Quelles sont les solutions de niveau 2 dans la blockchain ?

Les solutions de couche 2 dans la blockchain sont des technologies développées pour surmonter les limites fondamentales des réseaux de blockchain de couche 1, tels que Bitcoin et Ethereum, principalement en termes d’évolutivité, de coût et de vitesse de transaction. Imaginez la blockchain de niveau 1 comme une grande autoroute avec un nombre limité de voies : lorsque le trafic est faible, toutes les voitures (transactions) peuvent circuler librement et atteindre leur destination rapidement. Cependant, avec l’augmentation du trafic, l’autoroute devient congestionnée, ce qui ralentit le trajet de chacun et augmente le coût des péages pour ceux qui souhaitent privilégier leur passage.

Cette analogie reflète le scénario auquel sont confrontées de nombreuses blockchains de niveau 1, où l’augmentation du nombre d’utilisateurs et de transactions a entraîné des temps de traitement plus lents et des frais de transaction plus élevés. Dans ce contexte, les solutions de niveau 2 apparaissent comme des réseaux ou des technologies secondaires qui fonctionnent “au-dessus” de la blockchain principale, comme des voies express ou des voies alternatives qui permettent aux utilisateurs d’effectuer des transactions plus efficacement.

L’objectif principal des solutions L2 est d’améliorer la capacité du réseau à traiter un volume de transactions beaucoup plus important, à une vitesse plus élevée et à des coûts moindres, sans compromettre les caractéristiques fondamentales de sécurité et de décentralisation de la chaîne sous-jacente. Ils y parviennent grâce à différentes approches, telles que les réseaux de canaux de paiement, qui permettent des transactions quasi instantanées entre les parties ; les rollups, qui regroupent plusieurs transactions en un seul lot à traiter ; et les sidechains, qui sont des chaînes indépendantes connectées à la chaîne principale, chacune étant conçue pour certains cas d’utilisation ou des applications spécifiques.

Les défis de l’évolutivité d’Ethereum : naviguer dans le trilemme

Alors qu’Ethereum s’imposait comme une plateforme de premier plan pour les contrats intelligents et les applications décentralisées (DApps), il a été confronté à un défi crucial connu sous le nom de “trilemme de la blockchain”. Ce trilemme, conceptualisé par le cofondateur d’Ethereum, Vitalik Buterin, pose la difficile question de l’équilibre entre trois éléments clés : la sécurité, la décentralisation et l’évolutivité.

En termes simples, le trilemme suggère que l’amélioration de l’évolutivité d’Ethereum sans compromettre la sécurité et la décentralisation est une tâche complexe. La blockchain Ethereum fonctionne sur la base d’un consensus décentralisé, ce qui signifie que toutes les transactions doivent être validées par des nœuds répartis sur le réseau. Cette approche garantit l’intégrité du réseau, mais limite en même temps la vitesse et l’efficacité.

L’augmentation de la demande de transactions et la complexité croissante des DApps ont entraîné des problèmes de congestion sur la blockchain principale d’Ethereum. Actuellement, les frais de transaction élevés et les délais de confirmation plus longs ont créé des obstacles importants à l’adoption massive et à la viabilité à long terme du réseau.

C’est dans ce contexte que les solutions de couche 2 apparaissent comme une réponse innovante au trilemme de l’évolutivité, offrant un moyen d’accroître la capacité du réseau sans sacrifier la sécurité et la décentralisation qui lui sont inhérentes. Nous allons voir comment ces solutions redessinent le paysage d’Ethereum et offrent de nouvelles possibilités à ses utilisateurs.

Réseaux de canaux de paiement

Les réseaux de canaux de paiement représentent l’une des solutions de niveau 2 les plus prometteuses et les plus efficaces pour résoudre les problèmes d’évolutivité et de frais de transaction élevés sur les blockchains. Ces réseaux permettent des transactions quasi instantanées entre les parties, avec des frais nettement moins élevés, ce qui facilite un volume de transactions beaucoup plus important sans surcharger le réseau central. Ce concept est détaillé ci-dessous, avec des exemples, des avantages et des défis associés.

