Évolutivité de la blockchain
La structure sous-jacente des réseaux décentralisés de la blockchain est actuellement confrontée à un défi unique appelé le trilemme de la blockchain : l'équilibre entre la décentralisation, la sécurité et l'évolutivité de l'infrastructure de la blockchain.
La décentralisation de la blockchain fait référence à la répartition significative de la puissance de calcul et au consensus sur l'ensemble du réseau. Tandis que la sécurité reflète les défenses du protocole blockchain contre les acteurs malveillants et les cyberattaques. Les deux sont considérés comme indispensables au fonctionnement d’un réseau blockchain.
L'évolutivité fait référence à la capacité d'un réseau blockchain à prendre en charge un débit de transaction élevé et une croissance future. L'évolutivité est importante car elle représente le seul moyen pour les réseaux blockchain de concurrencer raisonnablement les plates-formes centralisées, avec des délais de règlement rapides.
Une comparaison couramment utilisée pour souligner les lacunes en matière d'évolutivité est que Bitcoin traite entre 4 et 7 transactions par seconde (TPS). D'un autre côté, Visa traite des milliers de TPS. Pour rivaliser avec ces systèmes existants, la technologie blockchain doit égaler ou dépasser ce haut niveau d’évolutivité.
Les solutions de mise à l'échelle Layer-1 et Layer-2 sont nées pour surmonter ces problèmes.
Concepts de base de la couche 1 et de la couche 2
La couche 1 (couche 1) fait référence à une blockchain sous-jacente telle que Bitcoin, Ethereum.
La couche 2 (Layer 2) est une couche réseau superposée au-dessus des blockchains de plate-forme telles que Lightning Network, Polygon... qui peut être utilisée avec la blockchain de couche 1.
Solution d'extension de couche 1
Les solutions de mise à l'échelle de couche 1 améliorent la couche de base du protocole blockchain lui-même pour améliorer l'évolutivité.
Voici comment fonctionne la couche 1 : les solutions de couche 1 modifient directement les règles du protocole pour augmenter la capacité et la vitesse des transactions, tout en accueillant davantage d'utilisateurs et de données.
Les solutions de mise à l'échelle de couche 1 peuvent impliquer des exigences telles que l'augmentation de la quantité de données contenues dans chaque bloc ou l'augmentation de la vitesse à laquelle les blocs sont confirmés, afin d'augmenter le débit global du réseau.
Deux solutions de couche 1 populaires sont :
Changer le protocole de consensus
Partage
Changer le protocole de consensus
Proof of Work (PoW) est un protocole de consensus actuellement utilisé sur les blockchains populaires comme Bitcoin. Bien que PoW soit sécurisé, il est lent. C'est pourquoi de nombreuses nouvelles blockchains privilégient un mécanisme de consensus Proof of Stake (PoS).
Au lieu d'exiger des mineurs qu'ils résolvent des algorithmes cryptographiques en utilisant la puissance de calcul comme dans PoW, les systèmes PoS traitent et valident de nouveaux blocs de données de transaction en fonction des participants jalonnant des actifs hypothécaires en réseau.
Ethereum 2.0 passera au PoS, ce qui devrait augmenter considérablement la capacité du réseau, tout en augmentant la décentralisation et en protégeant la sécurité du réseau.
Partage
Le partage est un mécanisme adapté des bases de données distribuées qui est devenu l'une des solutions de mise à l'échelle de couche 1 les plus populaires.
Le partage implique de diviser l'état de l'ensemble du réseau blockchain en ensembles de données distincts appelés « fragments ». Ces segments sont traités simultanément en parallèle par le réseau, permettant d'effectuer un travail séquentiel sur plusieurs transactions.
De plus, chaque nœud est affecté à un fragment spécifique, au lieu de conserver une copie complète de la blockchain. Les fragments individuels fournissent une preuve à la chaîne principale et interagissent les uns avec les autres pour partager des adresses, des soldes et un état commun à l'aide de protocoles de communication entre fragments.
Ethereum 2.0 est un protocole blockchain haut de gamme qui explore les fragments, aux côtés de Zilliqa, Tezos et Qtum.
Solution d'extension de couche 2
La couche 2 fait référence à un réseau ou à une technologie qui fonctionne sur un protocole de blockchain sous-jacent, pour améliorer l'évolutivité et l'efficacité de la blockchain.
Une solution de mise à l'échelle de couche 2 implique de déplacer une partie de la charge de transaction du protocole blockchain vers une architecture système adjacente, qui traite ensuite et rend compte à la blockchain principale. Ainsi, la blockchain de la couche de base est moins encombrée – et finalement plus évolutive.
Les solutions de couche 2 incluent :
Blockchain imbriquée
Chaîne d'État.
Chaîne latérale.
Blockchains imbriquées
Une blockchain imbriquée est essentiellement une blockchain au sein, ou plutôt sur une autre blockchain. L’architecture blockchain imbriquée implique généralement une blockchain principale, qui définit les paramètres d’un réseau plus large. Tandis que l’exécution s’effectue sur un réseau interconnecté de chaînes secondaires.
Plusieurs niveaux de blockchain peuvent être construits au-dessus d'une chaîne principale, chaque niveau utilisant une connexion parent-enfant. Le thread parent délègue le traitement aux threads enfants et renvoie les résultats au thread parent une fois terminé. La blockchain sous-jacente ne participe pas aux fonctions réseau de la chaîne secondaire, sauf si un règlement des litiges est nécessaire.
