Vitalik sur le « calculateur mondial cryptographique » : de la publication du livre blanc de Bitcoin à l'évolution du paradigme d'Ethereum

Chaque hypothèse fondamentale de la blockchain est en train d'être réécrite.

Rédigé par : Vitalik Buterin

Traduit par : Saoirse, Foresight News

Note de l'éditeur : Cet article est une version écrite élargie du discours principal de Vitalik lors de la Semaine internationale de la blockchain à Shanghai. Sur la base de ce discours, l'auteur a ajouté de nombreuses comparaisons et tableaux techniques, expliquant systématiquement comment Ethereum évolue d'un livre de comptes traditionnel vers un « calculateur mondial cryptographique », analysant les transformations fondamentales telles que PoS, les preuves ZK, PeerDAS, etc., envisageant la feuille de route technique après le fork Hegota, et explorant un nouveau paradigme d'équilibre entre décentralisation, confidentialité et évolutivité. Cliquez pour voir le contenu du discours de Vitalik à la Semaine internationale de la blockchain à Shanghai.

Nous appelons Ethereum « une blockchain », comme si elle appartenait essentiellement à la même catégorie de technologie que le Bitcoin créé par Satoshi Nakamoto en 2009. Les deux sont en effet similaires à bien des égards, même la « version allégée d'Ethereum » qui sera construite selon le Strawmap à l'avenir conservera les caractéristiques fondamentales de la blockchain. Cependant, cette technologie a subi d'énormes évolutions au cours des quinze dernières années et continuera d'évoluer au cours des trois prochaines années. À ce moment-là, il sera tout à fait raisonnable de qualifier la forme évolutive d'Ethereum de système fondamentalement différent.

Aujourd'hui, Ethereum possède un calcul général, un mécanisme de preuve d'enjeu, des applications en chaîne basées sur des preuves à connaissance nulle, ainsi qu'un réseau de deuxième couche pour l'évolutivité et la protection de la vie privée. L'Ethereum du futur pourra ajuster sa capacité de calcul entre une évolutivité extrême et une généralité complète ; il disposera de plusieurs modes de construction de blocs impliquant plusieurs parties, d'une preuve d'enjeu profondément optimisée, et les preuves à connaissance nulle seront intégrées dans le protocole de base, jouant un rôle central.

Cet article examinera, tant sur le plan technique que sur celui des caractéristiques du système accessibles aux utilisateurs, certaines des différences fondamentales les plus importantes entre la blockchain des années 2010 et celle de 2030.

Tout d'abord, nous examinerons section par section le livre blanc original de Bitcoin, en comparant ses différences avec Ethereum, en utilisant respectivement le jaune pour représenter 2015, le vert pour 2025 et le bleu pour 2030 pour Ethereum.

Cette image est adaptée du diagramme de fonctionnement des transactions du livre blanc de Satoshi Nakamoto, montrant le modèle classique de transfert par signature en chaîne, et indiquant que le nouveau schéma peut agréger les signatures hors chaîne, ne soumettant qu'un seul enregistrement sur la chaîne, souvent en remplaçant les signatures traditionnelles par des preuves à connaissance nulle.

Cette image compare le mécanisme PoW de Bitcoin avec le PoS d'Ethereum après 2022 : auparavant, il fallait itérer sans cesse le nonce pour trouver un hachage satisfaisant, produit par un seul participant, maintenant il est remplacé par la signature des validateurs, et à l'avenir, grâce à FOCIL, la construction de blocs sera réalisée par plusieurs rôles décentralisés, les signatures et preuves liées aux transactions seront agrégées dans le pool de mémoire.

Cette image extrait le processus en six étapes du fonctionnement du réseau du livre blanc de Bitcoin, soulignant que sa conception native manque de capacités d'agrégation de pool de mémoire, de construction de blocs distribués, d'anonymisation des expéditeurs, tout en expliquant les améliorations apportées par Ethereum PoS et PeerDAS : séparation de la construction de blocs et du choix de fork, les nœuds n'ont besoin de télécharger qu'une petite partie du bloc, s'appuyant sur des preuves parallèles pour réduire la latence de consensus.

Cette image compare le schéma d'élagage de l'arbre de Merkle proposé dans le livre blanc de Bitcoin avec la nouvelle stratégie de stockage d'Ethereum : Bitcoin peut supprimer les transactions dépensées pour libérer de l'espace disque, tandis qu'Ethereum à l'avenir réduira encore le stockage grâce à la séparation des états et de l'historique, des preuves SNARK, et introduira un stockage d'état distribué et des supports de stockage diversifiés pour l'optimisation.

