Couches 1 et 2 de la blockchain : ce que vous devez savoir

Dans la technologie blockchain, le terme « mise à l'échelle » signifie augmenter le débit du système, mesuré par le nombre de transactions effectuées par seconde. Comme les crypto-monnaies sont de plus en plus utilisées dans la vie quotidienne, il est devenu nécessaire de créer des couches de blockchain pour améliorer la sécurité du réseau, la tenue des registres, etc. La première couche d'un écosystème décentralisé est la blockchain. La couche 2, en revanche, est l'intégration de composants tiers combinés à la couche 1 pour augmenter le nombre de nœuds et donc le débit du système. De nombreuses solutions basées sur la blockchain de deuxième couche sont actuellement mises en œuvre. Ces solutions utilisent des contrats intelligents pour automatiser les transactions.

Blockchain de couche XNUMX contre blockchain de couche XNUMX

La technologie Blockchain présente de nombreux avantages : elle augmente le niveau de sécurité, vous permet d'effectuer des transactions sans tracas inutiles et de conserver des enregistrements. Cependant, à mesure que son utilisation se généralise, un certain nombre de problèmes surgissent. L'un de ces problèmes est l'évolutivité.

Dans la blockchain, chaque transaction dans un système décentralisé doit passer par plusieurs étapes, qui nécessitent une puissance de calcul et un temps importants. Afin d'améliorer la capacité de la blockchain à traiter les données, les développeurs de blockchain implémentent une mise à l'échelle de second niveau dans sa structure. Découvrons-en plus sur son fonctionnement.

Pourquoi l'évolutivité de la blockchain est-elle importante ?

La définition du mot « évolutivité » varie d'un expert à l'autre. Cependant, à la base, l'évolutivité de la blockchain signifie la capacité du système à offrir une expérience riche à chaque utilisateur, quel que soit le nombre total d'utilisateurs à un moment donné.

Le terme « débit » fait référence au nombre de transactions traitées par le système par seconde. Alors que les entreprises/canaux de paiement tels que Visa traitent près de 20 000 TPS utilisant le réseau de paiement électronique VisaNet, le principal Blockchain Bitcoin ne peut effectuer que 3 à 7 TPS.

La différence de débit peut être choquante, mais il y a une explication simple à cela. Bitcoin utilise un système décentralisé tandis que VisaNet fonctionne sur un système centralisé. Le premier utilise plus de puissance de calcul et de temps pour assurer la confidentialité de ses utilisateurs. Chaque transaction de données doit passer par plusieurs étapes, y compris l'acceptation, exploitation minière, distribution et vérification par le réseau nodal.

Alors que la crypto-monnaie devrait devenir une force intégrale dans le monde des affaires, les développeurs de blockchain tentent d'élargir la portée de la blockchain. En créant des couches de blockchain et en optimisant la mise à l'échelle de la couche XNUMX, ils souhaitent accélérer les temps de traitement et augmenter le TPS.

La lutte de Bitcoin avec l'évolutivité

Bitcoin a commencé comme une simple blockchain pour envoyer et recevoir de la monnaie numérique. Cependant, depuis sa création, il a été confronté à un problème d'évolutivité, qui a soulevé la question : que se passera-t-il si de plus en plus de personnes commencent à utiliser Bitcoin ?

Ce scénario peut être considéré comme un problème de réseau. Chaque système a un certain débit et ne peut traiter qu'un certain nombre de transactions par seconde (TPS). De plus, chaque transaction dans un système décentralisé doit être vérifiée, donc un espace de stockage de données suffisant est nécessaire.

Avance rapide jusqu'en 2021. Alors que la popularité du bitcoin augmentait, l'attendu s'est produit : le protocole a débordé. En conséquence, la vitesse de traitement des données a chuté.

Pourquoi la blockchain actuelle nécessite-t-elle une technologie de deuxième couche ?

La réponse est simple : une augmentation de la demande et une augmentation du coût des transactions. Expliquons cela en utilisant Ethereum comme exemple.

Étant donné qu'Ethereum dispose d'un mécanisme de consensus, il permet de nombreuses applications décentralisées. Dans la technologie blockchain, le mécanisme de consensus est un système tolérant aux pannes qui permet de conclure des accords sur un seul état du réseau sur des nœuds distribués. Ces protocoles garantissent que tous les nœuds s'accordent sur les transactions et sont synchronisés. Cela rend la blockchain Ethereum extrêmement difficile à écraser ou à attaquer.

Grâce à la stabilité et à la sécurité d'Ethereum, l'engouement pour les ICO a commencé, à la suite de quoi des individus ont commencé à créer des pièces sur la blockchain. En conséquence, il y a eu un afflux d'utilisateurs et une augmentation du nombre de transactions effectuées dans Ethereum. Au fur et à mesure que le système devenait obstrué, les frais de transaction – ou « gaz » – qui sont payés par les parties traitant les transactions sur le réseau Ethereum, ont augmenté.

