TL;DR
La popularité de la cryptographie et de la blockchain augmente de façon exponentielle, tout comme le nombre d’utilisateurs et de transactions. S’il est facile de comprendre à quel point la blockchain est révolutionnaire, l’évolutivité – la capacité d’un système à se développer tout en répondant à une demande croissante – a toujours été un défi. Les réseaux publics de blockchain hautement décentralisés et sécurisés ont souvent du mal à atteindre un débit élevé.
Ceci est souvent décrit comme le trilemme de la blockchain, selon lequel il est pratiquement impossible pour un système décentralisé d’atteindre simultanément des niveaux aussi élevés de décentralisation, de sécurité et d’évolutivité. En réalité, les réseaux blockchain ne peuvent avoir que deux facteurs sur trois.
Heureusement, des milliers de passionnés et d’experts travaillent sur des solutions à grande échelle. Certaines de ces solutions sont conçues pour peaufiner l'architecture de la blockchain principale (couche 1), tandis que d'autres ciblent les protocoles de couche 2 qui fonctionnent au-dessus du réseau sous-jacent.
Introduction
Avec un grand nombre de blockchains et de crypto-monnaies disponibles, vous ne savez peut-être pas si vous utilisez une chaîne de couche 1 ou de couche 2. Il y a des avantages à cacher la complexité de la blockchain, mais cela vaut la peine de comprendre un système dans lequel vous investissez ou que vous utilisez. Avec cet article, vous comprendrez les différences entre les blockchains de couche 1 et de couche 2 et les différentes solutions d'évolutivité.
Qu'est-ce qu'une blockchain couche 1 par rapport à une couche 2 ?
Le terme couche 1 fait référence au niveau de base d’une architecture blockchain. C’est la structure principale d’un réseau blockchain. Bitcoin, Ethereum et BNB Chain sont des exemples de blockchains de couche 1. La couche 2 fait référence aux réseaux construits au-dessus d’autres blockchains. Ainsi, si Bitcoin est une couche 1, le réseau Lightning qui s’exécute au-dessus est un exemple de couche 2.
Les améliorations de l’évolutivité du réseau Blockchain peuvent être classées en solutions de couche 1 et de couche 2. Une solution de couche 1 modifiera directement les règles et les mécanismes de la blockchain d'origine. Une solution de couche 2 utilisera un réseau parallèle externe pour faciliter les transactions en dehors de la chaîne principale.
Pourquoi l’évolutivité de la blockchain est-elle importante ?
Imaginez une nouvelle autoroute en construction entre une grande ville et sa banlieue en croissance rapide. À mesure que le trafic sur l’autoroute augmente et que les embouteillages deviennent fréquents – en particulier aux heures de pointe – le temps moyen pour se rendre d’un point A à un point B peut augmenter considérablement. Ce n’est pas étonnant, étant donné que les infrastructures routières ont une capacité limitée et que la demande est toujours croissante.
Maintenant, que peuvent faire les autorités pour aider davantage de navetteurs à emprunter cette route plus rapidement ? Une solution serait d’améliorer l’autoroute elle-même, en ajoutant des voies supplémentaires de chaque côté de la route. Toutefois, cette solution n'est pas toujours pratique car il s'agit d'une solution coûteuse qui causerait des problèmes considérables à ceux qui utilisent déjà l'autoroute. Une alternative consiste à faire preuve de créativité et à envisager diverses approches non associées à des modifications de l'infrastructure de base, comme la construction de routes de service supplémentaires ou même le lancement d'une ligne de transport léger sur rail le long de l'autoroute.
Dans le monde de la technologie blockchain, l’autoroute principale serait une couche 1 (le réseau principal), tandis que les routes de service supplémentaires seraient des solutions de couche 2 (réseau secondaire pour améliorer la capacité globale).
Bitcoin, Ethereum et Polkadot sont tous considérés comme des blockchains de couche 1. Il s’agit des blockchains de base qui traitent et enregistrent les transactions pour leurs écosystèmes respectifs, avec une crypto-monnaie native – généralement utilisée pour payer des frais et fournir une utilité plus large. Polygon est un exemple de solution de mise à l'échelle de couche 2 pour Ethereum. Le réseau Polygon valide régulièrement des points de contrôle sur le réseau principal Ethereum pour le mettre à jour de son statut.