Cette image interprète la pensée sur la confidentialité du livre blanc de Bitcoin : s'appuyer uniquement sur des clés publiques pour l'anonymat ne peut cacher l'identité mais rend le montant de la transaction public, cette solution n'est pas suffisante à l'ère de l'analyse de données moderne, tandis que ZK-SNARK, FOCIL et EIP-8288 peuvent construire une confidentialité programmable plus forte, tout en devant résoudre les problèmes de confidentialité de lecture de requêtes et de diffusion sur le réseau.

Chaque chapitre du livre blanc subit des changements énormes. Pour simplifier le contenu, nous l'avons organisé dans le tableau suivant :

Quasiment toutes les propriétés fondamentales que le concept de blockchain englobe ont soit subi des changements fondamentaux, soit sont sur le point de connaître des révolutions sous-jacentes :

• Mécanisme de validation : téléchargement et réexécution → échantillonnage PeerDAS et validation SNARK
• Mécanisme de consensus : preuve de travail → preuve d'enjeu → preuve d'enjeu profondément optimisée
• Droit de construction de blocs : un seul mineur génère des blocs → construction de blocs par plusieurs parties

Pour emprunter le ton de l'IA, la seule conclusion objective et fiable (d'accord, c'est le point central) : des réseaux cryptographiques modernes comme Ethereum, après une mise à niveau allégée, sont appelés « blockchain » en grande partie pour des raisons historiques. En réalité, c'est une architecture hybride, fusionnant deux systèmes majeurs :

1. Les principes fondamentaux de Satoshi Nakamoto
2. De nouveaux outils cryptographiques puissants issus de cinquante ans de recherche académique, qui, en 2009, n'étaient pas encore disponibles ou étaient immatures.

Quelle quantité de cryptographie se cache dans le système cryptographique ? Comparaison des années 2009, 2020 et 2030

La cryptographie n'est pas la seule discipline clé. La vérification formelle, la théorie des bases de données, l'amélioration de la théorie des réseaux P2P, la théorie de l'information, l'économie, etc., sont également importantes. Mais ces technologies peuvent toutes s'intégrer dans cette logique de base : tout le monde essaie de générer le prochain bloc contenant une preuve de travail valide, une personne réussissant à le générer le diffuse, et tous les autres téléchargent le bloc et le réexécutent, en boucle. Les révolutions au niveau cryptographique sont complètement différentes.

Alors, qu'est-ce que cela signifie pour les utilisateurs ? La conclusion la plus importante est que les dimensions que les utilisateurs doivent peser sont en train de changer radicalement :

Lors du développement d'applications, la structure de calcul devient cruciale. Dans une blockchain simple, un octet est un octet, une unité de Gas est une unité de Gas. Cependant, dans l'architecture future : si vous mettez tous les calculs dans une transaction unique difficile à décomposer et à exécuter en série, le coût pour la même quantité de calcul sera beaucoup plus élevé ; mais si vous décomposez le calcul en tâches indépendantes bien encapsulées, soutenant le parallélisme ou pouvant être prétraitées avant l'envoi de la transaction dans le bloc final, le coût diminuera considérablement. Cela changera les incitations des développeurs, et au fil du temps, l'architecture de toutes les applications Ethereum changera en conséquence : à long terme, nous pourrions former un nouveau paradigme de programmation ------ seules les informations essentielles décrivant les changements d'état non échangeables et l'ordre d'exécution seront mises sur la chaîne, toutes les autres données étant agrégées avant d'être incluses dans le bloc.

Une organisation raisonnable du calcul peut permettre à la blockchain de se concentrer davantage sur ses tâches essentielles.

Peut-être le changement le plus significatif est que : la propriété décentralisée du réseau n'est plus seulement un fardeau de performance à supporter pour obtenir sécurité et robustesse ; dans certains scénarios limités, la décentralisation elle-même peut même devenir un avantage en termes de performance. Un réseau décentralisé peut stocker massivement des données en parallèle ; de nombreux calculs peuvent être exécutés en parallèle, et beaucoup de calculs peuvent être réalisés directement dans le pool de mémoire des transactions. Dans certains cas, la décentralisation peut également améliorer la confidentialité, car seul un réseau décentralisé peut efficacement cacher les métadonnées (comme la source des données et des requêtes).

