Les problèmes de scalabilité de la blockchain Ethereum : l’avenir dépend de L2

L’avènement de la blockchain Ethereum en juillet 2015 a complètement révolutionné le paysage des actifs numériques en introduisant une couche bien plus sophistiquée que le Bitcoin.

The advent of the Ethereum blockchain in July 2015 completely revolutionized the landscape of digital assets by introducing a much more sophisticated layer compared to Bitcoin. Over the years, Ethereum has powered thousands of cryptographic protocols thanks to the possibility of implementing smart contract, completely innovating the cryptographic industry. However, 9 years after its debut on the market, this L1 chain continues to deal with its main Achilles’ heel: scalability. In fact, despite Ethereum being a highly interoperable programmable blockchain thanks to its EVM nature, it does not boast a high throughput for transactions. This is a very large limit because it prevents the blockchain from supporting a large amount of traffic, and makes its cost of use unsustainable. Especially in bull market cycles, where the attention to cryptocurrencies is greater, Ethereum often requires enormous fees to execute transactions. As we can see in the following Etherscan chart, the cost of using the chain, commonly referred to as “gas”, has often reached peaks above 200 gwei. We remind you that gwei is the unit of measurement for gas cost: 1 gwei corresponds to 0.000000001 Ether. If we observe this chart closely, we notice how in the last two years the situation regarding gas price on Ethereum has slightly adjusted. The strong expansion of the L2 chain has indeed helped the main layer to distribute the traffic over more blockspace, limiting queues and high fees. Especially from 2023 onwards, the growth of new second-layer networks has allowed for an overall increase in the scalability of the cryptographic ecosystem, while simultaneously consuming less gas. The settlement requests on Ethereum’s L1 grew exponentially in the middle of the second year, when the L2 trend reached incredible levels. According to the Coingecko ranking, there are currently 46 different L2 solutions, for a TVL of 40 billion dollars. A lot of attention for the Ethereum L2 sector is channeled towards those networks of the Zk-EVM type, which implement the so-called “zero-knowledge proofs”. Although this is actually a rather dated topic, it has only become popular in the blockchain space in recent years. Today, most of the L2 developed on Ethereum are rollup (optimistic or zk) that shift the burden of data processing off-chain by sending verification batches to the L1. Given the success of this cryptographic technology, Vitalik Buterin himself thought a few months ago to make Ethereum a Zk-EVM chain. In fact, with an update, it could make this “built-in” feature, allowing the integration of ZK-SNARKs computational proofs also at the execution level. This would make the main network much more scalable than it is at the moment, capable among other things of validating transactions with maximum focus on privacy.

L’avènement de la blockchain Ethereum en juillet 2015 a complètement révolutionné le paysage des actifs numériques en introduisant une couche bien plus sophistiquée que le Bitcoin. Au fil des années, Ethereum a alimenté des milliers de protocoles cryptographiques grâce à la possibilité de mettre en œuvre des contrats intelligents, innovant complètement dans l’industrie cryptographique. Cependant, 9 ans après ses débuts sur le marché, cette chaîne L1 continue de s'attaquer à son principal talon d'Achille : l'évolutivité. En fait, bien qu’Ethereum soit une blockchain programmable hautement interopérable grâce à sa nature EVM, elle ne dispose pas d’un débit de transactions élevé. Il s’agit d’une limite très importante car elle empêche la blockchain de supporter une grande quantité de trafic et rend son coût d’utilisation insoutenable. Surtout dans les cycles de marché haussiers, où l’attention portée aux crypto-monnaies est plus grande, Ethereum nécessite souvent d’énormes frais pour exécuter les transactions. Comme nous pouvons le constater dans le graphique Etherscan suivant, le coût d’utilisation de la chaîne, communément appelée « gaz », a souvent atteint des sommets supérieurs à 200 gwei. Nous vous rappelons que le gwei est l'unité de mesure du coût du gaz : 1 gwei correspond à 0,000000001 Ether. Si nous observons attentivement ce graphique, nous remarquons qu’au cours des deux dernières années, la situation du prix du gaz sur Ethereum s’est légèrement ajustée. La forte expansion de la chaîne L2 a en effet aidé la couche principale à répartir le trafic sur davantage d'espace de blocs, limitant ainsi les files d'attente et les frais élevés. À partir de 2023 notamment, la croissance de nouveaux réseaux de deuxième couche a permis une augmentation globale de l’évolutivité de l’écosystème cryptographique, tout en consommant moins de gaz. Les demandes de règlement sur le L1 d'Ethereum ont augmenté de façon exponentielle au milieu de la deuxième année, lorsque la tendance L2 a atteint des niveaux incroyables. Selon le classement Coingecko, il existe actuellement 46 solutions L2 différentes, pour une TVL de 40 milliards de dollars. Une grande attention est portée au secteur Ethereum L2 vers les réseaux de type Zk-EVM, qui mettent en œuvre ce que l'on appelle les « preuves à connaissance nulle ». Bien qu’il s’agisse en fait d’un sujet plutôt daté, il n’est devenu populaire dans le domaine de la blockchain que ces dernières années. Aujourd'hui, la plupart des L2 développés sur Ethereum sont des rollups (optimistes ou zk) qui déplacent le fardeau du traitement des données hors chaîne en envoyant des lots de vérification au L1. Face au succès de cette technologie cryptographique, Vitalik Buterin lui-même a pensé il y a quelques mois à faire d’Ethereum une chaîne Zk-EVM. En fait, avec une mise à jour, cette fonctionnalité pourrait être « intégrée », permettant l'intégration des preuves informatiques de ZK-SNARK également au niveau de l'exécution. Cela rendrait le réseau principal beaucoup plus évolutif qu'il ne l'est actuellement, capable entre autres choses de valider des transactions en mettant au maximum l'accent sur la confidentialité.

