Composabilité atomique dans un environnement multi-rollup

Définir la composabilité atomique

La composabilité atomique désigne la faculté d’exécuter plusieurs opérations sur différents systèmes comme une seule unité indivisible : soit elles réussissent toutes ensemble, soit aucune n’est réalisée. Dans les blockchains monolithiques traditionnelles, cette propriété est intrinsèque : les applications développées sur une même chaîne bénéficient naturellement d’une libre composabilité, car les transactions s’effectuent dans un état global unique. Ainsi, une bourse décentralisée peut interagir avec un protocole de prêt au sein d’une même transaction, sans risque d’achèvement partiel.

Dans un environnement multi-rollups, cette propriété est compromise. Chaque rollup maintient son propre état et sa propre chronologie d’exécution, ce qui signifie qu’une transaction sur un rollup peut être finalisée sans tenir compte d’une autre. En l’absence de couche de coordination, une opération inter-rollups, telle que le verrouillage d’un actif sur le Rollup A et l’émission d’un dérivé sur le Rollup B, ne peut garantir l’atomicité. Cela crée des risques d’échec partiel, de double exposition ou d’immobilisation de fonds. Les mécanismes de composabilité atomique visent à rétablir cette garantie au sein des écosystèmes modulaires.

Inclusion atomique versus exécution atomique

Deux formes d’atomicité se distinguent dans les architectures à séquenceur partagé : l’inclusion atomique et l’exécution atomique. L’inclusion atomique garantit que les transactions impliquant plusieurs rollups sont ordonnées ensemble, dans le même lot ou bloc. Par exemple, une opération de verrouillage sur le Rollup A et une opération d’émission sur le Rollup B sont incluses ou exclues conjointement, ce qui évite les situations où l’une est prise en compte, mais pas l’autre. Cette propriété concerne uniquement l’ordre, sans se prononcer sur le résultat final.

L’exécution atomique va plus loin, en assurant que toutes les opérations aboutissent ou échouent globalement lors de leur exécution. Pour y parvenir, il est nécessaire de connaître l’état de chaque rollup au moment de l’ordonnancement, afin que le séquenceur ou le builder puisse garantir la non-réversion des transactions dépendantes. Dans la pratique, cette exigence s’avère particulièrement complexe. Les rollups peuvent recourir à différentes machines virtuelles, systèmes de preuves et logiques d’exécution, ce qui rend la validation synchrone des états entre divers environnements très onéreuse et techniquement difficile.

La plupart des réseaux de séquenceurs partagés actuels proposent l’inclusion atomique sans garantir l’exécution atomique. Par exemple, Astria regroupe les transactions inter-rollups, mais n’assure pas le suivi des transitions d’état, laissant les garanties d’exécution à la logique de chaque rollup. Des initiatives de recherche—comme Espresso ou l’écosystème PBS (Proposer-Builder Separation) d’Ethereum—explorent l’intégration des preuves d’état dans l’ordonnancement, mais ces approches restent, à ce stade, expérimentales.

Pourquoi la composabilité atomique est-elle déterminante ?

La composabilité représente le socle de la finance décentralisée et du design des applications Web3. Les stratégies de rendement, les prêts flash et l’arbitrage inter-protocoles reposent tous sur la possibilité d’enchaîner plusieurs actions sans exposition à l’échec partiel. Sans composabilité, les utilisateurs doivent s’en remettre à des ponts, à des intermédiaires ou à une coordination hors chaîne, ce qui introduit inévitablement de la latence et des risques pour la sécurité.

Dans un écosystème de rollups fragmenté, le manque de composabilité menace les effets de réseau à l’origine du succès de la DeFi sur Ethereum. Les réseaux de séquenceur partagé permettent en partie de résoudre ce problème en offrant un ordonnancement synchronisé, mais tant que l’exécution atomique totale n’est pas assurée, certaines stratégies avancées demeurent irréalisables. Ce compromis est au cœur des réflexions actuelles sur la souveraineté des rollups ou leur convergence vers des couches d’état mutualisées.

