Introduction à la mise à l'échelle
Dans ce module, nous explorerons les concepts fondamentaux de la mise à l'échelle dans le contexte de la blockchain et des crypto-monnaies. Nous nous pencherons sur les défis de l'extensibilité et sur la nécessité de trouver des solutions innovantes. Vous comprendrez pourquoi la mise à l'échelle est cruciale pour la croissance et l'adoption des réseaux de blockchain, et nous présenterons diverses solutions de mise à l'échelle et leurs avantages.
Qu'est-ce qu'un niveau 1 en cryptographie ?
Dans le contexte de la technologie blockchain, la couche 1 (L1) désigne le protocole de base ou la blockchain sous-jacente elle-même. Il s'agit de la couche primaire de la blockchain qui établit les règles et les protocoles fondamentaux du système. En termes plus simples, la couche 1 fait référence au réseau principal de la blockchain, qui est responsable de la validation des transactions, de la tenue du grand livre et de la création de nouveaux blocs.
Les protocoles de la couche 1 sont souvent appelés protocoles de la "couche de base", car ils servent de fondement à l'ensemble du réseau de la blockchain. Ces protocoles peuvent être considérés comme les éléments fondamentaux de la blockchain, fournissant des fonctionnalités essentielles telles que les mécanismes de consensus, la validation des blocs et les fonctions de sécurité.
L'une des principales caractéristiques des protocoles de la couche 1 est leur capacité à traiter les transactions de manière décentralisée et sans confiance. Cela est possible grâce à l'utilisation de mécanismes de consensus, qui permettent aux nœuds du réseau de parvenir à un consensus sur la validité des transactions sans avoir besoin d'une autorité centralisée.
L'un des protocoles de niveau 1 les plus connus est le bitcoin, qui fonctionne depuis 2009. Les autres protocoles de couche 1 les plus populaires sont Ethereum, Bitcoin Cash et Litecoin. Chacun de ces protocoles possède ses propres caractéristiques, telles que le temps de blocage, la taille des blocs et le débit des transactions, qui déterminent leurs performances globales.
Les protocoles de couche 1 sont généralement conçus pour être sécurisés et immuables, ce qui signifie qu'une fois qu'une transaction a été confirmée et ajoutée à la blockchain, elle ne peut être ni modifiée ni supprimée. Elles sont donc idéales pour les cas d'utilisation où la transparence, la sécurité et l'immuabilité sont essentielles, comme dans les transactions financières, la gestion de la chaîne d'approvisionnement et les systèmes de vote.
Si les protocoles de la couche 1 sont incroyablement puissants, ils présentent également certaines limites, comme les problèmes d'évolutivité. À mesure que le nombre de transactions sur le réseau augmente, le temps et le coût nécessaires au traitement des transactions peuvent s'accroître de manière significative. Cela a conduit au développement de solutions de mise à l'échelle de la couche 2.
Qu'est-ce qu'une couche 2 en cryptographie ?
Une solution de mise à l'échelle de la couche 2 est un protocole hors chaîne construit au-dessus d'une blockchain de la couche 1 pour augmenter son évolutivité et son débit sans sacrifier la sécurité. Les solutions de couche 2 peuvent être utilisées pour une variété d'applications, telles que les paiements, les contrats intelligents et les échanges décentralisés. En déplaçant une partie du traitement des transactions hors de la chaîne, les solutions de niveau 2 peuvent réduire de manière significative le nombre de transactions devant être traitées sur la blockchain principale, ce qui se traduit par des transactions plus rapides et moins coûteuses.
L'une des solutions de mise à l'échelle de la couche 2 les plus populaires est le Lightning Network, qui a été développé à l'origine pour le bitcoin, mais qui a depuis été adapté à d'autres crypto-monnaies. Le Lightning Network permet des transactions instantanées et peu coûteuses en créant des canaux de paiement entre les utilisateurs, ce qui leur permet d'effectuer des transactions hors chaîne sans avoir à attendre les confirmations de la blockchain principale.
Plasma, développé par Vitalik Buterin et Joseph Poon, est un autre exemple de solution de niveau 2. Plasma utilise une structure arborescente de sidechains pour traiter les transactions hors chaîne, et intègre périodiquement un résumé de ces transactions dans la blockchain principale. Cela permet de traiter un grand nombre de transactions tout en maintenant la sécurité de la blockchain principale.
Les canaux d'État sont un autre type de solution de niveau 2 qui permettent des transactions hors chaîne entre les utilisateurs. Les canaux d'État fonctionnent en créant un canal privé entre deux utilisateurs, ce qui leur permet d'effectuer des transactions hors chaîne sans impliquer la chaîne de blocs principale. Une fois le canal fermé, l'état final du canal est enregistré dans la blockchain principale, ce qui garantit la sécurité de la transaction.
Les solutions de rollup sont un nouveau type de solution de couche 2 qui a gagné en popularité ces dernières années. Les rollups utilisent des contrats intelligents pour regrouper les transactions hors chaîne, puis pour enregistrer périodiquement un résumé de ces transactions sur la blockchain principale. Il existe deux types de rollups : les rollups ZK, qui utilisent des preuves à connaissance nulle pour prouver la validité des transactions hors chaîne, et les rollups optimistes, qui supposent que les transactions sont valides jusqu'à preuve du contraire.
Les solutions de la couche 2 présentent plusieurs avantages par rapport aux solutions de la couche 1. D'une part, ils peuvent augmenter considérablement l'évolutivité et le débit d'une blockchain sans sacrifier la sécurité. Ils peuvent également réduire les frais de transaction et augmenter la vitesse des transactions, ce qui les rend plus pratiques pour un usage quotidien. En outre, les solutions de niveau 2 peuvent être construites sur n'importe quelle blockchain de niveau 1, ce qui signifie qu'elles peuvent être utilisées pour mettre à l'échelle n'importe quelle crypto-monnaie.
