Initialement publié en anglais par StarkWare le 05 Mai, 2023

Quels sont les nouveaux cas d'utilisation que permet Starknet et comment les développeurs peuvent-ils en profiter ?

Les coûts élevés de calcul ont freiné l'adoption et les cas d'utilisation de la blockchain

• Starknet, un rollup L2 d'Ethereum, permet un calcul à faible coûts.

• Starknet est déjà en direct sur le mainnet, avec des millions de transactions traitées.

• Possibilités d'intégration IA/ML avec déduction vérifiable, des modèles on-chain, et trainning vérifiable.

• Les développeurs peuvent utiliser le livre Starknet pour en savoir plus sur Cairo et construire sur Starknet.

Lors des marchés haussiers de 2021 (ou lors de la saison Pepe de mai 2023), tout le monde parlait de crypto et envoyait des millions de transactions sur Ethereum. Les prix du gas pouvaient alors atteindre 200 Gwei ou plus. Cela signifiait que si vous vouliez envoyer 10 USDC à quelqu'un sur Ethereum, cela vous coûterait 50 $ ou plus. Pas une très bonne affaire.

Avec l'arrivée de nombreux nouveaux utilisateurs des blockchains, la demande d'espace de bloc a explosé. Cette flambée des prix du gas sur Ethereum (et d'autres chaînes) a exposé les limites des blockchains monolithiques. Le public était prêt, mais la technologie ne l'était pas.

Pour résoudre ce problème, une évolution vers une conception modulaire est apparue avec les solutions de "couche 2", un ensemble de technologies construites sur une blockchain de base qui augmentent la scalabilité et la rentabilité. Selon l'article de Polynya, "toutes les blockchains qui en valent la peine s'éloigneront de la conception purement monolithique, d'une manière ou d'une autre, au cours des prochaines années (à moins qu’une mise à l’échelle ne soit pas requise, comme Bitcoin)".

Starknet — un rollup de validité (ou ZK), est un leader parmi ces solutions de couche 2 et a considérablement réduit le coût de computation. Dans cet article, nous explorerons comment les coûts élevés de computation ont freiné la blockchain, puis nous examinerons en détail plusieurs nouveaux cas d'utilisation désormais possibles grâce aux faibles coûts de calcul de Starknet.

Les L2 d'Ethereum

Sur Ethereum, une grande variété de solutions L2 ont été développées, principalement dans trois catégories : les rollups optimistes, les rollups à connaissance zéro (ZK) et les canaux d'état.

La particularité des rollups réside dans le fait qu'ils tirent leur sécurité d'Ethereum L1 en utilisant un réseau décentralisé de plus de 600 000 validateurs. Ils offrent également une exécution beaucoup plus rapide et moins coûteuse qu'une transaction sur le mainnet en effectuant les calculs en dehors d’Ethereum mainnet, où le calcul est moins coûteux. Cependant, pour conserver la sécurité du mainnet, ils postent périodiquement l'état du L2 sur le mainnet sous forme de lot, d'où le terme "enrouler" (Rollup) les transactions.

Qu'est-ce que Starknet ?

Starknet est un rollup de validité (communément appelé ZK rollup) développé par StarkWare qui utilise des systèmes cryptographiques appelés preuves STARKs pour réduire le coût de calcul.

Actuellement, la version mainnet de Starknet a des frais de transaction bien inférieurs à ceux d'Ethereum. Dans la version 0.13.0 (prévue pour être lancée au 3ème trimestre 2023), les coûts de transaction de Starknet devraient encore diminuer avec l'introduction de Volition (ou disponibilité de données off-chain). Actuellement, 95% des frais de transaction sur Starknet sont dus aux coûts de transaction sur le mainnet d'Ethereum (les 5% restants étant le calcul). De plus, une fois que l'EIP 4844 sera implémenté sur Ethereum mainnet, l'équipe envisage de pousser des mises à jour pour s'adapter à celui-ci dès que possible. À la suite de ces deux mises à jour, les coûts de transaction devraient considérablement diminuer.