Dès le milieu des années 2010, c'était la vision précoce d'Ethereum : la décentralisation n'est pas seulement pour améliorer la robustesse, mais aussi pour améliorer la capacité d'évolutivité. Les systèmes centralisés peuvent améliorer les performances en décomposant les tâches entre plusieurs participants, et la blockchain peut faire de même. À l'époque, cette idée n'a pas pu se concrétiser, le principal point faible étant le mécanisme de validation. Après la décomposition des tâches, vous devez valider que chaque sous-tâche a été correctement exécutée. Les premières solutions ont tenté de résoudre le problème par des comités d'échantillonnage aléatoire, mais ont toutes rencontré le même goulot d'étranglement : premièrement, le déploiement des comités est complexe, coûteux et augmente considérablement la latence ; deuxièmement, une fois qu'un comité échoue, il n'y a pas de moyen de remédier à cela. Aujourd'hui, grâce à la cryptographie moderne, ce problème a été résolu, et les coûts supplémentaires de cette solution diminuent chaque mois.

Un autre axe d'amélioration des performances à travers la décentralisation qui mérite d'être souligné est la latence. La latence d'Ethereum ne pourra jamais rivaliser avec celle des serveurs centralisés, mais les infrastructures construites sur Ethereum peuvent le faire.

Dans l'ensemble, construire une couche intermédiaire décentralisée puissante entre les utilisateurs et la chaîne principale (cette couche n'est pas elle-même une blockchain) peut considérablement renforcer les capacités d'Ethereum, tout en préservant les caractéristiques fondamentales de la blockchain sous-jacente.

En regardant plus loin dans l'avenir, Ethereum pourrait également connaître une nouvelle vague de réformes ------ l'obfuscation des programmes (iO) pourrait émerger. L'objectif ultime dans ce domaine : des techniques d'obfuscation matures et utilisables peuvent éliminer le compromis entre confidentialité et généralité. Vous pouvez réaliser un calcul totalement général avec un nombre illimité de participants (asynchrones) dans une forme entièrement sécurisée et cryptée. Même une version affaiblie des techniques d'obfuscation a de nombreux scénarios d'application, comme les pools de mémoire des transactions cryptées. Mais toutes les conclusions proposées dans cet article sont déjà valables avant que cette technologie ne soit mise en œuvre.

C'est cela le calculateur mondial cryptographique : Ethereum n'est plus simplement un livre de comptes, permettant aux développeurs d'écrire et d'exécuter des tâches de calcul et des données à leur guise ; la nouvelle architecture intègre la blockchain, la confidentialité cryptographique, la validation cryptographique, associée à de puissants composants décentralisés hors chaîne.

La mise en œuvre complète de ce design présente encore de nombreux défis. Rendre les preuves à connaissance nulle suffisamment efficaces et sécurisées n'est pas facile, mais cela relève de problèmes complexes encapsulés, qui ont déjà été largement optimisés grâce aux outils d'IA. Les problèmes plus délicats et de complexité systémique plus élevée sont probablement la gestion et l'accès parallèle à un grand nombre d'états. De nombreuses idées de solutions émergent déjà, mais elles nécessitent encore un perfectionnement continu, surtout lorsque nous comprenons mieux quelles applications fonctionneront à l'avenir.

En consultant la feuille de route du Strawmap, on peut constater que le hard fork Hegota prévu pour l'année prochaine sera probablement le dernier « hard fork régulier » d'Ethereum, ses fonctionnalités et sa technologie restant familières pour les développeurs de 2015. Tous les upgrades après Hegota incluront des STARK récursifs, une validation formelle automatisée, des algorithmes de consensus hautement optimisés, ainsi qu'une transformation complète du système pour résister aux ordinateurs quantiques. La mise en œuvre de PeerDAS marque le début de la transformation d'Ethereum : d'une simple blockchain, elle évolue vers un système beaucoup plus puissant. Après la mise à niveau Hegota, cette transformation deviendra la ligne directrice du développement d'Ethereum. L'objectif final : réaliser un système de calcul hautement sécurisé, moins coûteux, plus évolutif et offrant une meilleure protection de la vie privée par rapport à la technologie de la génération précédente. C'est cela, le calculateur mondial cryptographique.

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