Cependant, les solutions de la couche 2 présentent également certains inconvénients. D'une part, ils peuvent être complexes et difficiles à mettre en œuvre, ce qui peut limiter leur adoption. En outre, comme les solutions de la couche 2 reposent sur un traitement hors chaîne, elles peuvent être moins sûres que les solutions de la couche 1, ce qui peut les rendre vulnérables aux attaques. Enfin, comme les solutions de niveau 2 sont construites au-dessus des blockchains de niveau 1, elles sont limitées par la capacité de la blockchain sous-jacente.
Qu'est-ce qu'une solution de mise à l'échelle ?
Dans le monde des crypto-monnaies, l'un des plus grands défis de la technologie blockchain est l'évolutivité. L'évolutivité fait référence à la capacité d'un réseau blockchain à gérer un volume important de transactions en temps voulu et de manière rentable. La popularité des applications basées sur la blockchain ne cesse de croître, tout comme la demande d'un traitement des transactions plus rapide et plus efficace. C'est là qu'interviennent les solutions de mise à l'échelle.
Les solutions de mise à l'échelle sont des technologies qui opèrent au-dessus du protocole de la blockchain pour améliorer la vitesse et l'efficacité de la blockchain sous-jacente. Ces solutions sont conçues pour relever le défi de l'évolutivité en traitant les transactions en dehors du réseau principal. Cela permet d'alléger la charge qui pèse sur le réseau principal de la blockchain et de réduire les frais de transaction, tout en maintenant la sécurité et l'intégrité de la blockchain.
L'objectif des solutions de mise à l'échelle est de permettre aux réseaux de blockchain de traiter un plus grand volume de transactions sans compromettre la vitesse, le coût ou la sécurité. En déchargeant une partie du travail de traitement vers des solutions de niveau 2, le réseau principal de la blockchain peut se concentrer sur ses fonctions essentielles, tout en bénéficiant de l'efficacité et de l'évolutivité accrues de ces solutions.
Chronologie des problèmes et des solutions liés à la mise à l'échelle
Depuis sa création, la mise à l'échelle est un problème crucial pour l'industrie de la blockchain. Bitcoin, le premier réseau de blockchain, ne peut traiter qu'un nombre limité de transactions par seconde (TPS). Cette limitation a constitué un obstacle important à l'adoption, car la confirmation d'une transaction peut prendre plusieurs minutes, ce qui entraîne des délais de traitement lents et des frais élevés. Ce problème a conduit au développement de nombreuses solutions de mise à l'échelle, dont certaines seront examinées dans cette section.
L'une des premières solutions de mise à l'échelle a été l'augmentation de la taille des blocs. Le bitcoin avait initialement une limite de taille de bloc de 1 Mo, qui a ensuite été augmentée à 2 Mo. Toutefois, cette approche avait ses limites, car les blocs plus importants nécessitent plus d'espace de stockage, ce qui augmente le coût de fonctionnement d'un nœud et peut conduire à une centralisation. La communauté Bitcoin était également divisée sur cette approche, ce qui a conduit à la création d'un réseau forké appelé Bitcoin Cash, qui a augmenté la taille des blocs à 8 Mo.
Une autre solution de mise à l'échelle est connue sous le nom de Lightning Network, qui a été proposée pour la première fois en 2015 par Joseph Poon et Thaddeus Dryja. Le Lightning Network fonctionne au-dessus de la chaîne de blocs Bitcoin et permet aux utilisateurs d'effectuer des transactions hors chaîne en créant des canaux de paiement. Cette approche peut théoriquement faire évoluer le bitcoin vers des millions de TPS tout en maintenant les frais à un niveau bas.
Ethereum, un autre réseau blockchain de premier plan, a également été confronté à des problèmes de mise à l'échelle en raison de sa popularité et du nombre croissant d'applications décentralisées (dApps) construites au-dessus de lui. L'une des premières solutions proposées pour Ethereum s'appelait Plasma et visait à faire évoluer le réseau en créant de multiples chaînes enfants ou sidechains qui peuvent traiter les transactions de manière indépendante. Cependant, Plasma a dû faire face à plusieurs défis techniques et son développement a finalement été interrompu.
Une autre solution pour la mise à l'échelle d'Ethereum est connue sous le nom de "sharding". Le sharding consiste à diviser la blockchain Ethereum en parties plus petites, ou shards, qui peuvent traiter les transactions de manière indépendante, augmentant ainsi le TPS global du réseau. Ethereum travaille actuellement à la mise en œuvre du sharding dans le cadre de sa mise à jour Ethereum 2.0.
Les rollups sont une autre solution de mise à l'échelle d'Ethereum qui a gagné en popularité ces dernières années. Les rollups consistent à regrouper plusieurs transactions en une seule qui est traitée sur la blockchain Ethereum, ce qui permet de réduire le nombre de calculs nécessaires et d'augmenter le TPS. Les rollups peuvent être classés en deux catégories, les rollups optimistes et les rollups ZK, en fonction de la technologie sous-jacente utilisée.
La solution de mise à l'échelle connue sous le nom de "Optimistic Rollups" a été proposée pour la première fois par le groupe Plasma en 2018. Les rollups optimistes permettent de regrouper plusieurs transactions en une seule, qui est traitée en dehors de la chaîne, ce qui réduit le nombre de calculs nécessaires et augmente le TPS. Les transactions sont ensuite regroupées et publiées sur la blockchain Ethereum, ce qui permet des transactions plus rapides et moins chères tout en conservant la sécurité et la décentralisation de la blockchain sous-jacente.