Lorsque le réseau blockchain devient obstrué, les transactions en attente se retrouvent dans le pool de mémoire et prennent plus de temps à traiter. Pour résoudre ce problème, les mineurs commencent à prioriser les transactions avec un prix du gaz plus élevé afin de les confirmer. Cela augmente encore la valeur minimale requise pour effectuer une transaction.

Le cycle de hausse des prix arrive au point où les prix de l'essence montent en flèche, aggravant la situation pour tout le monde. La mise à l'échelle de la couche XNUMX vise à résoudre ce problème et à réduire les coûts de transaction.

Problème de premier niveau

Le réseau de première couche est une blockchain dans un système décentralisé. Deux exemples de tels réseaux sont Bitcoin et Ethereum.

La mise à l'échelle de la couche XNUMX modifie le protocole sous-jacent à la blockchain pour garantir l'évolutivité. Avec de telles solutions, les règles de protocole sont modifiées pour augmenter le débit et la vitesse des transactions, acceptant ainsi davantage de données et d'utilisateurs.

La mise à l'échelle de premier niveau peut être la suivante :

• Bloquer l'augmentation de la vitesse de confirmation
• Augmenter la capacité du bloc contenant les données.

Ensemble, ces solutions de mise à l'échelle augmentent la bande passante du réseau. Cependant, le niveau 1 ne semble pas être en mesure de suivre le nombre croissant d'utilisateurs de la blockchain. Voici quelques-uns des inconvénients du système.

Protocole de consensus inefficace

La blockchain de couche 1 utilise toujours l'ancien et peu pratique mécanisme de consensus de preuve de travail.

Bien que ce mécanisme soit plus sûr que d'autres, sa rapidité limite son utilisation. Les mineurs sont tenus d'utiliser la puissance de calcul pour résoudre des algorithmes cryptographiques. Ainsi, en général, plus de puissance de calcul et de temps sont nécessaires.

décision

Le consensus alternatif est preuve de mise, qui sera utilisé dans Ethereum 2.0. Ce mécanisme de consensus confirme de nouveaux blocs de données de transaction conformément à la fourniture de participants au réseau, ce qui rend le processus plus efficace.

Charge de travail excessive

Au fur et à mesure que le nombre d'utilisateurs augmentait, la charge de travail sur la blockchain de première couche augmentait également. De ce fait, la vitesse et les performances du traitement des données ont diminué.

décision

Une solution à grande échelle à ce problème est le sharding. En termes simples, le cisaillement décompose le travail de vérification et d'authentification des transactions en petits morceaux gérables. De cette manière, la charge de travail peut être répartie sur le réseau afin d'utiliser la puissance de traitement de plusieurs nœuds.

Étant donné que le réseau traite ces fragments en parallèle, le traitement en série de plusieurs transactions peut se produire simultanément.

Solutions de mise à l'échelle de couche 2

La blockchain de couche 2 fonctionne au niveau « natif » pour augmenter son efficacité. En déchargeant efficacement les transactions, la couche 2 prend en charge une partie de la charge de transaction de la blockchain de couche 1 et la transfère vers une autre architecture système.

La blockchain de couche 2 gère ensuite la charge et transmet les données à la couche 1 pour le traitement final des résultats. Étant donné que la majeure partie de la charge de traitement des données est transférée à cette architecture de support adjacente, la congestion du réseau est réduite : la blockchain de niveau 1 devient non seulement moins surchargée, mais également plus évolutive.

Un exemple de blockchain de premier niveau est le réseau Réseau Lightning Bitcoin, évolutif au deuxième niveau, qui accepte simultanément la charge de Bitcoin et lui rend compte. En conséquence, le Lightning Network augmente la vitesse de traitement des données dans la blockchain Bitcoin. De plus, le Lightning Network apporte des contrats intelligents à la blockchain Bitcoin de couche XNUMX.

Voici quelques autres solutions de mise à l'échelle de deuxième niveau :

Blockchain imbriquée (Plasma)

Une blockchain de second niveau imbriquée s'exécute au-dessus d'une autre blockchain. Essentiellement, la blockchain de premier niveau définit les paramètres et la blockchain imbriquée de deuxième niveau exécute les processus.

Il peut y avoir plusieurs couches de blockchain sur une blockchain principale. Pensez-y comme une structure d'entreprise typique. Au lieu qu'une seule personne (par exemple, le responsable) fasse tout le travail, le responsable attribue des tâches à des subordonnés, qui rendent compte au responsable dès qu'ils ont terminé leurs tâches. Ainsi, la charge sur le gestionnaire est réduite et l'évolutivité est améliorée.

