Il y a quelques années, les utilisateurs de la blockchain étaient peu nombreux. Les problèmes des frais de transaction ou de congestion du réseau étaient rarissimes, voire inexistants. Aujourd’hui, la blockchain est utilisée par des millions d’entreprises et d’individus, ce qui nécessite l’amélioration de sa scalabilité, c’est-à-dire, son évolutivité.
Dans ce guide, nous verrons comment les solutions de Layer 1 et Layer 2 contribuent à améliorer l’évolutivité et l’interopérabilité entre les blockchains.
Table des matières
- Qu’est-ce que le trilemme de la blockchain ?
- Les solutions de Layer 1
- Avantages
- Inconvénients
- Comment peut-on résoudre les problèmes des solutions Layer 1 ?
- Améliorer le protocole de consensus
- Le sharding
- Les solutions de Layer 2
- Avantages
- Inconvénients
- Comment peut-on améliorer les solutions Layer 2 ?
- Nested blockchains
- State channels
- Sidechains
- Layer 2 vs Layer 1 : quelles différences ?
- Définition
- Mode de fonctionnement
- Types de solutions
- Résultats
- Quel avenir pour la scalabilité des blockchains ?
- Questions fréquentes (FAQ)
Qu’est-ce que le trilemme de la blockchain ?
Le trilemme de la blockchain, également appelé trilemme de la scalabilité, est une théorie selon laquelle, il est difficile pour une blockchain de combiner les trois caractéristiques qui constituent ses piliers, à savoir : la sécurité, la décentralisation et l’évolutivité.
À en croire les partisans de cette théorie, une blockchain ne peut posséder que deux des trois caractéristiques susmentionnées, mais jamais les trois. Par conséquent, la technologie blockchain, telle que nous la connaissons aujourd’hui, devra toujours sacrifier l’une de ses caractéristiques fondamentales. Bitcoin en est un parfait exemple ; alors que sa blockchain offre un maximum de décentralisation et de sécurité, sa scalabilité laisse à désirer.
Plus important encore, il n’existe actuellement aucune cryptomonnaie combinant ces trois caractéristiques. En effet, les créateurs de projets crypto donnent toujours la priorité à une ou deux fonctionnalités, au détriment de la troisième.
Certes, la plupart des altcoins peuvent traiter des milliers de transactions par seconde, mais ils le font au détriment de la décentralisation ou de la sécurité. Bitcoin et Ethereum, en revanche, sont les deux actifs numériques les plus sécurisés et décentralisés de la crypto-sphère. De leur côté, Cardano, Avalanche et Solana sont des cryptomonnaies de Layer 1 qui ont gagné du terrain en remédiant aux problèmes de scalabilité de Bitcoin et d’Ethereum.
Aujourd’hui, des développeurs du monde entier tentent tant bien que mal de résoudre ce fameux trilemme de la blockchain. Leurs idées et leurs méthodes sont différentes, mais leur objectif reste le même : créer des blockchains scalables, c’est-à-dire, des réseaux capables de servir le maximum d’utilisateurs, sans afficher des signes de défaillance.
Parmi les solutions proposées, on trouve les protocoles de Layer 1 et Layer 2. Comment fonctionnent-ils ? Et comment contribuent-ils à améliorer la scalabilité ?
Les solutions de Layer 1
Il serait difficile de comprendre le fonctionnement des solutions Layer 2 sans assimiler celui des Layer 1. Le terme Layer 1, qui signifie littéralement “couche 1”, fait simplement référence à la blockchain de base, c’est-à-dire, la blockchain principale.
Pour faire simple, les solutions Layer 1 améliorent la couche principale du réseau blockchain afin de lui apporter davantage de scalabilité. À cet effet, elles utilisent un large éventail d’outils. Elles peuvent, par exemple, modifier directement les règles du protocole afin d’accélérer le débit des transactions, ou changer la taille des blocs, etc. L’idée est de permettre au réseau d’accueillir des utilisateurs supplémentaires et de stocker une plus grande quantité de données.