Les rollups ZK sont un autre type de rollup qui utilise des preuves de zéro connaissance (ZK) pour regrouper les transactions en une seule. Cette approche élimine la nécessité d'un traitement hors chaîne et permet de traiter davantage de transactions en un seul bloc, tout en maintenant la sécurité et la décentralisation de la chaîne de blocs. Les ZK-Rollups ont été introduits pour la première fois par Matter Labs en 2019 et ont attiré l'attention au cours des dernières années.
Comparaison entre les couches 1 et 2
La couche 1 et la couche 2 sont deux concepts importants dans l'écosystème de la blockchain. Chaque couche a une fonction spécifique et les deux couches travaillent ensemble pour fournir un réseau de blockchain évolutif et efficace. Nous allons ici comparer les deux couches, en soulignant les forces et les faiblesses de chacune d'entre elles.
La couche 1 est la couche de base de la blockchain. Il se compose du protocole de base de la blockchain et est responsable de la gestion du mécanisme de consensus, de la validation des transactions et du maintien de l'état de la blockchain. La couche 1 est l'endroit où la crypto-monnaie native de la blockchain est émise et où toutes les transactions sont traitées. Bitcoin, Ethereum et d'autres grandes blockchains fonctionnent sur la couche 1.
La couche 2 est construite au-dessus de la couche 1 et fournit des fonctionnalités supplémentaires au réseau de la blockchain. Elle est conçue pour améliorer l'évolutivité et l'efficacité de la blockchain en déchargeant la couche 1 d'une partie du traitement. Les solutions de la couche 2 comprennent les canaux d'état, le plasma, les rollups et les sidechains.
Le mécanisme de consensus de la couche 1, tel que la preuve de travail (PoW) ou la preuve d'enjeu (PoS), garantit l'intégrité et l'immutabilité de la blockchain. La couche 1 est également décentralisée, ce qui signifie qu'aucune entité ne peut contrôler le réseau. La couche 1 est donc idéale pour le stockage de biens de grande valeur et la réalisation de transactions nécessitant un niveau de sécurité élevé.
Cependant, la puissance de traitement requise pour maintenir le mécanisme de consensus est élevée, ce qui limite le débit du réseau. La couche 1 est donc moins efficace et moins évolutive que les solutions de la couche 2. La couche 1 comporte également des frais de transaction plus élevés que la couche 2, ce qui la rend moins intéressante pour les micropaiements et autres transactions de faible valeur.
Les solutions de niveau 2, quant à elles, sont conçues pour améliorer l'évolutivité et l'efficacité de la blockchain. En déchargeant la couche 1 d'une partie du traitement, la couche 2 peut traiter les transactions plus rapidement et à moindre coût. La couche 2 permet également des fonctionnalités de contrat intelligent plus complexes qui ne sont pas possibles sur la couche 1 en raison de sa capacité de traitement limitée.
Les solutions de la couche 2 peuvent traiter un nombre beaucoup plus important de transactions par seconde que celles de la couche 1. La couche 2 est donc idéale pour les cas d'utilisation nécessitant un débit de transaction élevé, tels que les jeux en ligne ou le commerce à haute fréquence. Les frais de transaction de la couche 2 sont également moins élevés que ceux de la couche 1, ce qui la rend plus adaptée aux micropaiements et à d'autres transactions de faible valeur.
La sécurité des solutions de la couche 2 dépend de la sécurité de la couche 1, et une couche 1 compromise pourrait affecter la sécurité de la couche 2. La couche 2 nécessite également des hypothèses de confiance supplémentaires par rapport à la couche 1, car le traitement est effectué par un ensemble plus restreint de nœuds ou d'entités de confiance. La couche 2 est donc moins adaptée au stockage de biens de grande valeur ou à la réalisation de transactions nécessitant un niveau de sécurité élevé.
Solutions de mise à l'échelle de la couche 2
Les solutions de mise à l'échelle de la couche 2 sont un type populaire de solution de mise à l'échelle qui fonctionne au-dessus du réseau principal de la blockchain. Ces solutions visent à résoudre le problème de l'évolutivité en traitant les transactions en dehors du réseau principal. Ce faisant, les solutions de la couche 2 peuvent considérablement augmenter la vitesse et l'efficacité du traitement des transactions, tout en réduisant la charge sur le réseau principal de la blockchain.
Un exemple de solution de mise à l'échelle de la couche 2 est celui des Zero-knowledge rollups (ZK-Rollups), qui sera abordé en profondeur tout au long de ce cours. Les ZK-Rollups utilisent une technique cryptographique appelée "zero-knowledge proofs" pour regrouper plusieurs transactions en une seule, qui est ensuite envoyée au réseau principal de la blockchain. Cela permet de réduire le nombre de transactions qui doivent être traitées par le réseau principal, tout en maintenant la sécurité et l'intégrité de la blockchain.
Les rollups optimistes sont un autre exemple de solution de mise à l'échelle de la couche 2. Les rollups optimistes traitent les transactions hors chaîne, puis soumettent un résumé de ces transactions au réseau principal de la blockchain. Ce résumé est ensuite vérifié par le réseau principal, ce qui garantit l'exactitude et la sécurité des transactions. En traitant les transactions hors chaîne, Optimistic Rollups peut augmenter de manière significative la vitesse et l'efficacité du traitement des transactions, tout en réduisant les frais de gaz associés à ces transactions.
Avantages des solutions de niveau 2
Les solutions de couche 2 offrent plusieurs avantages par rapport aux réseaux de blockchain traditionnels. Voici quelques-uns des avantages les plus significatifs :
Amélioration du nombre de transactions par seconde (TPS) : Les solutions de couche 2 peuvent traiter un volume de transactions par seconde beaucoup plus élevé que les réseaux de blockchain traditionnels. En traitant les transactions en dehors du réseau principal, les solutions Layer-2 peuvent augmenter considérablement la vitesse et l'efficacité du traitement des transactions, ce qui est essentiel pour les applications basées sur la blockchain qui nécessitent un traitement rapide et fiable des transactions.