Concept et fonctionnement

Un réseau de canaux de paiement est un système qui permet à deux ou plusieurs parties d’effectuer des transactions multiples sans avoir à enregistrer chaque transaction sur la blockchain. En substance, ce mécanisme crée un canal de paiement privé entre les parties, en dehors de la chaîne principale, où elles peuvent échanger un nombre illimité de transactions. Seules deux transactions sont enregistrées sur la blockchain : l’ouverture du canal et sa fermeture. L’ouverture du canal implique le blocage d’un certain montant de crypto-monnaie dans un contrat intelligent à titre de garantie, tandis que la fermeture du canal enregistre l’état final des transactions entre les parties, en ajustant leurs soldes en conséquence.

Exemples

L’exemple le plus connu de réseau de canaux de paiement est le Lightning Network pour Bitcoin. Le Lightning Network facilite les transactions rapides et peu coûteuses entre les participants et est particulièrement utile pour les petits paiements et les micropaiements, pour lesquels les frais de transaction et les délais de confirmation sur la blockchain principale seraient prohibitifs. D’autres crypto-monnaies, comme Ethereum, explorent également des réseaux de canaux de paiement similaires, comme le réseau Raiden, afin d’améliorer l’efficacité des transactions.

Avantages

• Des transactions rapides et rentablesLes transactions sont effectuées instantanément et avec des frais minimes, car elles ne nécessitent pas la validation de l’ensemble du réseau.
• Évolutivité amélioréeEn traitant les transactions hors chaîne, les réseaux de canaux de paiement atténuent la congestion et permettent à la blockchain d’évoluer pour prendre en charge un volume de transactions beaucoup plus important.
• Meilleure confidentialitéLes transactions au sein d’un canal ne sont pas publiques, ce qui renforce la confidentialité des parties concernées.

Défis

• Besoin de fonds bloquésPour ouvrir un canal, les parties doivent bloquer des fonds, ce qui peut être inefficace s’ils sont nécessaires ailleurs.
• Complexité et facilité d’utilisationLa mise en place et la gestion des canaux de paiement peuvent être complexes pour les utilisateurs non techniques, ce qui limite l’adoption à grande échelle.
• Risque de centralisationLe réseau risque de se centraliser autour de grands nœuds bien connectés qui facilitent la plupart des transactions.

Les réseaux de canaux de paiement représentent une avancée significative dans la recherche de solutions évolutives pour les blockchains. Malgré ses difficultés, son développement et son adoption continuent de progresser, ce qui laisse présager un rôle important pour l’avenir des transactions numériques et l’utilisation des crypto-monnaies.

Rouleaux

Les rollups sont une autre innovation cruciale dans l’écosystème des solutions de couche 2, conçues pour relever les défis de l’évolutivité et de l’efficacité dans les blockchains. Ils fonctionnent en agrégeant ou en “regroupant” plusieurs transactions en un seul paquet qui est traité en dehors de la chaîne principale mais dont le résultat final est enregistré dans la chaîne principale. Les rollups tirent parti de la sécurité et de la décentralisation de la chaîne principale tout en augmentant considérablement le nombre de transactions pouvant être traitées. Il existe deux principaux types de rollups : les rollups optimistes et les rollups à connaissance nulle (ZK), chacun ayant ses propres caractéristiques et avantages.

Explication des rollups et de leur fonctionnement

Les rollups exécutent des transactions en dehors de la chaîne principale et génèrent une preuve de ces transactions. Cette preuve est ensuite publiée sur la blockchain principale, ce qui permet de vérifier l’état final des transactions sans avoir à traiter chaque transaction individuellement sur la blockchain. Cette technique réduit considérablement la charge sur le réseau central et permet des tarifs plus bas et des temps de traitement plus rapides, tout en maintenant un haut degré de sécurité et de fiabilité.

Quelles sont les différences entre les rollups optimistes et les rollups ZK ?

