La blockchain est une technologie révolutionnaire qui permet un échange de données sécurisé et transparent. Il utilise une série de couches pour stocker et traiter les informations, appelées couches 0 à 3. Chaque couche a son propre objectif et sa propre fonction, permettant de créer un système complet capable de gérer une grande variété de transactions.
La blockchain est définie comme une technologie de registre distribué (DLT) qui facilite l'échange sécurisé et fiable d'actifs numériques entre deux ou plusieurs parties. Il s'agit d'un système unique qui fonctionne comme un réseau ouvert et décentralisé permettant de stocker des données sur plusieurs ordinateurs à la fois.
Couche 1
Afin de valider et finaliser les transactions, la couche 1 est la blockchain de base sur laquelle plusieurs autres couches peuvent être construites. Ils peuvent fonctionner indépendamment des autres blockchains.
La couche 1 peut être décomposée en trois segments :
Couche de données- responsable du stockage de toutes les données liées aux transactions au sein du réseau. Cela inclut des éléments tels que l'historique des transactions, les soldes, les adresses, etc. Cette couche permet également de valider chaque transaction en utilisant des algorithmes cryptographiques (hachage) pour garantir l'exactitude et la sécurité.
Couche réseau - responsable de la gestion des communications entre les utilisateurs sur le réseau blockchain. Il est chargé de diffuser les transactions et autres messages sur le réseau, ainsi que de vérifier l'exactitude et la légitimité de ces messages.
Couche de consensus- permet à la blockchain de parvenir à un accord sur un ensemble de règles que tous les utilisateurs doivent suivre lors de la réalisation de transactions. Il garantit que toutes les transactions sont valides et à jour en utilisant des algorithmes de consensus tels que la preuve de travail, la preuve de participation ou la tolérance aux pannes byzantine.
La couche application/contrat intelligent est l’endroit où la plupart des fonctionnalités se déroulent au sein d’un réseau blockchain. Cette couche contient du code (ou des contrats intelligents) qui peut être utilisé pour construire des applications qui s'exécutent au-dessus de l'écosystème blockchain. Ces applications sont capables d'exécuter des transactions et de stocker des données de manière sécurisée et distribuée. Tous les protocoles de couche 1 n'ont pas de fonctionnalité de contrat intelligent.
Des exemples de tels réseaux sont Bitcoin, Solana, Ethereum et Cardano, qui possèdent tous leur propre jeton natif. Ce jeton est utilisé à la place des frais de transaction et incite les participants au réseau à rejoindre un réseau.
Bien que ces pièces aient des dénominations différentes en fonction du projet sous-jacent, leur objectif reste inchangé : fournir un mécanisme de soutien économique aux fonctionnalités de la blockchain.
Les réseaux de couche 1 ont des problèmes de mise à l'échelle, car la blockchain a du mal à traiter le nombre de transactions requis par le réseau. Cela entraîne une augmentation drastique des frais de transaction.
Le trilemme de la blockchain, un terme inventé par Vitalik Buterin, est souvent invoqué lors des discussions sur les solutions potentielles à ce problème ; il faut essentiellement trouver un équilibre entre décentralisation, sécurité et évolutivité.
Beaucoup de ces approches comportent leurs propres compromis ; comme le financement de supernodes – achetant ainsi des superordinateurs et de gros serveurs – afin d’augmenter l’évolutivité tout en créant une blockchain intrinsèquement centralisée.
Approches pour résoudre le trilemme de la blockchain :
Augmenter la taille du bloc
L'augmentation de la taille des blocs d'un réseau de couche 1 peut traiter efficacement davantage de transactions. Cependant, il n’est pas possible de conserver un bloc infiniment grand, car des blocs plus grands entraînent des vitesses de transaction plus lentes en raison des besoins accrus en données et d’une décentralisation réduite. Cela constitue une limite à l'évolutivité en raison de l'augmentation de la taille des blocs, limitant ainsi l'amélioration des performances au prix potentiel d'une sécurité réduite.