Approches actuelles pour garantir l’atomicité

Les solutions actuelles de composabilité atomique adoptent une approche multi-couches, non monolithique. L’une de ces approches consiste à utiliser des ponts inter-rollups optimistes, où les transactions sont regroupées de manière atomique, mais leur finalisation repose sur des preuves de fraude ou de validité propres à chaque rollup. Une autre méthode repose sur des architectures orientées intention, où des solveurs ou builders coordonnent des actions multi-chaînes hors chaîne pour les soumettre, agrégées, à des séquenceurs partagés. Ces modèles simplifient la complexité en externalisant une partie de la logique de coordination, tout en s’appuyant sur l’ordonnancement partagé pour garantir la séquence d’exécution.

La recherche autour des « superbuilders » pousse le concept plus loin. Un superbuilder maintient une connaissance partielle ou complète de l’état de plusieurs rollups, de manière à permettre une exécution atomique réelle grâce à la construction de lots inter-rollups validés au regard de l’état lors de leur inclusion. Ce modèle rappelle le fonctionnement des chercheurs de MEV inter-domaines, et fait l’objet d’expérimentations dans le cadre de la feuille de route orientée rollups d’Ethereum.

Des projets comme Espresso proposent des ventes aux enchères de séquençage partagé, où les builders rivalisent pour inclure des lots inter-rollups bénéficiant de garanties de composabilité. Les premiers retours montrent une réduction de la latence et du slippage pour les stratégies d’arbitrage, même si les problématiques de gestion des réorganisations et de divergence d’état entre rollups persistent.

Défis de la mise en œuvre de l’exécution atomique

L’exécution atomique entre rollups se heurte à des obstacles fondamentaux. Le premier tient à l’hétérogénéité : chaque rollup peut recourir à un système de preuve distinct (zk-SNARK, STARK, preuve de fraude optimiste) et à une machine virtuelle propre (EVM, WASM, VM dédiée), ce qui rend la vérification synchrone des états particulièrement coûteuse. Un séquenceur qui chercherait à valider tous les états risquerait rapidement d’engorger le système.

Le second défi concerne la latence. La vérification simultanée en temps réel de plusieurs états de rollups peut introduire des délais préjudiciables à l’expérience utilisateur et annuler l’avantage de faible latence des séquenceurs centralisés. Les modèles hybrides, qui ne valident par l’état que les lots critiques, offrent une forme de compromis mais ajoutent de la complexité au design de l’ensemble.

La sécurité économique constitue une préoccupation majeure. Les réseaux de séquenceur partagé deviennent des cibles de grande valeur, notamment lorsqu’ils coordonnent l’exécution atomique pour des applications financières. Les mécanismes d’incitation doivent aligner les intérêts des validateurs avec le bon comportement, tandis que les conditions de slashing doivent être conçues de façon à sanctionner la collusion ou la censure, sans pénaliser la participation honnête.

Conséquences pour les développeurs d’applications

Pour les développeurs d’applications inter-rollups, la distinction entre inclusion et exécution s’avère essentielle. Les solutions nécessitant uniquement un ordonnancement synchronisé—comme les enchères groupées ou la gouvernance inter-chaînes—peuvent fonctionner sur les réseaux actuels de séquenceur partagé. À l’inverse, les applications qui exigent une exécution garantie sur plusieurs rollups—telles que des stratégies DeFi complexes ou des produits dérivés composables—doivent intégrer des mécanismes supplémentaires, comme le retour arrière, l’engagement sous séquestre, ou le règlement différé.

L’essor des API de séquenceurs partagés et des protocoles à base d’intentions pourrait, à terme, masquer en grande partie cette complexité. Les développeurs pourraient simplement exprimer le résultat recherché (par exemple : « swap sur le Rollup A, prêter sur le Rollup B si le taux dépasse X ») et confier à des solveurs et séquenceurs le soin de garantir une exécution atomique. Ce modèle s’inscrit dans la tendance aux intentions généralisées, portée par des projets comme Anoma et SUAVE, qui visent à unifier la liquidité et la composabilité à l’échelle de chaînes fragmentées.