• Rollups optimistesIls partent du principe que toutes les transactions sont valides par défaut et n’effectuent des calculs de vérification complets que si une réclamation est formulée à l’encontre d’une transaction. Cela réduit la quantité de calculs nécessaires, mais nécessite une période de “contestation” au cours de laquelle les transactions peuvent être contestées avant d’être finalement acceptées sur la chaîne principale.
• Rollups à connaissance nulle (ZK Rollups)Ils utilisent des preuves cryptographiques (preuves à connaissance nulle) pour prouver la validité de toutes les transactions du lot sans révéler d’informations spécifiques à leur sujet. Cela permet une vérification rapide et efficace sans qu’une période de contestation ne soit nécessaire, ce qui rend les rollups ZK généralement plus rapides que les rollups optimistes.

Cas d’utilisation et avantages

• Efficacité et évolutivitéLes deux types de rollups peuvent traiter des milliers de transactions par seconde (TPS), ce qui dépasse largement les capacités des blockchains de niveau 1.
• Réduction des coûtsEn traitant les transactions en dehors de la chaîne principale, les rollups réduisent considérablement les tarifs du gaz.
• La sécuritéBien qu’ils traitent les transactions en dehors de la chaîne principale, les rollups maintiennent un niveau de sécurité élevé en ancrant l’état final des transactions sur la chaîne principale.

Défis

• Complexité techniqueLa mise en œuvre des rollups est techniquement complexe, ce qui peut rendre leur adoption difficile pour certains projets.
• InteropérabilitéL’interopérabilité entre les différentes solutions de rollup et avec la chaîne principale peut être un défi.
• Adoption par les utilisateursLa transition vers des systèmes basés sur des rollups nécessite des changements dans la façon dont les utilisateurs interagissent avec les dApps et les blockchains, ce qui peut nécessiter une période d’adaptation.

Les rollups représentent une avancée significative dans la résolution des problèmes d’évolutivité de la blockchain. Grâce à leurs avantages distincts, les Optimistic Rollups et les ZK Rollups sont appelés à jouer un rôle important dans l’avenir de l’espace des crypto-monnaies, en facilitant l’augmentation des volumes de transactions et l’adoption plus large de la technologie de la blockchain.

Chaînes latérales

Les sidechains sont des blockchains indépendantes qui fonctionnent parallèlement à la chaîne principale et qui permettent le transfert d’actifs entre elles. Cette technologie représente une solution de niveau 2 conçue pour étendre la capacité et la fonctionnalité d’une blockchain sans compromettre sa sécurité et sa décentralisation. Grâce aux sidechains, il est possible d’expérimenter et de mettre en œuvre des fonctionnalités spécifiques qui ne seraient pas pratiques ou possibles sur la chaîne principale, offrant ainsi une grande flexibilité pour le développement d’applications décentralisées et de nouveaux cas d’utilisation.

Définition et mécanisme de fonctionnement

Une sidechain est une blockchain qui fonctionne indépendamment de la blockchain principale, mais qui y est connectée par un mécanisme de verrouillage et de déverrouillage des jetons, connu sous le nom de “two-way peg”. Ce mécanisme permet de transférer des actifs de la chaîne principale à la chaîne secondaire et vice versa, en maintenant un lien sécurisé et vérifiable entre les deux. Les actifs bloqués dans la chaîne principale sont libérés dans la chaîne secondaire, ce qui permet de les utiliser dans ce nouvel environnement, et ils peuvent être retransférés par un processus inverse.

Exemples et applications pratiques

• Réseau LiquidUne chaîne latérale Bitcoin conçue pour faciliter les transactions rapides et privées entre les entreprises, telles que les bourses et les fournisseurs de services financiers.
• Polygon (anciennement Matic Network)Une plateforme d’évolutivité pour Ethereum qui utilise des chaînes latérales pour offrir des transactions à grande vitesse et à faible coût.
• RoninRonin : une sidechain conçue spécifiquement pour le jeu Axie Infinity blockchain, permettant des transactions et une gestion plus efficaces des actifs du jeu.

