Brevis Zero-Knowledge Ethereum Virtual Machine : validation en 12 secondes, 99,6 % de blocs, 10K TPS en vue

La société d'évolutivité Ethereum Brevis a lancé le 15 octobre Pico Prism, un nouveau type de Machine virtuelle Ethereum Zero-Knowledge (zkEVM) utilisé pour les preuves instantanées. Cette technologie utilise 64 cartes graphiques Nvidia RTX 5090 de jeu grand public, réalisant 99,6 % de preuves instantanées en moins de 12 secondes lors des tests de septembre, remplaçant les solutions nécessitant auparavant des superordinateurs coûteux.

La feuille de route de Brevis pour la Zero-Knowledge Ethereum Virtual Machine montre qu'au cours des prochains mois, moins de 16 GPU RTX 5090 seront utilisés pour atteindre une validation instantanée à 99 %. Cette percée permet aux preuves, coûteuses en calcul, de rattraper la vitesse de production des blocs, rendant la validation légère enfin réalisable, posant les bases pour qu'Ethereum atteigne l'objectif de 10 000 transactions par seconde (10K TPS) et ouvrant la voie à l'avenir de la validation par les smartphones.

Révolution technologique des superordinateurs aux GPU de jeu

(source : Brevis)

La percée clé de Brevis dans la Zero-Knowledge Ethereum Virtual Machine réside dans la forte réduction des exigences matérielles. Traditionnellement, la génération de blocs nécessitait des preuves cryptographiques coûteuses exécutées sur des superordinateurs et des centres de données spécialisés. Pico Prism a changé cette donne, permettant de réaliser des preuves instantanées avec 64 cartes graphiques Nvidia RTX 5090. La RTX 5090 est le modèle phare de jeu actuel de Nvidia, avec un prix unitaire d'environ 2 000 dollars, ce qui porte le coût total à environ 128 000 dollars pour 64 cartes, bien en dessous des millions de dollars nécessaires pour des superordinateurs professionnels.

La preuve en temps réel (Real-Time Proving, RTP) fait référence à la vitesse à laquelle une preuve cryptographique de l'exécution correcte d'un bloc est produite, qui est plus rapide que la vitesse de génération d'un nouveau bloc. Le temps de bloc d'Ethereum est d'environ 12 secondes, et si le temps de génération de la preuve dépasse ce seuil, le prouveur ne pourra jamais rattraper l'état le plus récent de la blockchain. Pico Prism a réalisé 99,6 % de preuve en temps réel en moins de 12 secondes lors des tests de septembre, ce qui signifie que la grande majorité des blocs peuvent être prouvés avant la génération du bloc suivant.

Ce qui est encore plus excitant, c'est la feuille de route de Brevis. L'entreprise prévoit d'atteindre 99 % de validation instantanée dans les mois à venir en utilisant moins de 16 GPU RTX 5090. En passant de 64 à 16 unités, le coût matériel passera de 128 000 dollars à 32 000 dollars, un niveau de prix qui le rend accessible aux validateurs et développeurs de petite et moyenne taille. La consommation totale d'énergie d'un cluster de 16 GPU est inférieure à 10 kW, soit 3 à 5 fois celle d'un ménage ordinaire, bien en dessous de la consommation énergétique des centres de données traditionnels.

Cette démocratisation du matériel a des implications profondes. Lorsque la validation devient peu coûteuse et accessible, davantage de nœuds peuvent participer à la validation du réseau, renforçant ainsi le degré de décentralisation. Actuellement, les validateurs Ethereum doivent réexécuter chaque transaction pour valider les blocs, ce qui nécessite du matériel coûteux et crée un goulot d'étranglement fondamental. La Machine virtuelle Ethereum Zero-Knowledge de Brevis a brisé ce modèle : un prouveur génère une preuve, que d'autres vérifient en quelques millisecondes, le coût de validation étant presque négligeable.