La capacité de débit est un élément essentiel d’une blockchain. Il s’agit d’une mesure de rapidité et d’efficacité qui montre combien de transactions peuvent être traitées et enregistrées dans un délai spécifique. À mesure que le nombre d’utilisateurs et le nombre de transactions simultanées augmentent, une blockchain de couche 1 peut devenir lente et coûteuse à utiliser. Cela est particulièrement vrai pour les blockchains de couche 1 qui utilisent un mécanisme de preuve de travail par opposition à une preuve de participation.
Problèmes actuels de couche 1
Bitcoin et Ethereum sont de bons exemples de réseaux de couche 1 présentant des problèmes de mise à l'échelle. Les deux sécurisent le réseau via un modèle de consensus distribué. Cela signifie que toutes les transactions sont vérifiées par plusieurs nœuds avant d'être validées. Les soi-disant nœuds miniers s’affrontent tous pour résoudre un casse-tête informatique complexe, et les mineurs qui réussissent sont récompensés dans la crypto-monnaie native du réseau.
En d’autres termes, toutes les transactions nécessitent une vérification indépendante de plusieurs nœuds avant d’être confirmées. Il s’agit d’un moyen efficace de journaliser et d’enregistrer des données correctes et vérifiées dans la blockchain tout en atténuant le risque d’attaque par de mauvais acteurs. Cependant, une fois que vous disposez d’un réseau aussi populaire qu’Ethereum ou Bitcoin, la demande de débit devient un problème de plus en plus important. En période de congestion du réseau, les utilisateurs seront confrontés à des délais de confirmation plus lents et à des frais de transaction plus élevés.
Comment fonctionnent les solutions de mise à l’échelle de couche 1 ?
Il existe plusieurs options disponibles pour les blockchains de couche 1 qui peuvent augmenter le débit et la capacité globale du réseau. Dans le cas des blockchains utilisant Proof of Work, une transition vers Proof of Stake pourrait être une option pour augmenter les transactions par seconde (TPS) tout en réduisant les frais de traitement. Néanmoins, les opinions sont mitigées au sein de la communauté cryptographique concernant les avantages et les implications à long terme de la preuve de participation.
Les solutions de mise à l'échelle sur les réseaux de couche 1 sont généralement introduites par l'équipe de développement du projet. En fonction de la solution, la communauté devra effectuer un hard fork ou un soft fork du réseau. Certains petits changements sont rétrocompatibles, comme la mise à jour SegWit de Bitcoin.
Des changements plus importants, comme l’augmentation de la taille du bloc Bitcoin à 8 Mo, nécessitent un hard fork. Cela crée deux versions de la blockchain, une avec la mise à jour et une sans. Une autre option pour augmenter le débit d’un réseau est le partitionnement. Cela divise les opérations d’une blockchain en plusieurs sections plus petites qui peuvent traiter les données simultanément plutôt que séquentiellement.
Comment fonctionnent les solutions de mise à l'échelle de couche 2 ?
Comme indiqué, les solutions de couche 2 reposent sur des réseaux secondaires qui fonctionnent en parallèle ou indépendamment de la chaîne principale.
Cumuls
Les cumuls sans connaissance (le type le plus courant) regroupent les transactions de couche 2 hors chaîne et les soumettent en une seule transaction sur la chaîne principale. Ces systèmes utilisent des preuves de validité pour vérifier l'intégrité des transactions. Les actifs sont conservés sur la chaîne d'origine avec un contrat intelligent de transition, et le contrat intelligent confirme que le cumul fonctionne comme prévu. Cela offre la sécurité du réseau d’origine avec les avantages d’un cumul moins gourmand en ressources.
Chaînes latérales
Les sidechains sont des réseaux blockchain indépendants avec leurs propres ensembles de validateurs. Cela signifie que le contrat intelligent de transition sur la chaîne principale ne vérifie pas la validité du réseau sidechain. Par conséquent, vous devez être sûr que la sidechain fonctionne correctement car elle est capable de contrôler les actifs de la chaîne d’origine.