Avantages

• ÉvolutivitéChaînes parallèles : les chaînes parallèles allègent la charge de la chaîne principale en traitant des transactions et des applications spécifiques sur une chaîne distincte.
• FlexibilitéIls permettent la mise en œuvre de règles, de mécanismes de consensus et de caractéristiques uniques sans affecter la sécurité ou le fonctionnement de la chaîne principale.
• L’innovationIls facilitent l’expérimentation et le développement de nouvelles applications et technologies dans un environnement sûr et contrôlé.

Limites

• SécuritéBien que les chaînes parallèles soient conçues pour être sécurisées, leur niveau de sécurité peut dépendre de leur propre mécanisme de consensus et de la solidité de leur connexion à la chaîne principale.
• Complexité de l’intégrationL’établissement et le maintien de l’interopérabilité entre la chaîne principale et les chaînes secondaires peuvent représenter un défi technique.
• Adoption et liquiditéPour qu’une sidechain réussisse, elle doit développer son propre écosystème d’utilisateurs et d’applications, ce qui peut demander beaucoup de temps et d’efforts.

Les sidechains offrent une solution polyvalente et puissante pour l’évolutivité et l’innovation dans l’espace blockchain. En offrant un environnement propice au développement et à la mise en œuvre rapides de nouvelles fonctionnalités sans surcharger la chaîne principale, les sidechains jouent un rôle crucial dans l’évolution et l’adoption de la technologie de la blockchain.

Plasma

Plasma est un cadre conceptuel proposé pour améliorer l’évolutivité des blockchains par la création de “chaînes enfants”, qui sont des blockchains secondaires ancrées à une chaîne principale. Cette solution de couche 2 permet le traitement des transactions et l’exécution des contrats intelligents sur ces chaînes enfants, ce qui réduit considérablement la charge sur la chaîne principale. Plasma est conçu spécifiquement pour le réseau Ethereum, dont il cherche à augmenter la puissance de traitement et l’efficacité.

Concept et architecture du plasma

L’idée de Plasma est de créer un arbre de blockchains où chaque chaîne enfant peut, à son tour, générer ses propres chaînes enfants, créant ainsi une structure à plusieurs niveaux. Les transactions sont traitées et finalisées sur ces chaînes secondaires, tandis que la sécurité et l’intégrité des données sont maintenues par la blockchain principale Ethereum. Chaque chaîne enfant fonctionne avec son propre mécanisme de consensus, ce qui permet une grande flexibilité et une grande évolutivité.

L’une des principales caractéristiques de Plasma est l’utilisation de “cartes de Merkle” pour comprimer l’état de la chaîne enfant et l’envoyer à la chaîne principale. Ainsi, même si les transactions sont traitées sur une chaîne secondaire, leur réalisation et leur sécurité sont garanties par la sécurité de la chaîne principale.

Comment Plasma facilite le transfert sécurisé des actifs

Plasma facilite le transfert sécurisé d’actifs entre la chaîne principale et les chaînes enfants grâce à l’utilisation de contrats intelligents. Les utilisateurs peuvent déposer des actifs dans un contrat intelligent sur la chaîne principale, qui sont ensuite représentés sur une chaîne enfant où ils peuvent faire l’objet de transactions plus rapides et moins coûteuses. Pour retirer des actifs, les utilisateurs lancent un processus de retrait sur la chaîne enfant qui, après une période de contestation permettant de vérifier et de contester les transactions frauduleuses, est finalisé sur la chaîne principale.

Défis et considérations

• Complexité de la mise en œuvreLa conception et le fonctionnement de Plasma sont complexes, ce qui pose des problèmes pour sa mise en œuvre et son adoption.
• Problèmes d’utilisationLa nécessité d’interagir avec plusieurs chaînes et la gestion des processus de dépôt et de retrait peuvent compliquer l’expérience de l’utilisateur.
• Risques de sécurité dans les chaînes enfantinesBien que la sécurité de la chaîne principale soutienne les chaînes enfantines, ces dernières peuvent être plus vulnérables aux attaques si elles ne sont pas correctement conçues ou gérées.

