Présentation de Plonky2

La division Polygon Zero de Polygon Labs concentre ses efforts sur l’utilisation des preuves à divulgation nulle de connaissance afin de permettre à Ethereum de passer à l’échelle pour accueillir un milliard d’utilisateurs, tout en préservant la décentralisation et la sécurité. Atteindre cet objectif ambitieux suppose la création de systèmes de preuve rapides et efficaces. Plonky2 marque une avancée majeure en cryptographie ZKP, en réunissant les forces de plusieurs systèmes de preuve au sein d’une solution unique, hautement optimisée.

Plonky2 est un SNARK récursif qui améliore nettement les performances par rapport aux alternatives existantes, tout en maintenant une compatibilité native avec Ethereum. En synthétisant PLONK et FRI (Fast Reed-Solomon Interactive Oracle Proofs), Plonky2 hérite des meilleurs attributs des STARKs—notamment la rapidité de génération des preuves et l’absence de configuration de confiance initiale—et des SNARKs, offrant la prise en charge de la récursivité et des coûts de vérification réduits sur Ethereum.

Récursivité

La récursivité figure parmi les capacités les plus puissantes des systèmes de preuve à divulgation nulle de connaissance. Les SNARKs ont la faculté unique de vérifier des calculs arbitraires, et comme la vérification d’un SNARK est elle-même un calcul, ils peuvent vérifier d’autres SNARKs. Cette propriété récursive de Plonky2 ouvre la voie à des progrès décisifs en matière de scalabilité.

Imaginons un cas concret où des validateurs doivent prouver la validité de 1 000 transactions. Générer une preuve unique pour l’ensemble des 1 000 transactions simultanées serait coûteux et chronophage. Une approche plus efficace consiste à répartir la charge sur 1 000 machines parallèles, chacune produisant une preuve individuelle pour une transaction. Ensuite, ces preuves sont agrégées de manière récursive via plusieurs couches successives, où chaque preuve valide deux preuves issues de la couche précédente. Ce processus hiérarchique se poursuit jusqu’à ce qu’une seule preuve atteste de la validité de toutes les transactions.

Cette architecture récursive de Plonky2 présente de nombreux avantages : elle réduit le temps de calcul, minimise les ressources nécessaires et favorise la décentralisation en répartissant la génération des preuves sur plusieurs nœuds.

Efficacité

Les preuves récursives constituent la base de la scalabilité blockchain. L’évolution de cette technologie témoigne d’une progression rapide : au lancement de Mir (devenue Polygon Zero) en 2019, la génération d’une preuve récursive prenait environ deux minutes sur du matériel informatique performant. En 2020, ces preuves ont été déployées sur Ethereum, avec des temps de génération réduits à 60 secondes. Le protocole Halo a accéléré ce processus, mais a sacrifié la compatibilité avec Ethereum.

En 2021, Polygon Zero s’est fixé l’objectif d’obtenir des preuves récursives en moins d’une seconde, tout en préservant la compatibilité avec Ethereum. Le progrès apporté par Plonky2 repose sur la reconnaissance que FRI, le schéma d’engagement polynomial au cœur des STARKs, pouvait offrir des gains de performance substantiels pour les SNARKs récursifs—une connexion inattendue, quand des implémentations comme Fractal nécessitaient environ 10 minutes pour générer une preuve.

FRI présente en effet des propriétés mathématiques exceptionnelles. Il permet l’utilisation de champs de 64 bits, et les chercheurs de Polygon ont identifié le Goldilocks Field, dont le module facilite des opérations arithmétiques extrêmement efficaces sur les architectures CPU modernes. En le combinant avec PLONK, FRI autorise des portes personnalisées avec un nombre de fils bien plus élevé, ce qui permet d’optimiser les circuits Plonky2 pour la récursivité efficace.

Ce croisement entre innovations mathématiques, expertise cryptographique et optimisation bas niveau a permis une avancée majeure : la génération d’une preuve récursive avec Plonky2 nécessite seulement 170 millisecondes sur un MacBook Pro, soit une amélioration remarquable par rapport aux solutions existantes.

Tailles des preuves

Plonky2 améliore les performances autant pour les preuves récursives que pour la génération de preuves non récursives. Les systèmes basés sur FRI sont traditionnellement confrontés à un compromis : générer des preuves rapidement, mais avec des tailles plus importantes (ce qui augmente les coûts de vérification sur Ethereum), ou produire des preuves plus compactes au prix de temps de calcul plus longs. Les alternatives doivent choisir entre ces deux options sous-optimales.

