Les cryptomonnaies ont beaucoup évolué depuis l'introduction du Bitcoin en 2008. Mais comme en témoignent les transactions Bitcoin en dix minutes ou les frais de gaz exorbitants d'Ethereum, elles ne peuvent pas tout à fait égaler la vitesse de transaction de Visa ni remplacer complètement les monnaies fiduciaires. Au fond, ces problèmes découlent d'un manque d'évolutivité, un problème que les solutions de couche 2 pourraient résoudre.
Cet article examine pourquoi l’architecture blockchain introduit intrinsèquement des problèmes d’évolutivité et trois manières dont les solutions de couche 2 pourraient les résoudre.
Pourquoi l’évolutivité est difficile
Les architectures de blockchain sont confrontées à plusieurs défis en termes d'évolutivité. Contrairement aux systèmes de paiement traditionnels, elles ne reposent pas sur un intermédiaire centralisé qui peut approuver unilatéralement les transactions tout en ne conservant qu'une seule base de données. Au lieu de cela, elles s'appuient sur un réseau de nœuds et un système de consensus complexe pour fonctionner sans aucune figure d'autorité, ce qui ajoute des frais généraux.
Certains des plus grands défis incluent :
- Consensus:De nombreuses blockchains utilisent des mécanismes de consensus qui ralentissent intentionnellement le processus de transaction pour éviter la fraude. Par exemple, algorithmes de preuve de travail nécessitent un calcul difficile pour ajouter un bloc. Ces calculs complexes découragent les acteurs malveillants de tenter de forcer une transaction.
- Nodes:De nombreuses blockchains nécessitent que chaque nœud stocke une réplique complète de la blockchain, ce qui peut devenir gourmand en ressources au fil du temps à mesure que des transactions sont ajoutées. De plus, les blockchains doivent propager les transactions et les blocs à chaque nœud de leur réseau, ce qui entraîne une latence du réseau.
- Blocs:Bitcoin et d'autres blockchains ont une taille de bloc fixe, limitant le nombre de transactions par seconde. Par exemple, Bitcoin peut traiter environ sept transactions par seconde, soit beaucoup moins que les systèmes de paiement traditionnels.
Ces défis créent plusieurs problèmes d’évolutivité :
- Limites:Les blockchains ont un débit de transaction et des vitesses de traitement limités en raison de leur mécanisme de consensus et de la taille des blocs. De plus, à mesure que le nombre de participants au réseau augmente, les blockchains peuvent avoir du mal à répondre à la demande.
- Les frais de transaction:Les frais de transaction élevés dus à des mécanismes de consensus difficiles et à d'autres facteurs rendent coûteux pour les utilisateurs la réalisation de transactions et entravent la capacité d'une blockchain à évoluer.
- Temps de réponse:Les problèmes d'évolutivité peuvent entraîner des temps de réponse plus longs. Par exemple, Bitcoin ne peut traiter que sept transactions par seconde, ce qui signifie que les utilisateurs peuvent devoir attendre longtemps avant qu'une transaction ne soit officiellement terminée. Et les réseaux encombrés avec un nombre insuffisant de nœuds peuvent aggraver ces problèmes.
Ces défis créent ce qu’on appelle trilemme blockchain – ou la croyance selon laquelle les réseaux décentralisés ne peuvent offrir que deux des trois avantages concernant la décentralisation, la sécurité et l'évolutivité. Par exemple, l'amélioration de l'évolutivité serait simple si vous centralisiez le mécanisme de consensus ou si vous ne vous souciiez pas des transactions frauduleuses.
Que sont les solutions de couche 2 ?
La plupart des logiciels sont construits en couches, alors que les applications sont généralement construites sur une seule base. Il n'est donc pas surprenant que les blockchains soient également construites en couches. Les blockchains de couche 1, comme Bitcoin et Ethereum, fournissent une base pour Solutions de couche 2 et d’autres écosystèmes. Et il s’avère que ces couches supplémentaires pourraient être essentielles pour résoudre les problèmes d’évolutivité.
Les solutions de couche 2 fonctionnent sur un protocole de blockchain sous-jacent pour améliorer l'évolutivité et l'efficacité. Par exemple, le Lightning Network est une deuxième couche pour Bitcoin qui utilise des canaux de micropaiement pour faire évoluer la capacité de la blockchain à gérer les transactions de manière plus efficace (et rentable), améliorant ainsi les transactions notoirement lentes de Bitcoin.
Cela dit, l'essor des solutions de couche 2 ne signifie pas qu'aucun effort n'a été fait pour améliorer les réseaux de couche 1. Par exemple, Ethereum 2.0 Nous sommes passés à un mécanisme de consensus de preuve d'enjeu (PoS) plus efficace, tandis que la migration d'EVM vers eWASM réduira considérablement les temps de transaction en compilant le code plutôt qu'en l'interprétant en temps réel.
Les solutions de couche 2 comportent également leurs propres compromis. Si elles peuvent améliorer l’évolutivité, de nombreuses solutions font des compromis entre décentralisation et sécurité. Mais la bonne nouvelle est que ces solutions se sont constamment améliorées. Les nouvelles approches ont tendance à améliorer l’évolutivité plus qu’à nuire aux autres composants du trilemme de la blockchain.
Approches d'évolutivité de la couche 2
Les solutions de couche 2 utilisent plusieurs stratégies différentes pour améliorer l'évolutivité de leur blockchain de niveau 1 sous-jacente. Mais généralement, ces stratégies se répartissent en trois catégories.