Changer le mécanisme de consensus
Bien que les mécanismes de preuve de travail (POW) existent toujours, ils sont moins durables et évolutifs que leurs homologues de preuve de participation (POS). C’est pourquoi Ethereum est passé du POW au POS ; l'intention est de fournir un algorithme de consensus plus sûr et plus fiable qui produit de meilleurs résultats en termes d'évolutivité.
Partage
Le partitionnement est une technique de partitionnement de base de données utilisée pour faire évoluer les performances des bases de données distribuées. En segmentant et en distribuant un registre blockchain sur plusieurs nœuds, le partitionnement offre une évolutivité améliorée qui augmente le débit des transactions, car plusieurs fragments peuvent traiter les transactions en parallèle. Cela se traduit par des performances améliorées et un temps de traitement considérablement réduit par rapport à l’approche série traditionnelle.
C’est comme manger un gâteau divisé en tranches. De cette manière, même en cas d'augmentation du volume de données ou de congestion du réseau, les réseaux fragmentés sont beaucoup plus efficaces car tous les nœuds participants travaillent ensemble de manière synchrone pour traiter les transactions.
Couche2
Les protocoles de couche 2 sont construits au-dessus de la blockchain de couche 1 pour résoudre ses problèmes d'évolutivité sans surcharger la couche de base.
Cela se fait en créant un cadre secondaire, appelé « hors chaîne », qui permet un meilleur débit de communication et des temps de transaction plus rapides que ce que la couche 1 peut prendre en charge.
Grâce aux protocoles de couche 2, les vitesses de transaction sont améliorées et le débit des transactions est augmenté, ce qui signifie que davantage de transactions peuvent être traitées simultanément sur une période de temps définie. Cela peut être incroyablement bénéfique lorsque le réseau principal devient encombré et ralentit, car cela contribue à réduire les coûts des frais de transaction et à améliorer les performances globales.
Voici plusieurs façons dont Layer2s résout le trillema d’évolutivité :
Canaux
Les canaux fournissent une solution de couche 2 qui permet aux utilisateurs d'effectuer plusieurs transactions hors chaîne avant qu'elles ne soient signalées sur la couche de base. Cela permet des transactions plus rapides et plus efficaces. Il existe deux types de canaux : les canaux de paiement et les canaux étatiques. Les canaux de paiement permettent uniquement des paiements, tandis que les canaux étatiques permettent des activités beaucoup plus larges comme celles qui auraient normalement lieu sur la blockchain, comme la gestion des contrats intelligents.
L'inconvénient est que les utilisateurs participants doivent être connus du réseau, donc une participation ouverte est hors de question. De plus, tous les utilisateurs devront verrouiller leurs jetons dans un contrat intelligent multi-signatures avant de s'engager sur la chaîne.
Plasma
Créé par Joseph Poon et Vitalik Buterin, le framework Plasma utilise des contrats intelligents et des arbres numériques pour créer des « chaînes enfants », qui sont des copies de la blockchain originale, également connue sous le nom de « chaîne parent ».
Cette méthode permet de transférer les transactions de la chaîne principale vers la chaîne enfant, améliorant ainsi la vitesse des transactions et réduisant les frais de transaction, et fonctionne bien avec des cas spécifiques tels que les portefeuilles numériques.
Les développeurs de Plasma l'ont conçu spécifiquement pour garantir qu'aucun utilisateur ne puisse effectuer de transaction avant la fin d'une période d'attente particulière.
Cependant, ce système ne peut pas être utilisé pour aider à faire évoluer les contrats intelligents à usage général.
Chaînes latérales
Les sidechains, qui sont des blockchains fonctionnant en parallèle à la blockchain principale ou couche 1, présentent plusieurs caractéristiques distinctes qui les distinguent des blockchains classiques. Les sidechains sont livrés avec leurs propres blockchains indépendantes, utilisant souvent des mécanismes de consensus différents et ayant des exigences de taille de bloc différentes de celles de la couche 1.