Impact sur l’évolutivité d’Ethereum

Plasma représente une approche innovante pour relever les défis de l’évolutivité et de l’efficacité d’Ethereum, permettant des transactions et des applications plus décentralisées sans compromettre la sécurité. Bien que sa mise en œuvre pratique ait rencontré des difficultés, le concept Plasma a influencé le développement d’autres solutions d’évolutivité et a contribué de manière significative au débat et à l’innovation dans l’espace blockchain.

En conclusion, Plasma offre un cadre prometteur pour améliorer l’évolutivité et l’efficacité des blockchains grâce à la création de chaînes enfantines. Malgré les défis auxquels elle est confrontée, son développement et sa mise en œuvre continuent d’être des domaines d’intérêt pour les chercheurs et les développeurs qui cherchent à surmonter les obstacles des technologies blockchain existantes.

Comparaison entre les solutions de la couche 2

L’innovation dans le domaine des solutions de couche 2 est motivée par l’objectif commun de résoudre les problèmes d’évolutivité, de coût et de vitesse auxquels sont confrontées les blockchains de couche 1. Chaque solution L2, des réseaux de canaux de paiement aux rollups et sidechains, offre une approche unique pour résoudre ces problèmes. Une comparaison détaillée de ces solutions en termes de vitesse, de sécurité, de coûts et de cas d’utilisation appropriés est ensuite effectuée, offrant une perspective claire sur la façon dont elles diffèrent et sur les cas où l’une pourrait être préférable à l’autre.

Vitesse de transaction

• Réseaux de canaux de paiementIls offrent des transactions quasi instantanées entre les parties qui ont établi un canal, idéal pour les micropaiements et les transactions fréquentes entre un ensemble fixe d’utilisateurs.
• RouleauxIls améliorent considérablement la vitesse de traitement en regroupant de nombreuses transactions en un seul lot avant de l’envoyer à la chaîne principale. Les rollups ZK sont généralement plus rapides que les rollups optimistes en raison de leur mécanisme de vérification efficace.
• SidechainsSidechain : la vitesse peut varier considérablement en fonction de la mise en œuvre spécifique et du mécanisme de consensus de la sidechain, mais en général, elle permet des transactions plus rapides que sur la chaîne principale.

Sécurité

• Réseaux de canaux de paiementLa sécurité dépend de la conception du canal et de la capacité des parties à surveiller les litiges et à y répondre. Bien qu’ils soient sûrs pour les transactions entre les parties dans le canal, ils nécessitent une surveillance continue.
• RouleauxIls offrent un niveau de sécurité élevé en ancrant l’état des transactions sur la chaîne principale. Les ZK Rollups offrent une sécurité supplémentaire grâce à des preuves cryptographiques sans révéler les détails de la transaction.
• Chaînes latéralesLa sécurité varie et est généralement inférieure à celle de la chaîne principale, car elle dépend de la conception de la chaîne secondaire et de son mécanisme de consensus. Les actifs peuvent être menacés si la sidechain est compromise.

Coûts

• Réseaux de canaux de paiementRéseaux de canaux de paiement : les frais sont minimes ou inexistants au sein du canal, ce qui les rend idéaux pour les petites transactions fréquentes.
• RouleauxIls réduisent considérablement les frais de transaction en traitant de nombreuses transactions comme une seule transaction sur la chaîne principale. Les rollups ZK, en particulier, optimisent les coûts en réduisant la quantité de données nécessaires à la vérification.
• Chaînes parallèlesLes coûts de transaction peuvent être nettement inférieurs à ceux de la chaîne principale, en fonction de la configuration spécifique et de l’efficacité de la sidechain.

Cas d’utilisation appropriés

• • Réseaux de canaux de paiementIdéal pour les micropaiements ou les transactions fréquentes entre un nombre limité d’utilisateurs, comme les paiements dans les jeux ou les services de streaming.
  • RollupsConvient aux applications décentralisées (dApps) qui nécessitent une capacité de traitement et une rentabilité élevées, telles que les marchés de jetons non fongibles (NFT) ou les bourses décentralisées (DEX).
  • Chaînes latéralesBénéfique pour les cas d’utilisation spécifiques qui nécessitent des règles ou des capacités uniques qui ne sont pas disponibles sur la chaîne principale, comme la preuve de concept, les jeux de blockchain ou les applications d’entreprise.

