Que sont les réseaux Blockchain de couche 1 et de couche 2 ?

Un guide sur le trilemme et l'évolutivité de la blockchain

De : Rahul Nambiampurath

Alors que la guerre des contrats intelligents s'intensifie, les blockchains de couche 1 et de couche 2 se différencient.

Des blockchains Proof-of-Work aux blockchains Proof-of-Stake, chacune a sa propre façon d'évoluer pour s'adapter au volume de transactions.

Tous les réseaux informatiques dépendent de la bande passante pour relayer les données, y compris les réseaux blockchain. Cependant, ces derniers sont plus sensibles à un problème de mise à l'échelle de la bande passante que les réseaux hautement centralisés :

Cet équilibre entre sécurité, décentralisation et évolutivité est connu sous le nom de Blockchain Trilemma. En termes simples, si un réseau blockchain est hautement centralisé, il est moins sécurisé et plus évolutif. Le faible nombre de nœuds rendrait les transactions plus rapides car la puissance de calcul serait moins distribuée.

À son tour, le faible nombre de nœuds augmenterait la vulnérabilité du réseau. Après tout, il prend le contrôle de 51% des nœuds pour être compromis par des pirates.

Dans un tel scénario, il serait alors possible d'empêcher l'ajout de nouvelles transactions à la blockchain. De plus, les transactions pourraient être réordonnées ou même annulées. Ce dernier conduirait alors au problème de la double dépense, dans lequel le même montant d'argent numérique est dépensé plus d'une fois.

Inutile de dire que la menace imminente de l'attaque à 51% rendrait toutes les crypto-monnaies sans valeur. Pour cette raison, ce n'est pas un hasard si les réseaux blockchain les plus décentralisés sont ceux qui sont les plus populaires : Ethereum (ETH) avec 4 457 nœuds et Bitcoin (BTC) avec 15 733 nœuds. Sur des milliers de crypto-monnaies, la paire a une capitalisation boursière de 503 milliards de dollars, soit 57 % de la valeur totale de toutes les crypto-monnaies.

Cependant, parce qu'ils sont tellement décentralisés et sécurisés, ils sont moins évolutifs. En pratique, cela se traduit par des frais de transaction élevés et de longs délais de confirmation des transactions.

Ainsi, plus la blockchain est décentralisée, plus elle est populaire, mais elle devient moins abordable et plus lente. C'est tout à fait l'énigme.

Que faire d'une autoroute sûre mais encombrée ? C'est assez simple : vous y connectez une route afin de décharger le trafic. C'est exactement la différence entre les réseaux blockchain de couche 1 et de couche 2.

La couche 1 est le principal réseau de blockchain en charge des transactions en chaîne, tandis que la couche 2 est le réseau connecté en charge des transactions hors chaîne. Le réseau Bitcoin est la couche 1.

Il offre une vitesse abyssale de cinq à sept transactions par seconde (tps). Il en résultait des transactions qui prenaient parfois des heures. Qu'il suffise de dire qu'un tel réseau ne pourrait jamais permettre à Bitcoin d'être utilisé comme crypto-monnaie dans les achats quotidiens réguliers.

Le Lightning Network de Bitcoin est une solution d'évolutivité de couche 2 effectuant des transactions Bitcoin avec des frais négligeables et un temps de transaction quasi instantané.

Depuis mai 2021, le nombre de chaînes LN a plus que doublé. Ses canaux facilitent les transactions hors chaîne, qui sont ensuite regroupées et ramenées pour être enregistrées sur la chaîne principale de couche 1 de Bitcoin.

Sur le plan technique, Lightning Network est un système peer-to-peer (P2P) qui ouvre des canaux entre des parties, comme un client et un magasin. Bien que le nombre de transactions soit illimité et presque instantané, il faut d'abord verrouiller un certain montant de Bitcoin. Une fois verrouillés, les destinataires facturent effectivement le montant verrouillé en fonction des besoins et tant que le canal reste ouvert et financé.

Plus important encore, car aucune confirmation de couche 1 n'est nécessaire sur un canal LN. Lorsque les transactions sur un canal sont terminées, le canal est fermé et son enregistrement de paiement est consolidé en une seule transaction. En tant que tel, il est ensuite ajouté à la couche 1 de Bitcoin.

Le résultat final est de regrouper plusieurs transactions hors chaîne (sur la couche 2) et de les ajouter sous une forme compacte à la couche 1. De même, le même principe de regroupement des données hors chaîne pour les renvoyer à la couche 1 fonctionne avec Ethereum et ses nombreuses couches. 2 solutions d'évolutivité.

Top 10 des solutions d'évolutivité de couche 2 pour Ethereum. Crédit image : L2beat.com

Bien qu'ayant le même objectif, les solutions d'évolutivité de couche 2 peuvent être divisées en :

Cependant, il existe des réseaux blockchain de couche 1 qui ne reposent sur aucun type de réseau externe de couche 2. Ils ont été conçus dès le départ pour gérer en interne l'évolutivité en tant que réseaux de couche 1.

Bien qu'Ethereum s'appuie sur des réseaux d'évolutivité L2 externes, il a également quelques astuces d'évolutivité de couche 1 dans sa manche. Cependant, ils sont plus susceptibles d'être mis en œuvre plus tard en 2023 dans le cadre de la mise à niveau globale de l'ETH 2.0 du consensus Proof-of-Work au consensus Proof-of-Stake.