L’augmentation de la taille des blocs ou de la fréquence de production de ceux-ci, est l’une des solutions Layer 1 les plus utilisées.
Aujourd’hui, Bitcoin et Ethereum sont les plus grandes blockchains de Layer 1. Afin d’améliorer leur scalabilité, plusieurs modifications ont été apportées à leurs protocoles de consensus. Les développeurs utilisent également une méthode appelée le sharding, que l’on expliquera plus loin dans ce guide.
Ces modifications permettent, à titre d’exemple, de passer d’un mécanisme de consensus de proof of work à un algorithme de proof of stake. D’autre part, le sharding permet la répartition de la charge de travail du réseau sur plusieurs lots de données ou fragments.
Avantages
- La scalabilité est l’avantage le plus évident des blockchains de Layer 1. Mais pour une performance optimale, ces réseaux ont besoin de quelques modifications.
- Outre leur décentralisation et leur sécurité, les blockchains de Layer 1 offrent une évolutivité et une viabilité économique élevées.
- La Layer 1 favorise le développement de l’écosystème. En d’autres termes, les solutions de mise à l’échelle de Layer 1 permettent l’intégration de nouveaux outils, fonctionnalités et options dans les blockchains de base.
Inconvénients
Bien qu’ils soient “scalables”, les protocoles de Layer 1 nécessitent des modifications. Lors des périodes de forte demande, Bitcoin et d’autres grandes blockchains peinent à traiter les transactions. De plus, la preuve de travail (PoW), qui est le mécanisme de consensus de Bitcoin, nécessite une énorme puissance de calcul.
Comment peut-on résoudre les problèmes des solutions Layer 1 ?
Afin de résoudre les problèmes de scalabilité des blockchains de Layer, il est nécessaire de passer par certaines étapes, notamment :
Améliorer le protocole de consensus
Certains mécanismes de consensus sont plus efficaces que d’autres. Actuellement, la plupart des anciens réseaux blockchains comme Bitcoin, utilisent un algorithme de proof of work. Certes, le PoW est sécurisé, mais il est très lent. C’est pourquoi la majorité des nouvelles blockchains ne jurent que par le proof of stake.
Les blockchains basées sur le PoS n’exigent pas que les mineurs résolvent des équations mathématiques, ce qui signifie qu’elles ne nécessitent pas beaucoup de puissance de calcul. Notons par ailleurs que le réseau Ethereum adoptera bientôt un algorithme de consensus PoS, ce qui devrait améliorer ses capacités et sa décentralisation, tout en préservant sa sécurité.
Le sharding
Inspiré des bases de données distribuées, le sharding est devenu l’une des solutions de mise à l’échelle de Layer 1 les plus populaires. Il consiste à fragmenter le réseau blockchain en plusieurs lots de données distincts appelés “shards” ou “fragments”, chose qui facilite considérablement le travail des nœuds de validation. En effet, le réseau traite tous les shards en parallèle, ce qui permet d’exécuter plusieurs transactions à la fois.
Plutôt que de conserver une copie complète du statut de la blockchain, chaque nœud du réseau est affecté à un shard spécifique. Ensuite, chaque shard envoie des preuves à la blockchain principale et partage les adresses, les statuts généraux et les soldes avec d’autres fragments, via un système de communication spécialisé. Zilliqa, Qtum, Tezos, et Ethereum 2.0 font partie des blockchains ayant adopté la méthode du sharding.
Les solutions de Layer 2
L’idée principale des solutions de Layer 2 consiste à utiliser des réseaux ou des technologies en dessus d’un protocole blockchain principal. En effet, les blockchains peuvent atteindre une meilleure scalabilité en utilisant des protocoles ou des réseaux off-chain.
