Introduction

Le Trilemme de la Blockchain

En raison de sa décentralisation, de son immuabilité et de sa transparence, la technologie de la blockchain est devenue le socle de l'innovation dans divers secteurs. Cependant, le bien connu Trilemme de la Blockchain a constamment mis à l'épreuve son adoption, la difficulté de parvenir simultanément à la décentralisation, à la sécurité et à la scalabilité. Ces trois facteurs sont intrinsèquement interdépendants, rendant difficile l'optimisation des trois en même temps pour les systèmes blockchain.

• La décentralisation garantit que le réseau blockchain fonctionne indépendamment de toute entité de contrôle unique. Cependant, un réseau hautement décentralisé peut entraîner une efficacité de transaction réduite.
• La sécurité est essentielle pour protéger le réseau contre les attaques malveillantes, mais renforcer la sécurité nécessite souvent des ressources computationnelles supplémentaires, ce qui peut ralentir le traitement des transactions.
• La scalabilité vise à améliorer la vitesse et la capacité des transactions, mais cela se fait souvent au détriment de la décentralisation ou de la sécurité.

A mesure que les applications Blockchain se développent, trouver un équilibre optimal au sein du trilemme est devenu un défi majeur pour les développeurs et les chercheurs.

Diagramme : Le Trilemme de la Blockchain (Source:IT Home)

Feuille de route d'Ethereum

Le co-fondateur d'Ethereum, Vitalik Buterin, s'est fixé un objectif ambitieux pour la prochaine phase de mise à l'échelle du réseau d'Ethereum : dépasser les 100 000 transactions par seconde. Dans un article de blog d'octobre 2024, il a évoqué les premiers jours de la technologie de la blockchain, mettant en avant deux stratégies de mise à l'échelle principales décrites dans la feuille de route d'Ethereum : le Sharding et les protocoles de Couche 2 (L2).

• Le sharding réduit la charge sur les nœuds individuels en leur permettant de vérifier et de stocker uniquement un petit sous-ensemble de transactions, de manière similaire au fonctionnement des réseaux peer-to-peer comme BitTorrent. Cette approche améliore la scalabilité du réseau en distribuant efficacement la charge de travail.
• Les protocoles de couche 2 se construisent sur le réseau principal d'Ethereum, en gardant les données et les calculs hors chaîne tout en héritant des garanties de sécurité d'Ethereum.

Diagramme : The Surge - Édition 2023 de la Feuille de route (Source:Blog de Vitalik)

Des progrès significatifs ont été réalisés dans la stratégie de mise à l'échelle d'Ethereum tout au long de 2024. Cependant, plusieurs défis persistent :

• Les rollups nécessitent une bande passante de données on-chain substantielle, ce qui signifie qu’ils dépendent toujours fortement des ressources du réseau principal d’Ethereum.
• Les séquenceurs centralisés dans les rollups posent des risques de censure de transactions et d'exploitation de la valeur extractible par les mineurs (MEV).
• Le système Layer 2 fragmenté oblige les développeurs à faire face aux défis d'interopérabilité et aux complexités de la prise de décision.

Le blog de Vitalik souligne que la priorité actuelle est de peaufiner la feuille de route centrée sur le rollup tout en garantissant la résilience et la décentralisation de la couche 1 d'Ethereum (L1). Dans ce contexte, de nouvelles innovations en matière de mise à l'échelle telles que Based Rollups et Preconfirmation ont émergé :

• Séquenceurs partagés: Fournir un service unifié d'ordonnancement des transactions pour plusieurs chaînes de couche 2. Cependant, en tant qu'opérateurs tiers, ils introduisent des préoccupations de confiance et d'incitation.
• Rollups basés : S'appuient sur la couche L1 d'Ethereum pour la séquence des transactions, simplifiant l'architecture et renforçant la décentralisation. Cependant, leur vitesse de finalisation des transactions reste limitée par le temps de bloc d'Ethereum.
• Préconfirmation : Offre une confirmation préliminaire de la transaction en surveillant l'activité du mempool avant son inclusion officielle dans un bloc. Cela réduit considérablement les temps d'attente des utilisateurs, débloquant de nouvelles possibilités pour améliorer l'efficacité et l'expérience utilisateur.

Cet article d'aujourd'hui explorera les principes techniques de la Préconfirmation, ses cas d'utilisation et comment cela aide à trouver un meilleur équilibre entre efficacité et décentralisation dans les réseaux de blockchain.

Qu'est-ce que la préconfirmation?

Le concept de préconfirmation

La préconfirmation peut être comprise comme un engagement fiable à une transaction avant qu'elle ne soit officiellement confirmée sur la blockchain. Ce mécanisme fournit un signal de confirmation précoce, réduisant les temps d'attente des utilisateurs et améliorant l'efficacité des transactions. Il est particulièrement utile dans des scénarios à haut volume ou sensibles au temps où une rétroaction rapide est cruciale.