Réduction des frais d'essence : Les frais d'utilisation font référence aux frais de transaction que les utilisateurs doivent payer pour utiliser un réseau de blockchain. L'un des principaux avantages des solutions de la couche 2 est qu'elles permettent de réduire considérablement les frais de gaz associés aux transactions. En traitant les transactions en dehors de la chaîne, les solutions de couche 2 peuvent réduire la charge du réseau principal de la blockchain, ce qui permet de réduire les frais de gaz pour les utilisateurs.
Sécurité préservée : Les solutions de niveau 2 sont conçues pour préserver la sécurité et l'intégrité de la blockchain sous-jacente. En utilisant des techniques cryptographiques telles que les preuves à connaissance nulle et les calculs vérifiables, les solutions de couche 2 peuvent garantir que les transactions sont exactes et sécurisées, même lorsqu'elles sont traitées en dehors du réseau principal.
Réseaux spécifiques aux applications : Les solutions de couche 2 peuvent être personnalisées pour répondre aux besoins spécifiques des différentes applications basées sur la blockchain. Par exemple, certaines solutions de couche 2 sont conçues spécifiquement pour des applications financières décentralisées (DeFi), tandis que d'autres sont conçues pour des jetons non fongibles (NFT) ou des applications de jeux. Cela permet aux développeurs de créer des applications plus efficaces et plus spécialisées sur le réseau de la blockchain.
Comparaison des solutions de mise à l'échelle de la couche 2 et de la couche 1
Les solutions de mise à l'échelle de la couche 1 et de la couche 2 sont deux approches distinctes pour relever le défi de l'évolutivité dans les réseaux de blockchain. Alors que les solutions de niveau 1 se concentrent sur l'amélioration du réseau principal de la blockchain, les solutions de niveau 2 opèrent au-dessus du réseau principal et traitent les transactions en dehors de la chaîne. Voici un examen plus approfondi de la comparaison entre les deux solutions :
Vitesse et efficacité
Les solutions de niveau 2 peuvent traiter un plus grand nombre de transactions par seconde que les solutions de niveau 1. En traitant les transactions hors chaîne, les solutions Layer-2 peuvent augmenter considérablement la vitesse et l'efficacité du traitement des transactions, ce qui est essentiel pour les applications basées sur la blockchain qui nécessitent un traitement rapide et fiable des transactions.
Sécurité
Les solutions de couche 1 et de couche 2 sont conçues pour maintenir la sécurité et l'intégrité de la blockchain sous-jacente. Cependant, les solutions de niveau 2 s'appuient sur des techniques cryptographiques telles que les preuves à connaissance nulle et les calculs vérifiables pour garantir l'exactitude et la sécurité des transactions, même lorsqu'elles sont traitées en dehors du réseau principal.
Taxes sur le gaz
Les frais de gaz sont les frais de transaction que les utilisateurs doivent payer pour utiliser un réseau de blockchain. Les solutions de la couche 2 peuvent réduire considérablement les frais de gaz, car elles traitent les transactions en dehors de la chaîne et réduisent la charge qui pèse sur le réseau principal. Les solutions de couche 1, quant à elles, peuvent nécessiter des frais de gaz plus élevés pour tenir compte de l'augmentation du traitement des transactions sur le réseau principal.
Flexibilité
Les solutions de couche 2 sont plus souples que les solutions de couche 1 en termes de personnalisation pour des applications spécifiques. Les solutions de couche 2 peuvent être adaptées pour répondre aux besoins spécifiques des différentes applications basées sur la blockchain, ce qui permet aux développeurs de créer des applications plus efficaces et plus spécialisées au-dessus du réseau de la blockchain.
Complexité
Les solutions de niveau 2 sont souvent plus complexes que les solutions de niveau 1, car elles nécessitent une infrastructure et des techniques cryptographiques supplémentaires pour traiter les transactions hors chaîne. Cette complexité supplémentaire peut compliquer la tâche des développeurs qui souhaitent créer des applications à partir des solutions de la couche 2.
Interopérabilité
Les solutions de couche 1 peuvent être plus interopérables que les solutions de couche 2, car elles fonctionnent directement sur le réseau principal de la blockchain. Il est ainsi plus facile pour les différents réseaux de blockchain de communiquer entre eux et pour les utilisateurs de déplacer des actifs entre les différents réseaux. Les solutions de niveau 2, quant à elles, peuvent nécessiter une infrastructure d'interopérabilité supplémentaire pour faciliter les transactions entre les chaînes.
Points forts
- Les solutions de mise à l'échelle visent à améliorer la vitesse et l'efficacité des réseaux de blockchain.
- Les solutions de mise à l'échelle sont des technologies qui fonctionnent au-dessus d'un protocole de blockchain pour relever le défi de la mise à l'échelle des réseaux de blockchain.
- Parmi les exemples de solutions de mise à l'échelle de la couche 2, on peut citer les rollups à zéro connaissance (ZK-Rollups) et les rollups optimistes.
- Les solutions de la couche 2 permettent d'améliorer le nombre de transactions par seconde, de réduire les frais de gaz, de préserver la sécurité et de mettre en place des réseaux spécifiques aux applications.
- Les solutions de couche 2 offrent une vitesse et une efficacité accrues, des frais de gaz réduits, une plus grande flexibilité et peuvent être adaptées pour répondre aux besoins spécifiques des différentes applications basées sur la blockchain, tandis que les solutions de couche 1 sont plus interopérables et peuvent nécessiter une complexité moindre.