En termes simples, les solutions de Layer 2 permettent de traiter les transactions de la blockchain au sein d’une plateforme off-chain. Ensuite, cette dernière informe la blockchain principale des résultats finaux des transactions transférées. Grâce à ce mécanisme, la blockchain de base devient plus performante et plus évolutive, chose qui atténue les problèmes de congestion de réseau.
Lightning Network, une solution de mise à l’échelle de Bitcoin, est l’un des protocoles de Layer 2 les plus célèbres. Optimism est également une solution Layer 2 qui contribue considérablement à la scalabilité d’Ethereum.
Avantages
- Les solutions de Layer 2 n’affectent ni les performances, ni les fonctionnalités de la blockchain centrale, ce qui constitue un avantage très important.
- Les solutions de Layer 2, comme les state channels et Lightning Network, permettent l’exécution quasi-instantanée de plusieurs micro-transactions. En effet, elles ne nécessitent pas de vérification, ni de frais superflus.
Inconvénients
- Les solutions de Layer 2 ont un impact négatif sur la connectivité de la blockchain. En effet, le manque d’interopérabilité entre les différentes blockchains est considéré comme l’un des problèmes majeurs de la crypto-sphère. Par exemple, si vous utilisez Bitcoin, vous ne pouvez pas communiquer avec quelqu’un qui utilise Ethereum. Les protocoles de Layer 2 peuvent exacerber ce problème en limitant l’interconnectivité du réseau, car ils ne fonctionnent que sur leurs blockchains natives.
- Des problèmes de confidentialité et de sécurité : comme vous l’aurez compris, aucune des solutions Layer 2 n’offre le même niveau de sécurité que les grandes blockchains. Donc si vous privilégiez la confidentialité à la performance, vous devrez probablement vous contenter des solutions Layer 1.
Comment peut-on améliorer les solutions Layer 2 ?
Les nested blockchains, les state channels et les sidechains sont des exemples de solutions d’évolutivité de couche 2.
Les nested blockchains
Une nested blockchain est une blockchain qui se trouve à l’intérieur, ou plutôt en dessous d’une autre blockchain. Celle-ci comprend généralement une blockchain de base qui régit les paramètres d’un réseau plus large. L’exécution se fait au sein d’un réseau interconnecté de chaînes secondaires.
Sur une blockchain centrale, on peut créer plusieurs petites chaînes, chacune avec sa propre connexion “parent-enfant”. En effet, la chaîne mère (ou parent chain) délègue les tâches aux chaînes enfants (child chains), qui les exécutent avant de lui renvoyer les résultats.
À moins qu’il n’y ait un litige, la blockchain de base ne participe pas aux tâches du réseau des chaînes secondaires. Ce modèle allège considérablement sa charge de travail, ce qui améliore sa scalabilité de façon exceptionnelle. OMG Plasma est l’un des exemples les plus connus de solutions Layer 2 utilisant des nested blockchains.
Les state channels
Les state channels ou canaux d’état permettent une communication bidirectionnelle entre une blockchain principale et des canaux de transactions off-chain, ce qui améliore à la fois la performance et le débit. Ces canaux ne nécessitent pas la validation des nœuds de la Layer1. Ils s’appuient plutôt sur des réseaux isolés utilisant des mécanismes multi signatures et des contrats intelligents.
Lorsque les transactions sont effectués sur un canal d’état, un “état” final du canal et de ses modifications est envoyé à la blockchain de base. Parmi ces state channels, on peut citer : Liquid Network, Raiden Network d’Ethereum, Celer et le réseau Lightning de Bitcoin. Ceci dit, ces outils sacrifient une partie de leur décentralisation afin d’améliorer leur évolutivité.
Les sidechains
Comme son nom l’indique, une sidechain ou chaîne latérale, est adjacente à la blockchain principale. Elle est généralement utilisée pour traiter les lots de transactions. Les sidechains utilisent un mécanisme de consensus différent de la blockchain centrale, et leurs utilisateurs peuvent les optimiser afin d’améliorer la vitesse et l’évolutivité. Dans une architecture sidechain, la fonction principale de la blockchain de base est de maintenir la sécurité globale, valider les enregistrements des lots de transactions et résoudre les litiges.