Feuille de route technique pour 10 000 TPS d'Ethereum

Selon la feuille de route d'Ethereum, les validateurs passeront de la réexécution des transactions à la simple vérification des preuves à connaissance nulle, permettant ainsi à la couche de base d'atteindre 10 000 transactions par seconde. Ryan Sean Adams de Bankless a déclaré : « Si nous continuons à nous développer à un rythme trois fois plus rapide chaque année, d'ici avril 2029, le TPS d'Ethereum L1 atteindra 10 000 TPS. » Cette prévision est basée sur la vitesse actuelle des avancées technologiques et les mises à niveau de protocole à venir.

Le chercheur de la Fondation Ethereum, Justin Drake, a expliqué que la mise à niveau Fusaka d'Ethereum devrait avoir lieu en décembre, ce qui simplifiera la preuve instantanée. L'EIP-7825 limite la consommation de gas par transaction, permettant ainsi des preuves parallèles via des sous-blocs. Cette parallélisation est essentielle pour atteindre un TPS élevé, car elle permet à plusieurs prouveurs de traiter simultanément différentes parties du même bloc, augmentant ainsi considérablement la vitesse globale des preuves.

Justin Drake a ajouté : « D'ici la fin de l'année, plusieurs équipes prouveront chaque bloc L1 EVM sur un cluster de 16 GPU, avec une consommation totale de moins de 10 kW. » Cela signifie que la Zero-Knowledge Ethereum Virtual Machine de Brevis n'est pas la seule équipe à travailler dans cette direction, et la concurrence poussera davantage les avancées technologiques et la réduction des coûts. Le développement parallèle de plusieurs équipes réduit également le risque de point de défaillance unique, garantissant la fiabilité de la feuille de route d'évolutivité d'Ethereum.

D'un point de vue technique, la réalisation de 10 000 TPS nécessite la collaboration de trois niveaux. Le premier niveau concerne les technologies de preuve instantanée comme la Machine virtuelle Ethereum Zero-Knowledge, qui garantissent que la génération de preuves ne devienne pas un goulot d'étranglement. Le deuxième niveau est l'optimisation au niveau du protocole, comme le support de parallélisation de l'EIP-7825. Le troisième niveau concerne l'amélioration continue des infrastructures matérielles et réseau, garantissant que la génération, la propagation et la vérification des preuves se déroulent efficacement. Ces trois éléments sont indispensables, et le Pico Prism a résolu le défi clé du premier niveau.

Vision future des nœuds mobiles

La Fondation Ethereum a déclaré que c'était “un grand pas vers l'avenir d'Ethereum”, ajoutant que : “Des technologies ZK comme Pico Prism permettront à Ethereum de s'étendre pour répondre à la demande mondiale, tout en maintenant sa crédibilité et sa décentralisation.” L'entrepreneur technologique Mike Warner a déclaré : “L'avenir des téléphones comme nœuds est sur le point de devenir réalité.” Cette vision ressemble à un roman de science-fiction, mais le chemin technologique est déjà clairement visible.

Lorsque la vérification nécessite uniquement de vérifier les preuves à divulgation nulle plutôt que de réexécuter toutes les transactions, les besoins en calcul diminuent considérablement. Les smartphones modernes disposent de processeurs puissants et d'un espace de stockage suffisant, ce qui théoriquement permet de vérifier les preuves à divulgation nulle. Si cette vision se réalise, n'importe qui pourra participer à la vérification du réseau Ethereum avec le téléphone dans sa poche, ce qui serait la forme ultime de décentralisation.

Ryan Sean Adams a déclaré qu'Ethereum se transformait en chaîne zk, expliquant que le niveau 1 fonctionnerait comme une DeFi mondiale, avec un TPS de 10 000 pour ses grands blocs, et que les nœuds fonctionneraient sur des téléphones mobiles, tandis que le niveau 2 gérerait tout le reste. Cette architecture positionnera Ethereum comme une couche de règlement mondial, traitant les transactions financières les plus critiques, tandis que les solutions Layer-2 géreront les transactions à haute fréquence et de faible valeur, telles que les jeux, les réseaux sociaux et d'autres applications.