Blockchains imbriquées
Les blockchains imbriquées ont une relation parent-enfant avec une blockchain de couche 1. La blockchain parent délègue le travail à des chaînes enfants qui traitent le travail et le renvoient à la blockchain parent une fois terminé. De son côté, la chaîne parent n'est généralement impliquée qu'en cas de litige de transaction avec le résultat de la chaîne enfant.
Le réseau OMG est l'une des blockchains imbriquées les plus populaires. En regroupant les transactions Ethereum, en les compressant en une seule transaction et en les validant sur une chaîne enfant optimisée, le réseau peut traiter des milliers de transactions par seconde, réduisant ainsi les coûts de transaction d'Ethereum d'un tiers et résolvant ses problèmes d'évolutivité.
Canaux d'État
Les canaux d'état ouvrent une communication bidirectionnelle entre une blockchain et un canal de transaction hors chaîne. Dans le canal hors chaîne, les participants peuvent effectuer un nombre illimité de transactions privées qu'eux seuls peuvent observer. Une fois qu'elles sont terminées, l'état final de la transaction est enregistré dans la blockchain de couche 1 sous-jacente.
Le Lightning Network est un exemple populaire de canal d'état construit sur la blockchain Bitcoin. Lorsque vous souhaitez effectuer une transaction ou une série de transactions, vous pouvez exploiter le réseau pour effectuer des paiements illimités qui se produisent instantanément et à une fraction du coût. Lorsque vous décidez de fermer le canal, toutes les transactions sont consolidées et ajoutées à Bitcoin.
Sidechains
Les chaînes latérales sont des chaînes transactionnelles adjacentes à la blockchain pour les transactions par lots volumineuses. Alors que la chaîne principale maintient la sécurité globale et résout les litiges, les chaînes latérales disposent d'un mécanisme de consensus indépendant optimisé pour la vitesse et l'évolutivité. Et un lien bidirectionnel garantit qu'il n'y a aucun risque de contrepartie lors de l'utilisation de ces solutions.
Par exemple, le Liquid Network est une chaîne latérale open source construite sur la blockchain de Bitcoin. Alors que Bitcoin a un temps de bloc de dix minutes, le temps de découverte des blocs de Liquid n'est que d'une minute, ce qui signifie que dix fois plus de blocs peuvent être ajoutés à la chaîne latérale. Plutôt que de procéder à un minage par preuve de travail, Liquid s'appuie sur un réseau rapide de fonctionnaires pour vérifier les transactions.
Roulés
Les roll-ups sont une solution de couche 2 qui effectue le calcul et le stockage hors chaîne et soumet uniquement la preuve finale à la blockchain de couche 1 sous-jacente. Les deux types de rollups les plus populaires sont les zk-Rollups (zero knowledge) et les rollups optimistes. Et chacun a son propre ensemble de compromis en termes de vitesse, de sécurité et de complexité.
Par exemple, Optimistic Ethereum regroupe plusieurs transactions et n'envoie qu'un résumé à la chaîne principale, ce qui améliore considérablement le débit et réduit considérablement les coûts. La partie « optimisme » suppose que toutes les transactions sont valides à moins qu'elles ne soient contestées dans un délai spécifié, créant ainsi une fenêtre pour la détection des fraudes.
Stratégies de couche 1
En plus de ces stratégies de couche 2, certaines blockchains de couche 1 commencent à mettre en œuvre des changements pour devenir plus efficaces. Par exemple, certaines blockchains passent d'un mécanisme de preuve de travail à un mécanisme de consensus de preuve d'enjeu pour améliorer la vitesse des transactions en réduisant la charge de calcul.
Le sharding est une autre stratégie de couche 1 pour améliorer le débit. En divisant les transactions en petits ensembles, puis en utilisant un algorithme de traitement de division horizontale pour les traiter en parallèle, les blockchains de couche 1 peuvent traiter plus efficacement leurs arriérés sans avoir à envoyer les transactions à des solutions de couche 2 dédiées.
Défis et risques
Les solutions de couche 2 contribuent à améliorer l'évolutivité du débit, mais peuvent également accroître les risques ou compromettre d'autres domaines du trilemme de la blockchain. Avant d'utiliser une solution de couche 2, prenez le temps de comprendre son fonctionnement et les risques potentiels qu'elle comporte.
Voici quelques défis et risques à garder à l’esprit :
- Sécurité:La sécurité des solutions de couche 2 dépend de la chaîne principale, ce qui les rend vulnérables à tout problème impactant la chaîne principale. De plus, les solutions de couche 2 exploitant des contrats intelligents peuvent présenter des risques de sécurité potentiels.
- Complexité:Les solutions de couche 2 ajoutent une autre couche de complexité aux blockchains de couche 1, ce qui pourrait augmenter la surface d'apparition des bugs, prolonger les délais de développement, augmenter les coûts de maintenance et avoir un impact négatif sur l'expérience utilisateur.
- Latence:Les solutions de couche 2 devraient réduire la latence des transactions, mais la nécessité de réconcilier les transactions avec une blockchain de couche 1 pourrait augmenter la latence aller-retour.
Conclusion
Les blockchains promettent de révolutionner le secteur financier, mais de nombreuses blockchains sont confrontées à des limites d’évolutivité inhérentes. Heureusement, les solutions de couche 2 peuvent aider à relever ces défis sans compromettre l’intégrité et les antécédents de la blockchain de couche 1 sous-jacente. Et, bien sûr, certaines blockchains de couche 1 continuent d’implémenter leurs propres améliorations.
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