Lesson 1:Introduction à la mise à l'échelle
Lesson 2:Introduction aux rollups
Lesson 3:Rollups à connaissance nulle (ZK-Rollups)
Lesson 4:Rollups optimistes
Lesson 5:Solutions de mise à l'échelle
Lesson 6:Exemples de solutions de mise à l'échelle
Lesson 7:Réflexions finales
Introduction à la mise à l'échelle
Dans ce module, nous explorerons les concepts fondamentaux de la mise à l'échelle dans le contexte de la blockchain et des crypto-monnaies. Nous nous pencherons sur les défis de l'extensibilité et sur la nécessité de trouver des solutions innovantes. Vous comprendrez pourquoi la mise à l'échelle est cruciale pour la croissance et l'adoption des réseaux de blockchain, et nous présenterons diverses solutions de mise à l'échelle et leurs avantages.
Qu'est-ce qu'un niveau 1 en cryptographie ?
Dans le contexte de la technologie blockchain, la couche 1 (L1) désigne le protocole de base ou la blockchain sous-jacente elle-même. Il s'agit de la couche primaire de la blockchain qui établit les règles et les protocoles fondamentaux du système. En termes plus simples, la couche 1 fait référence au réseau principal de la blockchain, qui est responsable de la validation des transactions, de la tenue du grand livre et de la création de nouveaux blocs.
Les protocoles de la couche 1 sont souvent appelés protocoles de la "couche de base", car ils servent de fondement à l'ensemble du réseau de la blockchain. Ces protocoles peuvent être considérés comme les éléments fondamentaux de la blockchain, fournissant des fonctionnalités essentielles telles que les mécanismes de consensus, la validation des blocs et les fonctions de sécurité.
L'une des principales caractéristiques des protocoles de la couche 1 est leur capacité à traiter les transactions de manière décentralisée et sans confiance. Cela est possible grâce à l'utilisation de mécanismes de consensus, qui permettent aux nœuds du réseau de parvenir à un consensus sur la validité des transactions sans avoir besoin d'une autorité centralisée.
L'un des protocoles de niveau 1 les plus connus est le bitcoin, qui fonctionne depuis 2009. Les autres protocoles de couche 1 les plus populaires sont Ethereum, Bitcoin Cash et Litecoin. Chacun de ces protocoles possède ses propres caractéristiques, telles que le temps de blocage, la taille des blocs et le débit des transactions, qui déterminent leurs performances globales.
Les protocoles de couche 1 sont généralement conçus pour être sécurisés et immuables, ce qui signifie qu'une fois qu'une transaction a été confirmée et ajoutée à la blockchain, elle ne peut être ni modifiée ni supprimée. Elles sont donc idéales pour les cas d'utilisation où la transparence, la sécurité et l'immuabilité sont essentielles, comme dans les transactions financières, la gestion de la chaîne d'approvisionnement et les systèmes de vote.
Si les protocoles de la couche 1 sont incroyablement puissants, ils présentent également certaines limites, comme les problèmes d'évolutivité. À mesure que le nombre de transactions sur le réseau augmente, le temps et le coût nécessaires au traitement des transactions peuvent s'accroître de manière significative. Cela a conduit au développement de solutions de mise à l'échelle de la couche 2.
Qu'est-ce qu'une couche 2 en cryptographie ?
Une solution de mise à l'échelle de la couche 2 est un protocole hors chaîne construit au-dessus d'une blockchain de la couche 1 pour augmenter son évolutivité et son débit sans sacrifier la sécurité. Les solutions de couche 2 peuvent être utilisées pour une variété d'applications, telles que les paiements, les contrats intelligents et les échanges décentralisés. En déplaçant une partie du traitement des transactions hors de la chaîne, les solutions de niveau 2 peuvent réduire de manière significative le nombre de transactions devant être traitées sur la blockchain principale, ce qui se traduit par des transactions plus rapides et moins coûteuses.
L'une des solutions de mise à l'échelle de la couche 2 les plus populaires est le Lightning Network, qui a été développé à l'origine pour le bitcoin, mais qui a depuis été adapté à d'autres crypto-monnaies. Le Lightning Network permet des transactions instantanées et peu coûteuses en créant des canaux de paiement entre les utilisateurs, ce qui leur permet d'effectuer des transactions hors chaîne sans avoir à attendre les confirmations de la blockchain principale.
Plasma, développé par Vitalik Buterin et Joseph Poon, est un autre exemple de solution de niveau 2. Plasma utilise une structure arborescente de sidechains pour traiter les transactions hors chaîne, et intègre périodiquement un résumé de ces transactions dans la blockchain principale. Cela permet de traiter un grand nombre de transactions tout en maintenant la sécurité de la blockchain principale.
Les canaux d'État sont un autre type de solution de niveau 2 qui permettent des transactions hors chaîne entre les utilisateurs. Les canaux d'État fonctionnent en créant un canal privé entre deux utilisateurs, ce qui leur permet d'effectuer des transactions hors chaîne sans impliquer la chaîne de blocs principale. Une fois le canal fermé, l'état final du canal est enregistré dans la blockchain principale, ce qui garantit la sécurité de la transaction.
Les solutions de rollup sont un nouveau type de solution de couche 2 qui a gagné en popularité ces dernières années. Les rollups utilisent des contrats intelligents pour regrouper les transactions hors chaîne, puis pour enregistrer périodiquement un résumé de ces transactions sur la blockchain principale. Il existe deux types de rollups : les rollups ZK, qui utilisent des preuves à connaissance nulle pour prouver la validité des transactions hors chaîne, et les rollups optimistes, qui supposent que les transactions sont valides jusqu'à preuve du contraire.
Les solutions de la couche 2 présentent plusieurs avantages par rapport aux solutions de la couche 1. D'une part, ils peuvent augmenter considérablement l'évolutivité et le débit d'une blockchain sans sacrifier la sécurité. Ils peuvent également réduire les frais de transaction et augmenter la vitesse des transactions, ce qui les rend plus pratiques pour un usage quotidien. En outre, les solutions de niveau 2 peuvent être construites sur n'importe quelle blockchain de niveau 1, ce qui signifie qu'elles peuvent être utilisées pour mettre à l'échelle n'importe quelle crypto-monnaie.