La mise en œuvre des nœuds mobiles nécessite de surmonter plusieurs défis. Tout d'abord, il y a le problème de la bande passante, les téléphones mobiles dépendent généralement des réseaux mobiles, dont la bande passante et la stabilité ne sont pas comparables à celles de la large bande fixe. Ensuite, il y a l'autonomie de la batterie, la validation continue consomme beaucoup d'énergie. Troisièmement, il y a l'espace de stockage, bien que la validation ne nécessite pas l'historique complet de la blockchain, certaines données d'état sont néanmoins nécessaires. Ces défis ne sont pas insurmontables, des protocoles de clients légers et des mécanismes d'expiration des états sont en cours de développement, ce qui réduira encore le seuil de fonctionnement des nœuds.

Le Saint Graal et les défis de l'expansion de la blockchain

C'est essentiellement le Saint Graal de la blockchain : réaliser une évolutivité à grande échelle sans sacrifier la décentralisation ou la sécurité. Les blockchains traditionnelles sont confrontées au “triangle impossible” : décentralisation, sécurité et évolutivité ne peuvent en choisir que deux. Bitcoin et Ethereum ont choisi la décentralisation et la sécurité, sacrifiant l'évolutivité. De nombreuses blockchains publiques à haut TPS ont choisi l'évolutivité, mais ont fait des compromis sur la décentralisation et la sécurité.

Brevis Zero-Knowledge Ethereum Virtual Machine et Pico Prism offrent une voie pour surmonter le « triangle impossible ». La technologie des preuves à connaissance nulle permet aux validateurs de confirmer l'exactitude d'un bloc sans avoir à réexécuter la transaction, ce qui change fondamentalement l'économie computationnelle de la validation. Lorsque le coût de validation tombe à presque zéro, cela permet à un plus grand nombre de validateurs de participer (augmentant la décentralisation), tout en traitant davantage de transactions (améliorant l'évolutivité), tandis que les garanties cryptographiques des preuves à connaissance nulle assurent la sécurité.

Cependant, des défis persistent. Tout d'abord, il y a le risque de centralisation dans la génération de preuves. Bien que la vérification soit devenue facile, la génération de preuves nécessite toujours du matériel spécialisé. Si seules quelques entités peuvent générer des preuves, cela pourrait créer un nouveau goulot d'étranglement de centralisation. L'objectif de 16 GPU de Brevis est une étape importante pour atténuer ce problème, mais il est encore nécessaire de réduire davantage le seuil. Ensuite, il y a le stockage et la transmission des données de preuve, les preuves à connaissance nulle elles-mêmes nécessitant de l'espace dans le bloc, ce qui pourrait devenir un nouveau goulot d'étranglement en matière d'évolutivité.

Troisièmement, la conception des incitations économiques. Lorsque la validation devient facile, comment inciter suffisamment de nœuds à participer à la validation ? Les récompenses de validation pourraient nécessiter des ajustements pour refléter la nouvelle structure de coûts. Quatrièmement, il y a le problème de compatibilité pendant la période de transition, passer de l'architecture actuelle à une architecture pilotée par zk nécessite une coordination des mises à niveau, toute erreur pourrait entraîner une scission du réseau. Ces défis ne sont pas insurmontables, mais nécessitent une conception d'ingénierie prudente et une coordination communautaire.

Questions fréquentes Q&A

Q1 : Comment Brevis implémente-t-il 99,6 % de preuves instantanées en moins de 12 secondes avec la Zero-Knowledge Ethereum Virtual Machine ?