Chaînes d'État
Un canal d'État est un environnement de communication bidirectionnel entre les parties à la transaction. Les parties scellent une partie de la blockchain sous-jacente et la connectent à un canal de transaction hors chaîne. Cela se fait généralement via un contrat intelligent préalablement convenu ou une multi-signature. Les parties exécutent ensuite une transaction ou un lot de transactions hors chaîne, sans soumettre immédiatement les données de transaction au grand livre distribué sous-jacent (c'est-à-dire la chaîne principale). Une fois que toutes les transactions de l’ensemble sont terminées, « l’état » final du canal est diffusé à la blockchain pour validation. Ce mécanisme permet d'améliorer la vitesse de transaction et augmente la capacité globale du réseau. Des solutions telles que Bitcoin Lightning Network et Ethereum's Raiden fonctionnent sur la base de canaux étatiques.
Blockchains imbriquées
Cette solution repose sur un ensemble de chaînes secondaires situées au-dessus de la blockchain principale « parent ». Les blockchains imbriquées fonctionnent selon les règles et paramètres définis par la chaîne parent. La chaîne principale ne participe pas à l’exécution des transactions et son rôle se limite à la résolution des litiges lorsque cela est nécessaire. Le travail quotidien est délégué à des chaînes « enfants » qui renvoient les transactions traitées à la chaîne principale une fois terminées hors de la chaîne principale. Le projet Plasma d'OmiseGO est une instance d'une solution blockchain imbriquée de couche 2.
Limites des solutions de mise à l'échelle des couches 1 et 2
Les solutions de couche 1 et de couche 2 présentent des avantages et des inconvénients uniques. Travailler avec la couche 1 peut constituer la solution la plus efficace pour des améliorations de protocole à grande échelle. Cependant, cela signifie également que les validateurs doivent être convaincus d’accepter les changements via un hard fork.
Un exemple possible où les validateurs pourraient ne pas vouloir faire cela est de passer d'une preuve de travail à une preuve d'enjeu. Les mineurs perdront des revenus en raison de ce passage à un système plus efficace, ce qui les dissuadera d’améliorer l’évolutivité.
La couche 2 offre un moyen beaucoup plus rapide d’améliorer l’évolutivité. Cependant, selon la méthode utilisée, vous pouvez perdre une grande partie de la sécurité de la blockchain d’origine. Les utilisateurs font confiance à des réseaux comme Ethereum et Bitcoin pour leur résilience et leurs antécédents en matière de sécurité. En supprimant certains aspects de la couche 1, vous devez souvent compter sur l'équipe et le réseau de la couche 2 pour plus d'efficacité et de sécurité.
Quelle est la prochaine étape après les couches 1 et 2 ?
Une question clé est de savoir si nous aurons même besoin de solutions de couche 2 à mesure que les couches 1 deviendront plus évolutives. Les blockchains existantes connaissent des améliorations et de nouveaux réseaux sont déjà créés avec une bonne évolutivité. Cependant, il faudra beaucoup de temps aux grands systèmes pour améliorer leur évolutivité, et ce n’est pas garanti. L’option la plus probable est que les couches 1 se concentrent sur la sécurité et permettent aux réseaux de couche 2 d’adapter leurs services à des cas d’utilisation spécifiques.
Dans un avenir proche, il y a de fortes chances que les grandes chaînes comme Ethereum dominent toujours en raison de leur vaste communauté d’utilisateurs et de développeurs. Cependant, son vaste ensemble de validateurs décentralisés et sa réputation de confiance créent une base solide pour des solutions ciblées de couche 2.
Pensées finales
Depuis le début de la cryptographie, la recherche d’une meilleure évolutivité a créé une approche à deux volets avec des améliorations de couche 1 et des solutions de couche 2. Si vous disposez d’un portefeuille crypto diversifié, il y a de fortes chances que vous soyez déjà exposé aux réseaux de couche 1 et de couche 2. Vous comprenez désormais les différences entre les deux ainsi que les différentes approches de mise à l’échelle qu’ils proposent.