La préconfirmation est similaire à des situations du monde réel où un engagement préliminaire est donné avant la confirmation finale :

• Réservations de restaurant : Lorsque vous réservez une table, le restaurant confirme votre réservation, mais la confirmation finale a lieu lorsque vous arrivez. Cela est similaire à une préconfirmation - un aperçu fiable d'une future exécution.
• Commandes de magasinage en ligne : Lorsque vous passez une commande, le statut peut indiquer "En traitement", ce qui signifie que le commerçant a reçu votre demande et a réservé les stocks. Cependant, une confirmation finale nécessite une vérification de paiement et l'expédition. Cela reflète la préconfirmation de la blockchain, où une transaction est provisoirement approuvée mais nécessite encore une validation finale.
• Réservation de vol : Après l'achat d'un billet, votre siège est temporairement réservé, ce qui représente une préconfirmation. La confirmation finale se fait lors de l'enregistrement. De même, la préconfirmation dans la blockchain fournit un engagement initial à une transaction sans être sa confirmation finale.

Concept 0conf de Bitcoin

Au début de la blockchain, la communauté Bitcoin a exploré un concept similaire appelé "0conf" (transactions sans confirmation). Cette approche permettait aux transactions d'être temporairement considérées comme valides avant d'être pleinement confirmées sur la blockchain.

0conf a été particulièrement utile pour les scénarios de paiement rapide nécessitant un traitement immédiat des transactions. Cependant, en raison des risques de double dépense, où des acteurs malveillants pourraient diffuser des transactions contradictoires, 0conf n'est jamais devenu une solution grand public.

La préconfirmation basée sur la chaîne d'Ethereum

En 2023, le chercheur en blockchain Uri Klarman a étendu le concept de préconfirmation à Ethereum, introduisant l'idée de "préconfirmation basée sur la chaîne." L'innovation clé était que les futurs préconfirmeurs héritent des enregistrements de préconfirmation précédents, formant une chaîne de préconfirmation continue qui améliore la fiabilité des transactions.

La même année, l'équipe Primev a encore fait avancer la technologie de préconfirmation en concevant mev-commit, une plateforme visant à coordonner la Valeur Extractible par le Mineur (MEV). En intégrant un mécanisme d'enchères, mev-commit a rendu la préconfirmation des transactions plus efficace et fiable.

Quels problèmes la préconfirmation vise-t-elle à résoudre ?

En technologie blockchain—en particulier dans les systèmes basés sur Rollup—les inefficacités de confirmation des transactions ont longtemps été un point douloureux majeur pour l'expérience utilisateur. Lorsque les utilisateurs soumettent des transactions sur la couche 2 (L2), la confirmation finale dépend de la publication des données sur la couche 1 (L1). Ce processus introduit plusieurs défis, en particulier dans les scénarios de trading à haute fréquence ou de finance décentralisée (DeFi), tels que :

• Retards de transaction et incertitude de confirmation
  Dans les mécanismes de Rollup, la confirmation finale d'une transaction d'un utilisateur nécessite d'attendre la génération du bloc L1. Ce processus peut être retardé en raison de la congestion du réseau ou de problèmes de séquençage des transactions. Par exemple, dans les Rollups optimistes, la fenêtre de défi dure généralement sept jours pour prévenir les transactions frauduleuses, ce qui entraîne des retards de retrait et une réduction de la liquidité. Alors que les ZK Rollups offrent une confirmation plus rapide, la génération de preuves à divulgation nulle nécessite des ressources informatiques importantes.

• Pertes dans le trading haute fréquence
  Les utilisateurs de DeFi et d'arbitrage comptent sur l'immediacy des transactions pour saisir les opportunités du marché. Cependant, lorsque la finalité de la transaction prend trop de temps ou lorsque l'ordre des transactions change, les utilisateurs peuvent subir des pertes financières.

• Problèmes de confiance avec les séquenceurs centralisés
  La plupart des Rollups s'appuient sur des séquenceurs centralisés pour ordonner les transactions, ce qui introduit des risques potentiels tels que la censure des transactions et une exécution injuste des transactions en raison de la valeur extractible par les mineurs (MEV).

La solution de préconfirmation

La préconfirmation fournit une confirmation initiale avant que les transactions ne soient officiellement enregistrées sur la chaîne, traitant les problèmes mentionnés ci-dessus :

• Réduit le temps d'attente des utilisateurs - Offre un retour d'état de transaction en temps réel, minimisant l'incertitude causée par les retards.
• Renforce la confiance des utilisateurs - Permet aux utilisateurs de suivre plus transparentement le progrès des transactions, renforçant ainsi la confiance dans le réseau.
• Améliore la transparence de la séquence des transactions - S'engage à l'ordre des transactions à l'avance, atténuant les pertes financières causées par les modifications de commande.