A : La technologie clé est Pico Prism zkEVM, utilisant 64 cartes GPU Nvidia RTX 5090 de jeu à la place d'un superordinateur. Grâce à un algorithme de preuve à connaissance nulle optimisé et au traitement parallèle, une preuve cryptographique d'exécution correcte du bloc est générée en moins de 12 secondes. La preuve instantanée signifie que la vitesse de génération des preuves est plus rapide que celle de la production de blocs (12 secondes), 99,6 % indique que la grande majorité des blocs peuvent être complétés instantanément. Dans les mois à venir, cela sera réduit à 16 GPU pour réaliser 99 % de preuves, abaissant considérablement le seuil matériel.

Q2 : Comment réduire de 64 GPU à 16 GPU ? Où se situe le goulot d'étranglement technique ?

A : L'optimisation se fait principalement dans trois directions : l'amélioration des algorithmes pour réduire la complexité de calcul, la stratégie de parallélisation pour augmenter l'efficacité d'un GPU, et la mise à niveau des protocoles comme l'EIP-7825 qui limite le gas des transactions pour faciliter la preuve parallèle. Actuellement, 64 GPU est une configuration conservatrice pour assurer un taux de réussite de 99,6 %, et avec l'optimisation logicielle et la mise à niveau de Fusaka (en décembre), 16 GPU peuvent atteindre 99 %. Le goulet d'étranglement réside dans la complexité des circuits de preuve et la bande passante mémoire, la mémoire à haute bande passante de la Nvidia RTX 5090 étant cruciale.

Q3 : Quelle est la faisabilité qu'Ethereum atteigne 10 000 TPS en 2029 ?

A : Selon les prévisions d'une vitesse d'expansion de 3 fois par an, le chemin technique est clair mais des risques d'exécution existent. Les jalons clés incluent : la réalisation d'une preuve instantanée sur un cluster de 16 GPU par plusieurs équipes d'ici la fin de 2025, la mise à niveau de Fusaka pour réaliser la parallélisation, et le passage des validateurs de la réexécution à la validation des preuves ZK. Si tout cela est réalisé avec succès, 10 000 TPS est réalisable. Les risques résident dans la coordination de la mise à niveau du protocole, la conception des incitations économiques et les obstacles techniques inattendus. L'évolutivité de Layer-2 peut fournir un tampon, même si L1 n'atteint pas 10K, le débit global de l'écosystème peut encore être considérablement amélioré.

Q4 : Quand un téléphone peut-il devenir un nœud ? Comment les utilisateurs ordinaires peuvent-ils participer ?

A : Les bases techniques sont en place, mais la mise en œuvre complète prendra 2 à 3 ans. Le matériel de téléphone actuel est suffisant pour vérifier les preuves ZK, mais les défis résident dans l'optimisation de la bande passante, de la batterie et du stockage. Le protocole de client léger et le mécanisme d'expiration de l'état sont en cours de développement, ce qui réduira davantage les barrières à l'entrée. Les utilisateurs ordinaires peuvent participer à la vérification en exécutant l'application de nœud léger, sans avoir besoin de données complètes de la blockchain. Il est conseillé de suivre les progrès du développement du client léger de la Fondation Ethereum et le plan d'adaptation mobile de Brevis.

Q5 : La preuve à connaissance nulle introduira-t-elle de nouveaux risques de centralisation ?

A : La preuve de génération présente effectivement un risque de centralisation, car elle nécessite du matériel spécialisé. Cependant, l'objectif de 16 GPU de Brevis (coûtant environ 32 000 dollars) le rend abordable pour les petits et moyens participants, bien mieux que les solutions de superordinateur. L'essentiel est de diversifier l'écosystème des prouveurs pour éviter le monopole d'une seule entité. La communauté Ethereum développe des protocoles d'agrégation de preuves et de génération de preuves décentralisées, abaissant ainsi le seuil d'entrée. La validation reste extrêmement décentralisée (n'importe quel dispositif peut valider), ce qui constitue la garantie de sécurité la plus importante.