Cependant, les solutions de la couche 2 présentent également certains inconvénients. D'une part, ils peuvent être complexes et difficiles à mettre en œuvre, ce qui peut limiter leur adoption. En outre, comme les solutions de la couche 2 reposent sur un traitement hors chaîne, elles peuvent être moins sûres que les solutions de la couche 1, ce qui peut les rendre vulnérables aux attaques. Enfin, comme les solutions de niveau 2 sont construites au-dessus des blockchains de niveau 1, elles sont limitées par la capacité de la blockchain sous-jacente.
Qu'est-ce qu'une solution de mise à l'échelle ?
Dans le monde des crypto-monnaies, l'un des plus grands défis de la technologie blockchain est l'évolutivité. L'évolutivité fait référence à la capacité d'un réseau blockchain à gérer un volume important de transactions en temps voulu et de manière rentable. La popularité des applications basées sur la blockchain ne cesse de croître, tout comme la demande d'un traitement des transactions plus rapide et plus efficace. C'est là qu'interviennent les solutions de mise à l'échelle.
Les solutions de mise à l'échelle sont des technologies qui opèrent au-dessus du protocole de la blockchain pour améliorer la vitesse et l'efficacité de la blockchain sous-jacente. Ces solutions sont conçues pour relever le défi de l'évolutivité en traitant les transactions en dehors du réseau principal. Cela permet d'alléger la charge qui pèse sur le réseau principal de la blockchain et de réduire les frais de transaction, tout en maintenant la sécurité et l'intégrité de la blockchain.
L'objectif des solutions de mise à l'échelle est de permettre aux réseaux de blockchain de traiter un plus grand volume de transactions sans compromettre la vitesse, le coût ou la sécurité. En déchargeant une partie du travail de traitement vers des solutions de niveau 2, le réseau principal de la blockchain peut se concentrer sur ses fonctions essentielles, tout en bénéficiant de l'efficacité et de l'évolutivité accrues de ces solutions.
Chronologie des problèmes et des solutions liés à la mise à l'échelle
Depuis sa création, la mise à l'échelle est un problème crucial pour l'industrie de la blockchain. Bitcoin, le premier réseau de blockchain, ne peut traiter qu'un nombre limité de transactions par seconde (TPS). Cette limitation a constitué un obstacle important à l'adoption, car la confirmation d'une transaction peut prendre plusieurs minutes, ce qui entraîne des délais de traitement lents et des frais élevés. Ce problème a conduit au développement de nombreuses solutions de mise à l'échelle, dont certaines seront examinées dans cette section.
L'une des premières solutions de mise à l'échelle a été l'augmentation de la taille des blocs. Le bitcoin avait initialement une limite de taille de bloc de 1 Mo, qui a ensuite été augmentée à 2 Mo. Toutefois, cette approche avait ses limites, car les blocs plus importants nécessitent plus d'espace de stockage, ce qui augmente le coût de fonctionnement d'un nœud et peut conduire à une centralisation. La communauté Bitcoin était également divisée sur cette approche, ce qui a conduit à la création d'un réseau forké appelé Bitcoin Cash, qui a augmenté la taille des blocs à 8 Mo.
Une autre solution de mise à l'échelle est connue sous le nom de Lightning Network, qui a été proposée pour la première fois en 2015 par Joseph Poon et Thaddeus Dryja. Le Lightning Network fonctionne au-dessus de la chaîne de blocs Bitcoin et permet aux utilisateurs d'effectuer des transactions hors chaîne en créant des canaux de paiement. Cette approche peut théoriquement faire évoluer le bitcoin vers des millions de TPS tout en maintenant les frais à un niveau bas.
Ethereum, un autre réseau blockchain de premier plan, a également été confronté à des problèmes de mise à l'échelle en raison de sa popularité et du nombre croissant d'applications décentralisées (dApps) construites au-dessus de lui. L'une des premières solutions proposées pour Ethereum s'appelait Plasma et visait à faire évoluer le réseau en créant de multiples chaînes enfants ou sidechains qui peuvent traiter les transactions de manière indépendante. Cependant, Plasma a dû faire face à plusieurs défis techniques et son développement a finalement été interrompu.
Une autre solution pour la mise à l'échelle d'Ethereum est connue sous le nom de "sharding". Le sharding consiste à diviser la blockchain Ethereum en parties plus petites, ou shards, qui peuvent traiter les transactions de manière indépendante, augmentant ainsi le TPS global du réseau. Ethereum travaille actuellement à la mise en œuvre du sharding dans le cadre de sa mise à jour Ethereum 2.0.
Les rollups sont une autre solution de mise à l'échelle d'Ethereum qui a gagné en popularité ces dernières années. Les rollups consistent à regrouper plusieurs transactions en une seule qui est traitée sur la blockchain Ethereum, ce qui permet de réduire le nombre de calculs nécessaires et d'augmenter le TPS. Les rollups peuvent être classés en deux catégories, les rollups optimistes et les rollups ZK, en fonction de la technologie sous-jacente utilisée.
La solution de mise à l'échelle connue sous le nom de "Optimistic Rollups" a été proposée pour la première fois par le groupe Plasma en 2018. Les rollups optimistes permettent de regrouper plusieurs transactions en une seule, qui est traitée en dehors de la chaîne, ce qui réduit le nombre de calculs nécessaires et augmente le TPS. Les transactions sont ensuite regroupées et publiées sur la blockchain Ethereum, ce qui permet des transactions plus rapides et moins chères tout en conservant la sécurité et la décentralisation de la blockchain sous-jacente.
