont déployés et liquides sur le rollup que vous choisissez.
Qu'est-ce qu'un rollup blockchain ?
Un rollup est une solution de mise à l'échelle de couche 2 qui exécute des transactions sur une chaîne séparée et publie les données de transaction ou une preuve cryptographique sur une blockchain de couche 1 comme Ethereum. Cela permet au rollup de traiter des milliers de transactions par seconde tout en s'appuyant sur Ethereum pour la sécurité et la disponibilité des données. Le terme rollup fait référence à la manière dont de nombreuses transactions sont regroupées en un seul lot avant d'être soumises à la couche de base.
Quelle est la différence entre les rollups optimistes et les rollups ZK ?
Les rollups optimistes supposent que les transactions sont valides et permettent une période de contestation (généralement sept jours) pendant laquelle n'importe qui peut soumettre une preuve de fraude s'il trouve une erreur. Les rollups ZK génèrent une preuve mathématique qui vérifie que l'ensemble du lot a été exécuté correctement avant d'être accepté sur Ethereum. La différence pratique est que les rollups optimistes ont des délais de retrait plus longs mais sont plus faciles à construire, tandis que les rollups ZK offrent une finalité plus rapide mais nécessitent plus de ressources de calcul pour la génération de preuves.
Pourquoi les retraits des rollups optimistes prennent-ils sept jours ?
La fenêtre de sept jours existe pour donner aux prouveurs de fraude suffisamment de temps pour détecter et contester une racine d'état invalide soumise par le séquenceur. Si les retraits étaient instantanés, un séquenceur malveillant pourrait soumettre une fausse racine d'état, retirer des fonds vers Ethereum et disparaître avant que quiconque puisse prouver la fraude. Le délai de sept jours garantit qu'il y a suffisamment de temps pour que le jeu de vérification se déroule. Les services de pont rapides peuvent fournir des retraits instantanés en avançant les fonds, mais ils facturent des frais pour ce service.
Que sont les blobs et comment ont-ils réduit les coûts des rollups ?
Les blobs sont un nouveau type de données introduit par la mise à niveau Dencun d'Ethereum (EIP-4844) en mars 2024. Avant les blobs, les rollups publiaient les données de lot comme calldata, qui sont stockées en permanence par chaque nœud Ethereum et sont coûteuses. Les blobs sont stockés temporairement (environ 18 jours) et ont leur propre marché de frais distinct des transactions Ethereum normales. Cela a réduit les coûts de transaction des rollups de plus de 90 % car le stockage des données, qui est le coût principal de l'exploitation d'un rollup, est devenu considérablement moins cher.
Utiliser un rollup est-il aussi sûr que d'utiliser Ethereum directement ?
Un rollup hérite de la sécurité d'Ethereum pour les données qu'il publie sur la couche de base, mais des hypothèses de confiance supplémentaires s'appliquent. Le séquenceur est généralement un opérateur centralisé unique qui pourrait censurer les transactions ou être hors ligne. Les contrats intelligents du rollup sur Ethereum peuvent avoir des clés de mise à niveau contrôlées par l'équipe. Le système de preuve de fraude ou de preuve de validité peut encore être en cours de développement. Le système de classification par étapes de L2BEAT évalue ces propriétés. Un rollup de stade 2 avec un système de preuve entièrement décentralisé se rapproche du niveau de sécurité d'Ethereum. La plupart des rollups actuels ne sont pas au stade 2.
Que se passe-t-il si le séquenceur d'un rollup est hors ligne ?
Si le séquenceur est hors ligne, les nouvelles transactions sur le rollup ne peuvent pas être traitées via le canal normal. Cependant, la plupart des rollups incluent un mécanisme d'inclusion forcée qui permet aux utilisateurs de soumettre des transactions directement au contrat intelligent du rollup sur Ethereum, en contournant le séquenceur. Cela est plus lent et plus coûteux que le fonctionnement normal, mais cela empêche que la panne du séquenceur ne bloque définitivement les fonds des utilisateurs. La qualité et l'accessibilité des mécanismes d'inclusion forcée varient considérablement entre les rollups.
Pourquoi y a-t-il autant de rollups différents ?
Le cadre des rollups est modulaire et open source, ce qui rend relativement facile le lancement d'un nouveau rollup. L'OP Stack (d'Optimism) et Arbitrum Orbit permettent tous deux aux développeurs de déployer des rollups personnalisés avec une infrastructure préconstruite. Différents rollups optimisent pour différents cas d'utilisation : certains ciblent la DeFi, d'autres le jeu, d'autres les applications d'entreprise. Cependant, la prolifération des rollups a créé des problèmes de fragmentation, notamment une liquidité divisée, une complexité de pontage et une confusion chez les utilisateurs.
Quel rollup devrais-je utiliser ?
Le meilleur rollup dépend de ce que vous voulez faire. Pour la DeFi avec la liquidité la plus profonde, Arbitrum est actuellement en tête. Pour les applications grand public intégrées à Coinbase, Base est dominant. Pour les applications qui privilégient une finalité rapide et ne veulent pas de délais de retrait de sept jours, les rollups ZK comme zkSync Era ou StarkNet méritent d'être envisagés. Comparez les coûts de transaction actuels, vérifiez que les applications dont vous avez besoin sont déployées et vérifiez le stade de sécurité du rollup sur L2BEAT avant d'engager des actifs importants.