L’avenir des solutions de couche 2 et leur impact sur la blockchain

Le développement et la mise en œuvre de solutions de couche 2 marquent un tournant dans l’évolution de la technologie blockchain. Ces innovations permettent non seulement de relever les défis existants en matière d’évolutivité, de coût et de rapidité, mais aussi d’ouvrir de nouvelles voies pour l’adoption et l’application des blockchains dans divers secteurs. À mesure que ces solutions mûrissent et s’intègrent plus profondément dans l’écosystème de la blockchain, leur impact est susceptible d’être important et multiforme.

Innovations actuelles et potentielles dans le domaine de la couche 2

Les solutions de couche 2 sont en constante évolution, de nouveaux développements et améliorations étant régulièrement introduits. Parmi ces innovations, on peut citer

• Amélioration de l’interopérabilitéLes efforts pour améliorer l’interopérabilité entre les différentes solutions de la couche 2 et entre la couche 1 et la couche 2 sont en cours. Cela est essentiel pour créer un écosystème blockchain cohérent et efficace où les actifs et les informations peuvent circuler librement et sans friction.
• Optimisation des rouleauxL’optimisation des rollups Optimistic et ZK promet d’améliorer encore la rapidité et de réduire les coûts de transaction. Cela inclut la recherche de techniques cryptographiques avancées et de mécanismes de consensus plus efficaces.
• Technologies de preuve de connaissance zéroL’expansion des technologies de preuve d’enjeu à connaissance nulle (ZK) au-delà des ZK Rollups pourrait offrir de nouveaux moyens de garantir la confidentialité et la sécurité des transactions et des applications de la blockchain.

Impact des solutions de niveau 2 sur l’adoption massive de la blockchain

L’adoption massive de la technologie blockchain a été limitée par des préoccupations liées à l’évolutivité, à la vitesse des transactions et aux coûts. Les solutions de la couche 2 s’attaquent directement à ces problèmes, ce qui facilite les choses :

• Évolutivité accrueEn permettant des volumes de transactions plus élevés, les solutions L2 rendent les blockchains plus pratiques pour une variété d’applications, des paiements aux applications décentralisées (dApps).
• Coûts réduitsLa réduction des coûts de transaction ouvre la voie à de nouveaux modèles d’entreprise et à de nouvelles applications, en particulier ceux qui impliquent des micro-paiements ou qui nécessitent une fréquence élevée de transactions.
• Amélioration de l’expérience des utilisateursDes transactions plus rapides et moins chères améliorent considérablement l’expérience des utilisateurs, ce qui est essentiel pour l’adoption généralisée des technologies basées sur la blockchain.

Conclusion : libérer le potentiel d’Ethereum avec des solutions de niveau 2

Au cours de cette exploration approfondie, nous avons découvert l’impact significatif des solutions de couche 2 sur l’écosystème Ethereum. Qu’il s’agisse de résoudre le trilemme de l’évolutivité ou de transformer des cas d’utilisation pratiques dans les domaines du DeFi, des jeux en blockchain et des places de marché NFT, ces innovations ne résolvent pas seulement des problèmes immédiats, mais libèrent également tout le potentiel d’Ethereum.

Les solutions Optimistic Rollups et zk-Rollups ont révolutionné l’efficacité des transactions, permettant aux applications DeFi de fonctionner plus rapidement et à moindre coût. Le jeu sur blockchain, force émergente, connaît aujourd’hui des transactions plus efficaces grâce à des projets tels qu’Immutable X. Les marchés NFT, qui ont conquis la scène culturelle, atteignent de nouveaux niveaux d’accessibilité et de participation grâce à des solutions telles que Plasma.

L’amélioration de l’expérience utilisateur dans les DApps est évidente, avec les State Channels et les Optimistic Rollups qui ouvrent la voie à des transactions plus rapides et moins chères. Cette évolution vers l’efficacité et l’abordabilité ouvre la voie à une adoption plus large et plus durable d’Ethereum, renforçant l’idée d’une blockchain décentralisée et fonctionnelle.