Les rollups ZK sont un autre type de rollup qui utilise des preuves de zéro connaissance (ZK) pour regrouper les transactions en une seule. Cette approche élimine la nécessité d'un traitement hors chaîne et permet de traiter davantage de transactions en un seul bloc, tout en maintenant la sécurité et la décentralisation de la chaîne de blocs. Les ZK-Rollups ont été introduits pour la première fois par Matter Labs en 2019 et ont attiré l'attention au cours des dernières années.
Comparaison entre les couches 1 et 2
La couche 1 et la couche 2 sont deux concepts importants dans l'écosystème de la blockchain. Chaque couche a une fonction spécifique et les deux couches travaillent ensemble pour fournir un réseau de blockchain évolutif et efficace. Nous allons ici comparer les deux couches, en soulignant les forces et les faiblesses de chacune d'entre elles.
La couche 1 est la couche de base de la blockchain. Il se compose du protocole de base de la blockchain et est responsable de la gestion du mécanisme de consensus, de la validation des transactions et du maintien de l'état de la blockchain. La couche 1 est l'endroit où la crypto-monnaie native de la blockchain est émise et où toutes les transactions sont traitées. Bitcoin, Ethereum et d'autres grandes blockchains fonctionnent sur la couche 1.
La couche 2 est construite au-dessus de la couche 1 et fournit des fonctionnalités supplémentaires au réseau de la blockchain. Elle est conçue pour améliorer l'évolutivité et l'efficacité de la blockchain en déchargeant la couche 1 d'une partie du traitement. Les solutions de la couche 2 comprennent les canaux d'état, le plasma, les rollups et les sidechains.
Le mécanisme de consensus de la couche 1, tel que la preuve de travail (PoW) ou la preuve d'enjeu (PoS), garantit l'intégrité et l'immutabilité de la blockchain. La couche 1 est également décentralisée, ce qui signifie qu'aucune entité ne peut contrôler le réseau. La couche 1 est donc idéale pour le stockage de biens de grande valeur et la réalisation de transactions nécessitant un niveau de sécurité élevé.
Cependant, la puissance de traitement requise pour maintenir le mécanisme de consensus est élevée, ce qui limite le débit du réseau. La couche 1 est donc moins efficace et moins évolutive que les solutions de la couche 2. La couche 1 comporte également des frais de transaction plus élevés que la couche 2, ce qui la rend moins intéressante pour les micropaiements et autres transactions de faible valeur.
Les solutions de niveau 2, quant à elles, sont conçues pour améliorer l'évolutivité et l'efficacité de la blockchain. En déchargeant la couche 1 d'une partie du traitement, la couche 2 peut traiter les transactions plus rapidement et à moindre coût. La couche 2 permet également des fonctionnalités de contrat intelligent plus complexes qui ne sont pas possibles sur la couche 1 en raison de sa capacité de traitement limitée.
Les solutions de la couche 2 peuvent traiter un nombre beaucoup plus important de transactions par seconde que celles de la couche 1. La couche 2 est donc idéale pour les cas d'utilisation nécessitant un débit de transaction élevé, tels que les jeux en ligne ou le commerce à haute fréquence. Les frais de transaction de la couche 2 sont également moins élevés que ceux de la couche 1, ce qui la rend plus adaptée aux micropaiements et à d'autres transactions de faible valeur.
La sécurité des solutions de la couche 2 dépend de la sécurité de la couche 1, et une couche 1 compromise pourrait affecter la sécurité de la couche 2. La couche 2 nécessite également des hypothèses de confiance supplémentaires par rapport à la couche 1, car le traitement est effectué par un ensemble plus restreint de nœuds ou d'entités de confiance. La couche 2 est donc moins adaptée au stockage de biens de grande valeur ou à la réalisation de transactions nécessitant un niveau de sécurité élevé.
Solutions de mise à l'échelle de la couche 2
Les solutions de mise à l'échelle de la couche 2 sont un type populaire de solution de mise à l'échelle qui fonctionne au-dessus du réseau principal de la blockchain. Ces solutions visent à résoudre le problème de l'évolutivité en traitant les transactions en dehors du réseau principal. Ce faisant, les solutions de la couche 2 peuvent considérablement augmenter la vitesse et l'efficacité du traitement des transactions, tout en réduisant la charge sur le réseau principal de la blockchain.
Un exemple de solution de mise à l'échelle de la couche 2 est celui des Zero-knowledge rollups (ZK-Rollups), qui sera abordé en profondeur tout au long de ce cours. Les ZK-Rollups utilisent une technique cryptographique appelée "zero-knowledge proofs" pour regrouper plusieurs transactions en une seule, qui est ensuite envoyée au réseau principal de la blockchain. Cela permet de réduire le nombre de transactions qui doivent être traitées par le réseau principal, tout en maintenant la sécurité et l'intégrité de la blockchain.
Les rollups optimistes sont un autre exemple de solution de mise à l'échelle de la couche 2. Les rollups optimistes traitent les transactions hors chaîne, puis soumettent un résumé de ces transactions au réseau principal de la blockchain. Ce résumé est ensuite vérifié par le réseau principal, ce qui garantit l'exactitude et la sécurité des transactions. En traitant les transactions hors chaîne, Optimistic Rollups peut augmenter de manière significative la vitesse et l'efficacité du traitement des transactions, tout en réduisant les frais de gaz associés à ces transactions.
Avantages des solutions de niveau 2
Les solutions de couche 2 offrent plusieurs avantages par rapport aux réseaux de blockchain traditionnels. Voici quelques-uns des avantages les plus significatifs :
Amélioration du nombre de transactions par seconde (TPS) : Les solutions de couche 2 peuvent traiter un volume de transactions par seconde beaucoup plus élevé que les réseaux de blockchain traditionnels. En traitant les transactions en dehors du réseau principal, les solutions Layer-2 peuvent augmenter considérablement la vitesse et l'efficacité du traitement des transactions, ce qui est essentiel pour les applications basées sur la blockchain qui nécessitent un traitement rapide et fiable des transactions.