La répartition du travail selon ce modèle réduit la charge de traitement sur la chaîne principale pour améliorer l'évolutivité de manière exponentielle. Le projet OMG Plasma est un exemple d'infrastructure blockchain imbriquée de couche 2, utilisée au-dessus du protocole Ethereum de couche 1 pour faciliter des transactions plus rapides et moins chères.
Chaîne d'État
Les canaux d'État facilitent la communication bidirectionnelle entre la blockchain et les canaux de transaction hors chaîne et améliorent la capacité et la vitesse globales des transactions.
Un canal d'état ne nécessite pas de confirmation par les nœuds du réseau de couche 1. Il s’agit plutôt d’une ressource adjacente au réseau qui est bloquée à l’aide d’un mécanisme multisig ou d’un contrat intelligent.
Lorsqu'une transaction ou une série de transactions est effectuée sur un canal d'état, l'« état » final du « canal » et toutes ses transitions inhérentes sont enregistrés dans la blockchain sous-jacente. Le réseau Liquid, Celer, Bitcoin Lightning et le réseau Raiden d'Ethereum sont des exemples de canaux publics.
Dans l’équilibre entre le trio Blockchain, le canal sacrificiel doit sacrifier un certain degré de décentralisation pour atteindre une plus grande évolutivité.
Chaîne latérale
Une sidechain est une chaîne de transactions adjacente à la blockchain qui est souvent utilisée pour les transactions par lots importants. Les sidechains utilisent un mécanisme de consensus indépendant – c'est-à-dire distinct de la chaîne d'origine – qui peut être optimisé pour la vitesse et l'évolutivité.
Avec l'architecture sidechain, le rôle principal de la chaîne principale est de maintenir la sécurité globale, de confirmer les enregistrements de transactions par lots et de résoudre les litiges. Les chaînes latérales se distinguent des chaînes publiques de plusieurs manières intégrées.
Premièrement, les transactions sidechain ne sont pas secrètes, elles sont enregistrées publiquement dans le grand livre. De plus, une faille de sécurité dans la sidechain n’affecte pas la chaîne principale ou les autres sidechains. La mise en place d’une sidechain peut nécessiter des efforts importants, car l’infrastructure est souvent construite à partir de zéro.
Avantages de 2 solutions
La couche 1 n’a pas besoin d’ajouter quoi que ce soit à l’architecture existante.
La couche 2 ne perturbe pas le protocole blockchain sous-jacent. Des solutions de couche 2 comme les canaux étatiques et en particulier le réseau Lightning, pour rendre possibles plusieurs microtransactions sans perdre de temps à vérifier les mineurs et payer des frais de transaction inutiles.
Le problème existe pour les deux solutions
Les solutions d'évolutivité des couches 1 et 2 posent deux problèmes importants.
Premièrement, il est difficile d’ajouter ces solutions aux protocoles existants.
Ethereum et Bitcoin ont tous deux une capitalisation boursière d’un milliard de dollars. Des millions de dollars sont échangés chaque jour. C'est pourquoi cela n'a pas de sens d'ajouter du code inutile et des complications à l'expérimentation de ces protocoles, en expérimentant avec beaucoup d'argent.
Deuxièmement, même si vous créez de toutes pièces un protocole intégrant ces techniques, elles ne résoudront peut-être pas le dilemme de l'évolutivité.
Le terme « triade d’évolutivité » a été inventé par le fondateur d’Ethereum, Vitalik Buterin. C'est le compromis que les projets blockchain doivent faire lorsqu'ils décident comment optimiser leur architecture, en équilibrant les trois propriétés suivantes : décentralisation, sécurité et évolutivité.
Par exemple : Bitcoin veut optimiser la sécurité et la décentralisation, c'est pourquoi ils doivent faire des compromis sur l'évolutivité.
Solution à résoudre
La solution consiste à créer un protocole à partir de zéro avec ces solutions intégrées. De plus, cela peut également résoudre le dilemme de l’évolutivité.
Silvio Micali, lauréat du prix Turing, construit un projet appelé « Algorand », qui tente exactement de faire cela. Algorand utilise un protocole de consensus appelé pure preuve d'enjeu (PPoS).
Dans PPoS :
Les dirigeants et les vérificateurs sélectionnés (SV) sont choisis à chaque étape de l'accord byzantin.
Le coût de calcul auquel un utilisateur est confronté est uniquement lié à la génération et à la vérification des signatures ainsi qu'aux simples opérations de comptage.
Le coût ne dépend pas du nombre d'utilisateurs sélectionnés pour chaque bloc. Ce nombre est constant et n'est pas affecté par la taille de l'ensemble du réseau.
L'augmentation de la puissance de calcul améliore directement les performances, rendant Algorand parfaitement évolutif. Cela signifie qu’à mesure que la taille du réseau augmente, il maintiendra des vitesses de transaction élevées sans encourir de coûts supplémentaires.
Conclure
L’évolutivité est la principale raison qui empêche l’adoption généralisée des crypto-monnaies. Pour garantir que les crypto-monnaies soient évolutives et suffisamment rapides pour les transactions quotidiennes, nous avons besoin de protocoles spécialement conçus pour résoudre ce problème.
Les solutions de mise à l’échelle des couches 1 et 2 sont les deux faces d’une même pièce de crypto-monnaie. Il s’agit de stratégies conçues pour rendre les réseaux blockchain plus rapides et plus réactifs à une base d’utilisateurs en croissance rapide.
Ces stratégies ne s’excluent pas non plus mutuellement. De nombreux réseaux blockchain explorent une combinaison de solutions de mise à l'échelle de couche 1 et de couche 2 pour obtenir une évolutivité accrue, sans sacrifier la sécurité ou la décentralisation complète.
Source : Compilé (Gemini-Cryptopedia, Petro Wallace)