Plonky2 supprime ce compromis grâce à son architecture. Si la rapidité de génération est prioritaire, le système optimise pour la vitesse. Lorsque ces preuves sont agrégées récursivement, la preuve finale peut être vérifiée par un circuit compact, optimisé pour la réduction de la taille. Cette approche en deux étapes permet d’obtenir des preuves de 45 kilo-octets en seulement 20 secondes, un délai négligeable puisque les preuves sont uniquement générées lors de la soumission sur Ethereum. Cette capacité réduit considérablement les coûts opérationnels par rapport aux autres solutions.

Compatibilité

Plonky2 offre une compatibilité native avec la blockchain Ethereum. Le processus de vérification s’appuie uniquement sur la fonction de hachage cryptographique keccak-256, assurant son intégration à l’infrastructure Ethereum existante. Selon une analyse préliminaire, la vérification d’une preuve Plonky2 optimisée sur Ethereum requiert environ 1 million d’unités de gas.

Cependant, cette consommation de gas provient principalement du coût de publication CALLDATA pour déposer la preuve sur la chaîne. Si la tarification CALLDATA était modifiée via l’EIP-4488, le coût de vérification pourrait descendre entre 170 000 et 200 000 unités de gas. Cette réduction ferait de Plonky2 non seulement un système de génération de preuve rapide, mais aussi une solution de vérification économique sur Ethereum.

Conclusion

Plonky2 constitue une avancée majeure dans la technologie des preuves à divulgation nulle de connaissance et représente une étape fondamentale pour l’infrastructure de passage à l’échelle d’Ethereum. Le développement de Plonky2 par Polygon Zero démontre qu’il est possible de conjuguer innovation mathématique et excellence technique pour surmonter les limites des systèmes de preuve. Alors que les solutions layer-2 ZKP suscitent un intérêt croissant, les implémentations actuelles reposent sur des primitives cryptographiques qui imposent des contraintes d’efficacité et de scalabilité.

À mesure que le secteur des solutions layer-2 évolue, la différenciation reposera de plus en plus sur la capacité de traitement et les coûts opérationnels. Plonky2 fournit à l’écosystème Polygon des outils fondamentaux pour construire des systèmes layer-2 aux performances et à la scalabilité supérieures, et s’impose comme une technologie de rupture pour l’évolution des solutions de passage à l’échelle d’Ethereum.

FAQ

Qu’est-ce que Plonky2 ? Quelles sont ses principales caractéristiques et avantages ?

Plonky2 est une technologie ZK-SNARK récursive développée par Polygon, cent fois plus rapide que les alternatives existantes et pleinement compatible avec Ethereum. Elle combine les atouts de PLONK et FRI pour une génération rapide de preuves et une scalabilité accrue.

Quelles différences entre Plonky2 et d’autres frameworks de preuve ZKP comme Circom et ZoKrates ?

Plonky2 utilise de petits Goldilocks fields et supporte une récursivité efficace, offrant des performances supérieures à Circom et ZoKrates. Elle permet des temps de génération optimaux et des niveaux de sécurité accrus.

Quels sont les principaux cas d’utilisation de Plonky2 ?

Plonky2 s’utilise principalement pour la protection de la confidentialité sur blockchain, les solutions de passage à l’échelle layer-2 et la vérification cryptographique. Elle permet la génération de preuves ZKP pour des transactions sécurisées et la vérification de smart contracts.

Comment construire et vérifier des preuves ZKP avec Plonky2 ?

Plonky2 permet de générer des preuves pour des calculs vérifiables arbitraires, avec une composition récursive efficace. L’optimisation des circuits via des portes personnalisées améliore la performance et la scalabilité.

Quelles sont les performances de Plonky2 ? Quelle est la vitesse de génération et de vérification des preuves ?

Plonky2 génère des preuves récursives en 0,17 seconde sur un MacBook Pro, soit une amélioration de vitesse par cent par rapport aux solutions existantes. La vérification s’effectue en environ 20 secondes, assurant des performances remarquables pour les applications ZKP.

Plonky2支持哪些编程语言和开发环境？

Plonky2 prend principalement en charge le langage Rust, destiné aux développeurs expérimentés sous Rust. Il fournit un environnement de développement performant pour les preuves ZKP, et permet la construction de systèmes modulaires et extensibles.

Quel est le lien entre Plonky2 et l’algorithme Plonk ? Pourquoi ce nom Plonky2 ?

Plonky2 est une version améliorée de Plonk qui remplace les engagements KZG par les engagements FRI issus de la technologie STARK. Le nom Plonky2 reflète son évolution, combinant l’efficacité de Plonk et la résistance quantique et la rapidité de FRI dans la génération des preuves.