Différences entre les mécanismes de préconfirmation et de confirmation traditionnelle

Concept de base et opération

• Mécanisme de confirmation traditionnel :

  • Une transaction est d'abord soumise au mempool, puis les mineurs attendent de l'inclure dans le prochain bloc. La transaction n'est considérée comme officiellement confirmée que lorsque le bloc est validé par un mécanisme de consensus (tel que la Preuve de Travail (PoW) ou la Preuve d'Enjeu (PoS)). Ce processus nécessite d'attendre au moins un temps de génération de bloc.

• Préconfirmation :

  • Après qu'une transaction entre dans le mempool, sa probabilité d'être incluse dans le prochain bloc est prédite en fonction de facteurs tels que les frais de gaz, la priorité et les conditions du réseau. Les utilisateurs peuvent recevoir un signal de confirmation initial en quelques secondes, sans attendre le processus complet de génération de blocs.
  • Pour améliorer la fiabilité, les séquenceurs centralisés de couche 2 (L2) (par exemple, Rollups) peuvent fournir des engagements, ou des mécanismes de préconfirmation sur chaîne peuvent être utilisés.

Vitesse de Confirmation

• Mécanisme de confirmation traditionnel :
• La confirmation de la transaction nécessite d'attendre la génération de blocs et plusieurs confirmations.
• Une fois qu'une transaction est incluse dans un bloc, ce bloc devient partie intégrante de la Blockchain.
• À mesure que davantage de blocs ultérieurs y sont liés, son nombre de confirmations augmente, rendant la transaction plus sécurisée.
• La congestion du réseau ou les retards de consensus peuvent ralentir le processus.

Fiabilité de la confirmation

• Mécanisme de confirmation traditionnel :

  • Fiabilité élevée - Une fois qu'une transaction est confirmée plusieurs fois, elle est pratiquement irréversible et immuable, ce qui la rend idéale pour les applications nécessitant une sécurité élevée.
  • Assurance de finalité - La confirmation est soutenue par le mécanisme de consensus de la blockchain, et une fois qu'une transaction atteint un certain nombre de confirmations, il est presque impossible de l'inverser.

• Preconfirmation:

  • Engagement initial uniquement – Il fournit une prédiction selon laquelle la transaction est « susceptible » d’être incluse dans le bloc suivant, mais ne garantit pas le caractère définitif.
  • Risque de réorganisation ou d'annulation - Si les conditions du réseau changent ou si le séquenceur se comporte différemment, la transaction peut encore être abandonnée ou reprogrammée. Convient pour les scénarios à haute vitesse où la finalité est moins critique.

Coûts de technologie et de mise en œuvre

• Mécanisme de confirmation traditionnel :
  • Repose entièrement sur le mécanisme de consensus de la blockchain.
• Préconfirmation :
  • Nécessite une analyse approfondie des données mempool, des algorithmes de commande des transactions et des séquenceurs fiables.
  • Besoin de mécanismes de secours en cas d'échec de la préconfirmation.

Tableau : Comparaison du mécanisme traditionnel et de la préconfirmation (Source : Auto-compilé)

Étude de cas : Préconfirmation dans Taiko

Améliorer l'efficacité et la décentralisation avec le mécanisme de préconfirmation de Taiko

Taiko est un projet de Rollup ZK-EVM décentralisé construit sur Ethereum. Sa conception principale se concentre sur l'obtention d'une compatibilité totale avec Ethereum tout en tirant parti d'un mécanisme de préconfirmation et d'un système de proposition décentralisé pour résoudre les problèmes d'efficacité et d'équité des transactions.

(Source:Site officiel de Taiko)

Présentation de Taiko

• Expérience utilisateur transparente - L'EVM de Taiko est entièrement compatible avec Ethereum, ne nécessitant aucune recompilation ou modification des outils de développement. Les développeurs peuvent utiliser les contrats intelligents et les outils existants d'Ethereum sans modification.
• Community-Driven – Taiko est entièrement open-source, permettant à la communauté d'utiliser et de modifier librement son code, favorisant la décentralisation et la participation communautaire.
• Approche axée sur la sécurité - En tant que Rollup basé sur Ethereum, Taiko propose un réseau de proposants et de prouveurs décentralisé et sans permission, héritant de la sécurité et de la décentralisation d'Ethereum.
• Séquençage basé sur Ethereum - Taiko utilise un mécanisme de séquençage de transaction basé sur Ethereum, où les validateurs d'Ethereum gèrent l'ordonnancement des transactions. Cela garantit la simplicité tout en maintenant la vivacité et la neutralité minimisée de confiance d'Ethereum.