Limitations des coûts de calcul élevés

Outre les frais exorbitants à payer pour simplement envoyer des tokens, il existe d'autres problèmes liés aux coûts de calcul élevés . Même aujourd'hui, de nombreuses applications sont limitées dans leurs cas d'utilisation en raison de ce coût élevé. Et à mesure que la technologie de la blockchain continue d'évoluer, la demande en matière de computation complexes augmentera. Les coûts élevés de calcul créent des limitations sur la croissance et l'adoption des applications décentralisées. Par exemple :

1. Transactions quotidiennes. La promesse de la "crypto-monnaie comme de l'argent liquide" n'est pas encore devenue réalité (sauf pour certaines exceptions où vous pouvez "survivre avec de la crypto"). Outre l'incertitude réglementaire, l'une des principales raisons de l'absence d'adoption quotidienne du grand public a été le coût élevé des transactions. Personne ne veut payer 1$ de frais de transaction pour un café à 2$.

2. Oracles. En raison de leur conception et de leurs principes inhérents, les blockchains ne peuvent pas récupérer de données réelles off-chain. Pour obtenir des données telles que les cours des actions, les données météorologiques, les résultats des matchs sportifs, etc, des applications spéciales appelées oracles sont utilisées. Ces oracles publient périodiquement des données on-chain, que les contrats intelligents peuvent ensuite récupérer. Cependant, en raison du coût élevé des transactions, les oracles ne peuvent pas publier régulièrement des données on-chain, ne les publiant souvent qu'à de longs intervalles. En conséquence, les données on-chain deviennent obsolètes et pourraient potentiellement entraîner de mauvaises décisions par les contrats intelligents. C'est particulièrement important pour pouvoir offrir des expériences de trading comparables au Web 2. De plus, en raison d'une exécution coûteuse, toute forme d'agrégation de données ou de calcul supplémentaire devient irréalisable.

3. Gouvernance. La gouvernance on-chain, ou le vote on-chain, est un moyen efficace de rendre les processus de prise de décision transparents et décentralisés. Jusqu'à présent, pour qu'un vote on-chain ait lieu, les électeurs devaient exprimer leur vote (en fonction de la quantité de token X qu'ils détiennent ou de tout autre mécanisme pour obtenir un pouvoir de vote) en envoyant une transaction. Cependant, pour que la gouvernance soit décentralisée, des décisions efficaces doivent être prises fréquemment et rapidement. En raison des coûts de calcul élevés , le vote on-chain est devenu un système de vote inefficace. Voter est trop cher, alors les gens ne votent tout simplement pas. Par conséquent, de nombreux projets ont opté pour une gouvernance off-chain , ce qui va à l'encontre de l'objectif des blockchains.

4. Jeux. Lorsqu'on parle de jeux on-chain, le jeu autrefois viral Axie Infinity vient à l'esprit. Dans le jeu développé par Sky Mavis, les personnages du jeu, les Axies, étaient représentés par des NFT. Cependant, la logique du jeu fonctionnait de manière similaire à tous les autres jeux traditionnels, sur un serveur centralisé. Les jeux nécessitent que les joueurs prennent de nombreuses décisions en peu de temps, chacune représentant une sorte de transaction. Et en fonction de la décision du joueur, l'intrigue du jeu peut changer, ce qui nécessite de grandes quantités de calcul. Cette limitation du calcul coûteux a fait que des jeux comme CryptoKitties et Axie Infinity ne comportaient que des composants limités on-chain. Cependant, en se présentant comme des jeux "web3", ils ont atteint une capitalisation boursière de plusieurs milliards de dollars à leur apogée, malgré le fait qu'ils ne représentaient pas véritablement le jeu sur blockchain.

Ouvrir de nouveaux cas d'utilisation grâce à une computation à faible coûts

Cependant, si nous pouvons effectuer une computation à faible coûts, nous pouvons ouvrir un nouvel ensemble de cas d'utilisation pour la blockchain. Starknet est déjà actif sur le mainnet et traite des dizaines de milliers de transactions chaque jour (avec plus de 7 millions de transactions effectuées à ce jour). Comme mentionné, une fois que l'EIP-4844 sera intégré, le coût des transactions diminuera considérablement.

Examinons certains des cas d'utilisation que ce calcul économique sur Starknet permet.