Cependant, malgré le fait que les sidechains disposent de leurs propres chaînes indépendantes, elles se connectent toujours à la couche 1 en utilisant une machine virtuelle partagée. Cela signifie que tous les contrats ou transactions pouvant être utilisés sur les réseaux de couche 1 sont également disponibles pour une utilisation sur les chaînes latérales, créant ainsi une vaste infrastructure d'interopérabilité entre les deux types de chaînes.
Cumuls
Les rollups réalisent la mise à l'échelle en regroupant plusieurs transactions sur la sidechain en une seule transaction sur la couche de base et en utilisant des SNARK (argument succinct non interactif de connaissance) comme preuves cryptographiques.
Bien qu'il existe deux types de cumuls – les cumuls ZK et les cumuls optimistes – les différences résident dans leur capacité à se déplacer entre les couches.
Les cumuls optimistes utilisent une machine virtuelle qui permet une migration plus facile de la couche 1 vers la couche 2, tandis que les cumuls ZK renoncent à cette fonctionnalité pour une plus grande efficacité et vitesse.
Couche0
Les protocoles de couche 0 jouent un rôle central en permettant le mouvement des actifs, en perfectionnant l'expérience utilisateur et en réduisant les obstacles associés à l'interopérabilité entre les chaînes. Ces protocoles fournissent aux projets blockchain de couche 1 une solution efficace pour contrer des problèmes majeurs, tels que la difficulté de se déplacer entre les écosystèmes de couche 1.
Il n’existe pas une seule conception pour un ensemble de protocoles Layer0 ; des mécanismes de consensus et des paramètres de bloc distincts peuvent être adoptés à des fins de différenciation. Certains jetons Layer0 servent de filtre anti-spam efficace, dans la mesure où les utilisateurs doivent mettre en jeu ces jetons avant de pouvoir accéder aux écosystèmes associés.
Cosmos est un protocole de couche 0, réputé pour sa suite d'outils open source, composée de Tendermint, Cosmos SDK et IBC. Ces offres permettent aux développeurs de construire de manière transparente leurs propres solutions blockchain dans un environnement interopérable ; l'architecture mutualiste permet aux composants d'interagir librement les uns avec les autres. Cette vision collaborative d’un monde virtuel s’est concrétisée dans Cosmoshood, telle qu’elle a été inventée avec amour par ses fidèles adeptes – permettant aux réseaux blockchain de prospérer de manière indépendante tout en existant collectivement, incarnant « l’Internet de la blockchain ».
Un autre exemple courant est Polkadot.
Couche 3
La couche 3 est le protocole qui alimente les solutions basées sur la blockchain. Généralement appelée « couche application », elle fournit des instructions à traiter par les protocoles de couche 1. Cela permet aux dapps, aux jeux, au stockage distribué et à d’autres applications construites sur une plate-forme blockchain de fonctionner correctement.
Sans ces applications, les protocoles de couche 1 à eux seuls seraient d’une utilité assez limitée ; La couche 3 est essentielle pour libérer leur pouvoir.
Couche 4 ?
La couche 4 n'existe pas, les couches discutées sont appelées les quatre couches de la blockchain, mais c'est parce que nous commençons à compter à partir de 0 dans le monde de la programmation.
Conclusion
L'évolutivité des réseaux blockchain dépend fortement de leur architecture et de la pile technologique qu'ils utilisent. Chaque couche d'un réseau remplit un objectif important en permettant un plus grand débit et une plus grande interopérabilité avec d'autres blockchains. Les protocoles de couche 1 forment la couche de base ou la blockchain principale, tandis que les sidechains, les rollups et les protocoles de couche 0 fournissent une prise en charge supplémentaire pour la mise à l'échelle.
Les protocoles de couche 3 fournissent des instructions qui permettent aux utilisateurs d'accéder aux applications construites sur l'ensemble du système. Ensemble, ces éléments contribuent tous à créer une puissante infrastructure sans confiance, capable de gérer des transactions à grande échelle en toute sécurité.