Mécanisme de préconfirmation de Taiko

Le mécanisme de séquençage basé sur Taiko permet aux validateurs d'Ethereum de participer directement à l'ordonnancement des transactions de la couche 2 (L2). Les validateurs peuvent relier l'ETH au réseau Taiko en utilisant le service de pont de Taiko pour fournir une préconfirmation instantanée, améliorant ainsi l'immediété des transactions et l'expérience utilisateur tout en maintenant la décentralisation et la sécurité.

Modèle de Rollup Contestable (BCR) basé sur Taiko

Taiko adopte le modèle Based Contestable Rollup (BCR), conçu pour garantir l'équité et la transparence à travers un système ouvert et sans permission :

• ✅ Entièrement sans autorisation et décentralisé - Tout le monde peut participer au système Taiko sans autorisation spéciale, garantissant un haut degré de décentralisation.
• ✅ Modèle de proposition compétitif - Les proposants concourent pour la Valeur Extractible Maximale (MEV) et d'autres incitations économiques, tout en assumant également la responsabilité opérationnelle, améliorant ainsi l'efficacité et la stabilité du système.
• ✅ Séquençage intégré à Ethereum - Taiko élimine le besoin d'un séquenceur centralisé en partageant le même rôle que les proposants de blocs Ethereum, s'appuyant entièrement sur l'infrastructure d'Ethereum.
• ✅ Mécanisme d'élection du leader - À tout moment, un seul proposeur est élu comme leader, leur accordant des droits exclusifs pour finaliser un bloc. Cela évite le gaspillage de ressources et les conflits.

Remarque : Actuellement, Taiko utilise SGX comme preuve d'environnement d'exécution de confiance (TEE), RiscZero et SP1 pour les preuves de connaissance nulle (ZKP), et Guardian (vérification multi-signature) par Taiko Labs. Plus de détails peuvent être trouvés dansLa documentation de Taiko.

Exemple : Processus de Rollup Contestable Basé sur Taiko

Vue d'ensemble du processus:

Proposition de bloc - Un proposant soumet un nouveau bloc.

Soumission de preuve primaire - Un premier prouveur (par exemple, utilisant SGX TEE) soumet une preuve de validité pour le bloc et fournit un dépôt TAIKO comme garantie.

Période de refroidissement et de défi (environ 4 heures) - Pendant ce temps, n'importe qui peut contester la preuve de validité en soumettant son propre dépôt (par exemple, "Cindy" dans le schéma).

Vérification de preuve avancée - Un prouveur de niveau supérieur (par exemple, en utilisant des ZKPs de RiscZero ou Succinct) vérifie la justesse de la preuve principale.

Résultat & Incitations:

• Si la preuve principale est correcte → Le prouveur principal récupère son dépôt et gagne une récompense, tandis que le défi perd son dépôt.
• Si la preuve principale est incorrecte → le challenger se fait rembourser son dépôt et gagne une récompense, tandis que le prouveur principal perd son dépôt.

Ce mécanisme de preuve multicouche garantit que n'importe qui peut contester des preuves à différents niveaux, améliorant la sécurité et la décentralisation du système.

Diagramme : Exemple du processus de rollup contestable de Taiko (Source :Documentation sur le rollup contestable de Taiko)

Conclusion

La technologie de préconfirmation émerge comme une solution clé pour améliorer l'efficacité des transactions blockchain et l'expérience utilisateur. Alors que les mécanismes traditionnels de confirmation des transactions offrent une sécurité et une fiabilité élevées, ils souffrent de longs retards et d'une faible efficacité, ce qui les rend inadaptés au trading à haute fréquence et aux applications en temps réel telles que les paiements. La préconfirmation, avec son approche de retour d'information rapide et d'engagement préliminaire, aide à atténuer ces limitations, offrant aux utilisateurs une expérience de transaction plus immédiate et transparente.

Par exemple, le projet Taiko intègre un modèle Rollup compétitif pour équilibrer la décentralisation et l'efficacité. De plus, la structure de preuve multi-couches de Taiko et le mécanisme d'élection des leaders garantissent l'équité et la sécurité grâce à des incitations économiques et une concurrence transparente, ce qui en fait une référence précieuse pour les futurs designs de scalabilité Blockchain.

Cependant, la préconfirmation n'est pas une solution parfaite. La fiabilité des confirmations initiales et le risque de révocation des transactions nécessitent encore des optimisations techniques supplémentaires et des mécanismes de secours. Une innovation continue est nécessaire pour améliorer les expériences de transaction tout en abordant le trilemme de la blockchain : décentralisation, sécurité et évolutivité.

Au-delà de l'innovation technique pure, la préconfirmation est un outil de renforcement de la confiance qui peut accélérer l'adoption de la blockchain. Alors que la technologie de préconfirmation s'étend au-delà du trading haute fréquence vers les paiements quotidiens, la blockchain sera de plus en plus intégrée dans la vie quotidienne, contribuant à réaliser la vision de l'inclusion financière mondiale.