Transactions abordables et abstraction de compte

Le plus simple de tous est qu'avec des transactions bon marché vient une utilisation quotidienne. Payer votre café ne vous coûte désormais que quelques centimes (ou même une fraction de centime). De plus, grâce à l'abstraction de compte, votre portefeuille de crypto-monnaie fonctionne de manière similaire à un portefeuille traditionnel. Tout comme vous conservez l'essentiel de vos finances dans un compte d'épargne sécurisé, vous stockez la majorité de vos actifs dans un portefeuille avec plusieurs couches de sécurité (par exemple, nécessitant qu'une personne de confiance co-signe de gros transferts ou utilisant une clé privée unique).

Transformer les flux de données avec une computation on-chain abordable

Avec l'introduction d’une computation à faible coûts on-chain, les oracles auront un aspect très différent de celui d'aujourd'hui.

Tout d'abord, des mises à jour fréquentes des flux d'oracle deviennent possibles puisque les transactions individuelles coûtent beaucoup moins cher. Cela se traduira par des flux de données plus précis et permettra de développer davantage de cas d'utilisation pour les utilisateurs afin de construire des marchés basés sur ces données (protocoles d'options complexes, marchés de prévision, etc.).

Puisque Starknet est un rollup, il doit envoyer périodiquement un engagement sur le mainnet d'Ethereum pour mettre à jour l'état du rollup (généralement l'écart entre les engagements peut aller de quelques minutes à quelques heures). Cet engagement est l'un des coûts majeurs qu'un utilisateur paie lorsqu'il paie les frais de transaction sur un L2. Cependant, les rollups ne doivent s'engager que sur le dernier état sur le L1. Écraser plusieurs fois le même emplacement de stockage dans un seul bloc n'entraîne pas de coûts de stockage élevés. Dans le cas des oracles, si une variable (par exemple, le prix d'un actif) est mise à jour fréquemment dans le même engagement, le coût sur le L1 serait toujours équivalent à une seule écriture, car seul l'état final est publié sur le mainnet en tant que calldata.

Les flux de calcul — ou flux de données agrégées et calculées — deviennent possibles grâce au coût d'exécution moins cher. Dans la finance traditionnelle, les applications financières utilisent des flux de données sophistiqués, incluant le risque, le rendement et la volatilité. Des équipes comme Pragma travaillent à apporter ces flux au web3. Pragma a déjà deux flux de calcul en direct sur le testnet Starknet : un indice de volatilité et une courbe de rendement.

L'utilisation des preuves de stockage changera également le paysage des oracles. Les preuves de stockage sont un moyen cryptographique de suivre le stockage. L'utilisation de ces engagements cryptographiques permet de prouver sans confiance qu'un état particulier existait à un moment donné (ou à un bloc spécifique, dans le cas des blockchains). Pour vérifier ces preuves, des calculs sont nécessaires (bien qu'ils soient très légers), et le calcul économique améliorera l'expérience utilisateur. Avec les preuves de stockage, il devient possible de transférer des informations entre différentes chaînes de manière décentralisée, d'offrir des données historiques de la blockchain, et bien plus encore. Si vous souhaitez approfondir les preuves de stockage, consultez notre article sur Medium.

La transition vers une logique de jeu sur chaîne

L'univers des jeux vidéo est immense. Aux États-Unis, le plus grand marché de jeux, le chiffre d'affaires annuel généré par les jeux vidéo s'élève à un impressionnant 54 milliards de dollars. Bien que les jeux basés sur la blockchain aient récemment été sous les projecteurs, ils appartiennent principalement à la catégorie "web2.5" plutôt qu'à de véritables jeux "web3".

Pour qu'un jeu soit véritablement considéré comme un jeu de blockchain, il doit :

Pour que la logique d'un jeu soit entièrement sur chaîne, une exécution bon marché est essentielle.

Pour qu'un jeu soit considéré comme un jeu Web3, un test élémentaire "de témoin" pourrait être de savoir si le jeu pourrait survivre si les développeurs derrière le jeu disparaissaient soudainement. Cela ressemble beaucoup à la façon dont un contrat intelligent vit sur la chaîne ; peu importe si le développeur du contrat intelligent est toujours actif ou non, le jeu devrait continuer. Différentes interfaces pourraient être construites sur la logique du jeu si les mécaniques de jeu de base et les règles sont sur la chaîne. D'un autre côté, les développeurs seraient incités à construire avec des jetons spécifiques au jeu. Même si aucun grand jeu n'est actuellement entièrement construit sur la chaîne, plusieurs projets sur Starknet vont dans la bonne direction, y compris Realms et Influence.