Il ne faut cependant pas confondre les sidechains avec les state channels. Premièrement, les transactions des sidechains ne sont pas privées et sont affichées publiquement sur la blockchain. Deuxièmement, leurs failles n’affectent ni la blockchain principale, ni les autres chaînes latérales. En effet, l’infrastructure d’une sidechain est entièrement indépendante. C’est pourquoi ce type de solutions nécessite beaucoup de temps et d’efforts.
Layer 2 vs Layer 1 : quelles différences ?
On ne peut pas établir de bonne comparaison entre la Layer 1 et la Layer 2, sans connaître leurs spécificités. Voici quelques-unes des principales différences entre ces deux solutions blockchain :
1. Définition
Les solutions de Layer 1 modifient la couche de base du protocole blockchain afin d’améliorer sa scalabilité. Elles permettent, par exemple, d’ajuster la taille des blocs pour accélérer le débit des transactions, ou de modifier le mécanisme de consensus afin de le rendre plus rapide et efficace.
En revanche, les solutions de Layer 2 allègent la charge de travail de la blockchain principale en exécutant les transactions en dehors de celle-ci. Ces tâches sont déléguées à des protocoles, réseaux ou applications de couche 2. Ces derniers exécutent les tâches, et envoient les résultats finaux à la blockchain principale.
2. Mode de fonctionnement
En termes simples, les solutions de Layer 1 se focalisent sur les modifications de la blockchain de base. Par conséquent, il n’est pas possible d’annuler ces modifications au cas où le volume de transactions baisse considérablement.
De leur côté, les solutions de Layer 2 fonctionnement en dehors de la blockchain centrale. Les protocoles, réseaux et solutions off-chain ne signalent que les résultats finaux requis par le réseau principal. Ainsi, ils n’apportent aucune modification aux fonctionnalités.
3. Types de solutions
Les solutions de Layer 2 améliorent la scalabilité sans impacter le mécanisme de consensus. Pour leur part, les solutions de Layer 1 apportent des modifications à la taille des blocs, la fréquence de production, etc.
Notons également que les solutions de Layer 2 peuvent utiliser différentes méthodes pour améliorer l’évolutivité. En effet, tout protocole, réseau ou application peut fonctionner comme une solution off-chain de Layer 2.
4. Résultats
Les réseaux de Layer 1 servent de source unique d’informations et sont les seuls responsables de l’exécution des transactions. Ils utilisent le token natif du réseau afin d’accéder à ses ressources. Ils permettent également de modifier l’algorithme de consensus.
Les réseaux de Layer 2 offrent les mêmes fonctionnalités que les solutions de Layer 1, en y ajoutant des options supplémentaires. Par exemple, les réseaux de couche 2 augmentent le débit et la programmabilité, tout en réduisant les frais de transaction. Ceci dit, chaque solution de Layer 2 a sa propre méthode pour alléger le fardeau du réseau principal.
Quel avenir pour la scalabilité des blockchains ?
Sans aucun doute, le manque de scalabilité est un frein qui ralentit considérablement l’adoption de la technologie crypto. Au fur et à mesure que la demande augmente, les blockchains doivent se montrer plus évolutives pour tirer leur épingle du jeu.
Les solutions de Layer 1 et de Layer 2 s’appuient sur des méthodes différentes, mais leurs objectifs restent les mêmes. À l’avenir, les projets blockchains devront probablement combiner ces deux solutions afin d’offrir une meilleure expérience à leurs utilisateurs.
Questions fréquentes (FAQ)
Quelle est la différence entre la Layer 1 et la Layer 2 ?
Ethereum est-il une blockchain de Layer 1 ou 2 ?
Existe-t-il des solutions de Layer 3 ?
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