Le principal est le sharding. Même avant que la technologie blockchain ne devienne populaire, le sharding était une méthode de gestion de base de données populaire. Cette solution de mise à l'échelle de la couche 1 divise le réseau en morceaux appelés fragments. Chaque partition traite et valide les transactions en parallèle.

De plus, les nœuds affectés aux fragments ne doivent pas nécessairement contenir l'intégralité de l'enregistrement de la blockchain. Au lieu de cela, ils partagent des données (soldes, adresses) entre eux et fournissent des preuves à la chaîne principale. Aux côtés d'Ethereum, les blockchains qui utilisent ou explorent le sharding sont Tezos, Zilliqa et Qtum.

Voici quelques blockchains PoS qui sont des Layer 1 :

Algorand a son consensus Pure Proof-of-Stake (PPoS) modifié. En termes simples, cela signifie que tous les détenteurs d'ALGO avec un seul jeton gagnent des récompenses de réseau lorsque les gens utilisent la blockchain. En revanche, Ethereum a une barrière à l'entrée assez élevée avec une participation de 32 ETH (~ 90 000 $).

En matière d'évolutivité, Algorand dispose d'une architecture intégrée à deux niveaux dans laquelle les transactions plus complexes réservées aux protocoles DeFi sont gérées par une chaîne, tandis que les transactions simples (transferts de jetons) sont gérées par une autre. De cette façon, Algorand peut intrinsèquement atteindre 1 000 tps, surpassant considérablement la couche 1 d'Ethereum à 14-17 tps.

Cependant, étant donné qu'Algorand a moins de 100 dApps disponibles, contre près de 3 000 pour Ethereum, il reste à voir s'il est vraiment évolutif. On pourrait faire valoir qu'une faible barrière au jalonnement pourrait rendre le réseau plus vulnérable aux acteurs malveillants. De même, Algorand n'a pas de mécanisme de coupure pour punir les mauvais acteurs, contrairement à Ethereum.

Elrond utilise le sharding comme principale solution d'évolutivité de la couche 1. Théoriquement, il peut traiter jusqu'à 100 000 tps grâce à la combinaison d'un protocole de consensus sécurisé de preuve de participation (SPoS) et d'Adaptive State Sharding (ASS).

ASS est un partitionnement dynamique, dans lequel les fragments se divisent ou fusionnent, en fonction de la charge de trafic du réseau. De plus, non seulement le réseau est fragmenté, mais les transactions elles-mêmes le sont également. La sécurité est renforcée par le fait que les validateurs sont répartis sur les partitions, ce qui réduit le risque qu'une prise de contrôle de partition malveillante se produise.

Celo est un hard fork de Go Ethereum (Geth), qui s'est produit en 2017. Après le fork, il a mis en place une preuve de participation et un tout nouveau système d'adresse. Cela permet d'utiliser un numéro de téléphone comme clé publique, faisant de Celo la solution de paiement mobile mondiale.

Celo a son propre stablecoin. En fait, trois d'entre eux : cEUR, cUSD et cREAL. Parce que Celo utilise PBFT (Practical Byzantine Fault Tolerance) pour son consensus PoS, il peut tolérer les nœuds malveillants même lorsqu'il y en a un petit nombre. En d'autres termes, un nœud supplémentaire ajouté augmente de manière exponentielle le surcoût de communication du réseau.

Une autre blockchain avec son propre point de vente modifié, Harmony utilise une preuve de participation (EPoS) efficace. Sa chaîne principale se compose de quatre fragments qui vérifient et ajoutent simultanément de nouvelles transactions. Non seulement chacun a des validateurs distincts, mais chacun peut exécuter des transactions à des vitesses différentes, ce qui entraîne des hauteurs de bloc différentes.

La hauteur des blocs est essentielle pour la sécurité de la blockchain car elle différencie les blocs. Avec le sharding et la randomisation de la hauteur des blocs, Harmony trouve un équilibre entre évolutivité et sécurité. Ceci est encore renforcé par le pont Horizon inter-chaînes d'Harmony, permettant au réseau de se connecter aux solutions d'évolutivité de couche 2 d'Ethereum.

Il existe de nombreux autres réseaux de couche 1 à prendre en compte : Cardano (ADA), Solana (SOL), THORChain (RUNE), Polkadot (DOT), Avalanche (AVAX), Fantom (FTM), Binance Smart Chain (BNB), Tron (TRX ), Kava (KAVA) Radix (DLT), et autres.

Cependant, aucun d'entre eux n'a été soumis à des tests de résistance dans des conditions réelles autant qu'Ethereum, avec son vaste portefeuille de dApps. Sur le papier, chaque réseau L1 prétend résoudre le trilemme Blockchain d'une manière ou d'une autre.

La manière la plus réaliste et la plus pratique semble être de décharger le goulot d'étranglement sur les réseaux de couche 2. Ce pontage introduit un certain niveau de complexité pour l'utilisateur final, mais il en va de même pour le pontage inter-chaînes.

En fin de compte, l'écosystème de la blockchain sera diversifié avec de nombreuses solutions de couche 1 contre couche 2 travaillant ensemble comme un réseau de méta-blockchain.