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The idea of Vitalik, as brilliant and ambitious as it is, involves very complex structural changes. For example, a change to the rule being proposed would require the addition of a pre-state root and a post-state root to each block entering the consensus layer.

L’idée de Vitalik, aussi brillante et ambitieuse soit-elle, implique des changements structurels très complexes. Par exemple, une modification de la règle proposée nécessiterait l’ajout d’une racine pré-état et d’une racine post-état à chaque bloc entrant dans la couche de consensus.

This means that each block gets a special type of cryptographic proof that shows that the transactions in the block are valid and therefore correctly updates the state of the blockchain. 

Cela signifie que chaque bloc reçoit un type spécial de preuve cryptographique qui montre que les transactions dans le bloc sont valides et met donc correctement à jour l'état de la blockchain.

Another solution would require the separation of different parts of the execution blocks, introducing the calculation via GPU to validate the ZK-SNARKS proofs.

Une autre solution nécessiterait de séparer les différentes parties des blocs d'exécution, en introduisant le calcul via GPU pour valider les preuves ZK-SNARKS.

This would make Ethereum a “hybrid” chain where the consensus remains on PoS and the execution of cryptographic proofs is powered by PoW.

Cela ferait d’Ethereum une chaîne « hybride » où le consensus reste sur le PoS et où l’exécution des preuves cryptographiques est alimentée par PoW.

Overall, all these possible implementations require significant trade-offs to the Ethereum blockchain.

Dans l’ensemble, toutes ces implémentations possibles nécessitent des compromis importants par rapport à la blockchain Ethereum.

At the moment, no decision has been made yet: the challenge of the coming years will be focused on making the chain more scalable, while keeping the code structure lean. For now, the presence of L2 solves a substantial part of the scalability of the Ethereum blockchain, making a ZK-EVM update on L1 not strictly necessary. The large quantity of second-layer networks seems to be sufficient at the moment to meet all the blockspace requests made by the community. That said, in the future it will be necessary to improve the level of throughput, but for now L2 seems like an excellent compromise to avoid complicating Ethereum’s code too much. The only problem that absolutely needs to be remedied concerns the fragmentation of liquidity on the various L2s, which often act as single agents. Many rollups operate in fact in isolation without interoperability, making it complex to transfer funds from one chain to another without going through the main layer. For example, the ZK Stack chains are interoperable only with other ZK Stack chains. Then, even within a single ecosystem, the technological implementations, wallet integrations, and user interfaces are still in a very early stage. Approximately 40 billion dollars, according to data from L2 Beat, are

Pour l’instant, aucune décision n’a encore été prise : le défi des années à venir sera de rendre la chaîne plus évolutive, tout en gardant une structure de code allégée. Pour l’instant, la présence de L2 résout une partie substantielle de l’évolutivité de la blockchain Ethereum, rendant une mise à jour ZK-EVM sur L1 pas strictement nécessaire. La grande quantité de réseaux de deuxième couche semble être suffisante pour le moment pour répondre à toutes les demandes de blockspace formulées par la communauté. Cela dit, à l'avenir il faudra améliorer le niveau de débit, mais pour l'instant L2 semble être un excellent compromis pour éviter de trop compliquer le code d'Ethereum. Le seul problème auquel il faut absolument remédier concerne la fragmentation de la liquidité sur les différents L2, qui agissent souvent comme des agents uniques. De nombreux rollups fonctionnent en fait de manière isolée, sans interopérabilité, ce qui rend complexe le transfert de fonds d'une chaîne à une autre sans passer par la couche principale. Par exemple, les chaînes ZK Stack ne sont interopérables qu'avec d'autres chaînes ZK Stack. Ensuite, même au sein d’un seul écosystème, les implémentations technologiques, les intégrations de portefeuilles et les interfaces utilisateur en sont encore à leurs débuts. Environ 40 milliards de dollars, selon les données de L2 Beat, sont