Réduction des frais d'essence : Les frais d'utilisation font référence aux frais de transaction que les utilisateurs doivent payer pour utiliser un réseau de blockchain. L'un des principaux avantages des solutions de la couche 2 est qu'elles permettent de réduire considérablement les frais de gaz associés aux transactions. En traitant les transactions en dehors de la chaîne, les solutions de couche 2 peuvent réduire la charge du réseau principal de la blockchain, ce qui permet de réduire les frais de gaz pour les utilisateurs.
Sécurité préservée : Les solutions de niveau 2 sont conçues pour préserver la sécurité et l'intégrité de la blockchain sous-jacente. En utilisant des techniques cryptographiques telles que les preuves à connaissance nulle et les calculs vérifiables, les solutions de couche 2 peuvent garantir que les transactions sont exactes et sécurisées, même lorsqu'elles sont traitées en dehors du réseau principal.
Réseaux spécifiques aux applications : Les solutions de couche 2 peuvent être personnalisées pour répondre aux besoins spécifiques des différentes applications basées sur la blockchain. Par exemple, certaines solutions de couche 2 sont conçues spécifiquement pour des applications financières décentralisées (DeFi), tandis que d'autres sont conçues pour des jetons non fongibles (NFT) ou des applications de jeux. Cela permet aux développeurs de créer des applications plus efficaces et plus spécialisées sur le réseau de la blockchain.
Comparaison des solutions de mise à l'échelle de la couche 2 et de la couche 1
Les solutions de mise à l'échelle de la couche 1 et de la couche 2 sont deux approches distinctes pour relever le défi de l'évolutivité dans les réseaux de blockchain. Alors que les solutions de niveau 1 se concentrent sur l'amélioration du réseau principal de la blockchain, les solutions de niveau 2 opèrent au-dessus du réseau principal et traitent les transactions en dehors de la chaîne. Voici un examen plus approfondi de la comparaison entre les deux solutions :
Vitesse et efficacité
Les solutions de niveau 2 peuvent traiter un plus grand nombre de transactions par seconde que les solutions de niveau 1. En traitant les transactions hors chaîne, les solutions Layer-2 peuvent augmenter considérablement la vitesse et l'efficacité du traitement des transactions, ce qui est essentiel pour les applications basées sur la blockchain qui nécessitent un traitement rapide et fiable des transactions.
Sécurité
Les solutions de couche 1 et de couche 2 sont conçues pour maintenir la sécurité et l'intégrité de la blockchain sous-jacente. Cependant, les solutions de niveau 2 s'appuient sur des techniques cryptographiques telles que les preuves à connaissance nulle et les calculs vérifiables pour garantir l'exactitude et la sécurité des transactions, même lorsqu'elles sont traitées en dehors du réseau principal.
Taxes sur le gaz
Les frais de gaz sont les frais de transaction que les utilisateurs doivent payer pour utiliser un réseau de blockchain. Les solutions de la couche 2 peuvent réduire considérablement les frais de gaz, car elles traitent les transactions en dehors de la chaîne et réduisent la charge qui pèse sur le réseau principal. Les solutions de couche 1, quant à elles, peuvent nécessiter des frais de gaz plus élevés pour tenir compte de l'augmentation du traitement des transactions sur le réseau principal.
Flexibilité
Les solutions de couche 2 sont plus souples que les solutions de couche 1 en termes de personnalisation pour des applications spécifiques. Les solutions de couche 2 peuvent être adaptées pour répondre aux besoins spécifiques des différentes applications basées sur la blockchain, ce qui permet aux développeurs de créer des applications plus efficaces et plus spécialisées au-dessus du réseau de la blockchain.
Complexité
Les solutions de niveau 2 sont souvent plus complexes que les solutions de niveau 1, car elles nécessitent une infrastructure et des techniques cryptographiques supplémentaires pour traiter les transactions hors chaîne. Cette complexité supplémentaire peut compliquer la tâche des développeurs qui souhaitent créer des applications à partir des solutions de la couche 2.
Interopérabilité
Les solutions de couche 1 peuvent être plus interopérables que les solutions de couche 2, car elles fonctionnent directement sur le réseau principal de la blockchain. Il est ainsi plus facile pour les différents réseaux de blockchain de communiquer entre eux et pour les utilisateurs de déplacer des actifs entre les différents réseaux. Les solutions de niveau 2, quant à elles, peuvent nécessiter une infrastructure d'interopérabilité supplémentaire pour faciliter les transactions entre les chaînes.
Points forts
- Les solutions de mise à l'échelle visent à améliorer la vitesse et l'efficacité des réseaux de blockchain.
- Les solutions de mise à l'échelle sont des technologies qui fonctionnent au-dessus d'un protocole de blockchain pour relever le défi de la mise à l'échelle des réseaux de blockchain.
- Parmi les exemples de solutions de mise à l'échelle de la couche 2, on peut citer les rollups à zéro connaissance (ZK-Rollups) et les rollups optimistes.
- Les solutions de la couche 2 permettent d'améliorer le nombre de transactions par seconde, de réduire les frais de gaz, de préserver la sécurité et de mettre en place des réseaux spécifiques aux applications.
- Les solutions de couche 2 offrent une vitesse et une efficacité accrues, des frais de gaz réduits, une plus grande flexibilité et peuvent être adaptées pour répondre aux besoins spécifiques des différentes applications basées sur la blockchain, tandis que les solutions de couche 1 sont plus interopérables et peuvent nécessiter une complexité moindre.