Des développeurs de l'écosystème, comme Dojo, travaillent à fournir un cadre ECS (Entity-Component-System) open source pour l'écosystème Starknet. Un cadre ECS est un modèle de conception de base utilisé pour construire des jeux de manière modulaire. Par exemple, pour le cas de Mario Kart, Mario et sa voiture seraient des entités, la position et la vitesse des voitures seraient des composants et la logique des collisions de voitures serait mise en œuvre comme un système. Le développeur du jeu utiliserait ensuite ces composants pour construire le jeu. Des projets comme celui-ci sont nécessaires à mesure que l'écosystème grandit, et de plus en plus de développeurs de jeux rejoignent pour construire des jeux sur Starknet.

Applications IA transparentes

Avec le buzz récent autour de l'intelligence artificielle, il semble que l'IA pourrait bientôt être intégrée à notre univers numérique. Bien qu'il ne soit pas certain que les modèles d'IA soient mis sur chaîne, plusieurs raisons pourraient rendre cela bénéfique. Et un calcul économique est indispensable pour ces cas d'utilisation.

1. L'inférence vérifiable signifie que les modèles sont pré-entraînés sur des serveurs centralisés. Cependant, une fois l'entraînement terminé, les poids du modèle pourraient être publiés sur la chaîne. Une fois cela fait, les entrées pourraient être transmises au modèle sur chaîne, et les sorties maintiendraient la transparence avec l'utilisateur ayant la preuve du modèle générant une certaine sortie.

2. Des ensembles de modèles sur chaîne pourraient être rendus possibles si le calcul est suffisamment économique pour que les modèles soient exécutés pour générer des sorties sur chaîne. Les sorties de plusieurs modèles pourraient ensuite être agrégées pour former un modèle "ensemble" couramment utilisé dans les applications ML.

3. L'entraînement vérifiable signifierait que les modèles pourraient être entraînés sur la chaîne, en maintenant une preuve vérifiable d'un entraînement bienveillant sans introduire de biais externes. Il s'agit peut-être de l'application la plus intensive en calcul parmi celles mentionnées ci-dessus et aussi la moins susceptible d'être mise en service prochainement. De nos jours, les grands modèles d'IA/ML prennent des jours (ou des années) pour être formés sur des GPU avec d'énormes ressources. De plus, la génération de preuves S[N/T]ARK pour le calcul effectué lors de l'entraînement serait un surcoût actuellement. De plus, Cairo fonctionne spécifiquement sur des CPU (qui sont beaucoup plus lents que les GPU).

Source: https://www.moduluslabs.xyz

Giza et Modulus Labs (également abrégé en ML) font partie des principales équipes de recherche travaillant à l'introduction de l'IA sur chaîne en utilisant des preuves ZK.

Quel est l'avenir de Starknet ?

Dans un avenir proche, la feuille de route de Starknet se concentre sur la performance et une meilleure expérience utilisateur. On prévoit une augmentation du débit, une réduction de la latence et des frais de transaction plus bas d'ici le troisième trimestre 2023. Pour plus de détails sur les plans de développement, vous pouvez vous référer à la feuille de route donnée ici.

Cairo est spécialement conçu pour la preuve STARK, ce qui le rend optimal pour exploiter les avantages des systèmes de preuve algébrique et garantir des processus de calcul et de vérification efficaces.

Starknet est conçu pour la scalabilité, garantissant qu'il peut accueillir une croissance exponentielle sans sacrifier la sécurité ou la décentralisation.

Conclusion

Avec les recherches intensives autour de l'espace "blockchain modulaire", l'objectif de "rassembler un milliard d'utilisateurs" se rapproche de plus en plus. Et avec Starknet, le calcul à faible coût est disponible et ne cesse de devenir de moins en moins cher.

Le livre Starknet offre un excellent point de départ pour les développeurs qui entament leur voyage avec Cairo pour Starknet. Les chapitres 0 à 2 fournissent notamment une introduction à divers sujets.