Un exemple est le projet OMG Plasma, qui agit comme une blockchain de couche XNUMX pour le protocole de couche XNUMX Ethereum afin de permettre des transactions moins chères et plus rapides.

Chaînes d'État

Les canaux d'état permettent une communication bidirectionnelle entre les participants à la blockchain. Dans le même temps, les participants peuvent réduire le temps d'attente, car un tiers n'est pas impliqué dans le processus - par exemple, un mineur.

En savoir plus sur:

• Dans le cadre des contrats intelligents, les participants s'engagent à l'avance à bloquer une partie de la couche de base.
• Ils peuvent alors interagir directement les uns avec les autres, éliminant ainsi le besoin d'impliquer les mineurs.
• Après avoir effectué l'ensemble des transactions, ils ajoutent l'état final du canal à la blockchain.

Le réseau Raiden d'Ethereum et le réseau Lightning de Bitcoin sont des exemples de canaux d'État. Le Lightning Network permet aux participants d'effectuer plusieurs microtransactions sur une période donnée. Dans le même temps, Raiden permet aux participants d'exécuter des contrats intelligents via des canaux personnels.

Les canaux gouvernementaux tels que le Lightning Network sont également entièrement sécurisés car seuls les participants sont au courant des transactions. D'autre part, la blockchain Ethereum de couche XNUMX enregistre toutes les transactions dans un grand livre publiquement vérifiable.

Chaînes latérales

Outre les canaux gouvernementaux tels que le Lightning Network et les contrats intelligents, les sidechains sont également une solution pour faire évoluer la technologie blockchain de couche XNUMX. Une sidechain est une chaîne de transactions qui facilite un grand nombre de transactions. Il dispose d'un mécanisme de consensus indépendant de la couche native. Ce mécanisme peut être optimisé pour améliorer l'évolutivité et la vitesse de traitement. Dans cette situation, la chaîne principale doit confirmer les enregistrements de transaction, maintenir la sécurité et résoudre les litiges.

Les sidechains diffèrent des chaînes publiques en ce sens qu'elles enregistrent publiquement toutes les transactions dans un grand livre. De plus, si une faille de sécurité se produit sur une sidechain, elle n'affecte pas les autres sidechains ou la chaîne principale sous-jacente elle-même.

Cumuls

Les rollups sont des solutions de mise à l'échelle de la blockchain de couche XNUMX qui exécutent des transactions en dehors de la blockchain de couche XNUMX et y hébergent des données de transaction. Comme les données se trouvent dans la couche de base, cela permet à la première couche de sécuriser les cumuls.

Les rollups ont deux modèles de sécurité:

Synthèses optimistes : Dans ceux-ci, les transactions sont considérées comme valides par défaut. Ainsi, ils n'effectuent des calculs de détection de fraude qu'en cas de problème.
Rollups sans aucune connaissance : Ces cumuls effectuent des calculs hors chaîne. Après cela, ils transmettent la preuve de validité à la couche de base ou à la chaîne principale.
Les cumuls aident à augmenter le débit des transactions, à ouvrir la participation et à réduire les frais d'essence pour les utilisateurs.

Contraintes des couches 1 et 2

La blockchain à plusieurs niveaux présente de nombreux avantages. Par exemple, le principal avantage des solutions de niveau 1 est que les développeurs n'ont rien à ajouter à l'architecture existante lorsque la couche sous-jacente change.

Pendant ce temps, les solutions de couche 2 pour la mise à l'échelle ne modifient pas le protocole de couche de base. De plus, ces solutions permettent de réaliser de nombreuses microtransactions sans obliger les utilisateurs à payer gonflés les frais de transaction ou passer du temps à vérifier les mineurs.

Cependant, ces deux couches de blockchain ont leurs propres limites qui doivent être prises en compte.

Ajout aux protocoles existants

Le principal problème avec les couches blockchain est de les ajouter aux protocoles existants. Le capital de marché de Bitcoin et Ethereum se chiffre en milliards. Les utilisateurs échangent des millions de dollars par jour. Par conséquent, il n'est pas logique de compliquer le processus par un codage et une expérimentation inutiles, car cela coûtera cher.

Le trilemme de l'évolutivité

Vitalik Buterin, fondateur d'Ethereum, a inventé le terme "trilemme d'évolutivité" pour désigner la capacité d'une blockchain à jongler avec trois propriétés organiques:

• sécurité
• Évolutivité
• La décentralisation

Le trilemme dit que toute technologie blockchain peut avoir un maximum de deux propriétés, mais jamais les trois à la fois. Ainsi, la technologie blockchain actuelle sera toujours obligée de faire des compromis sur l'une des propriétés fondamentales. Bitcoin en est un excellent exemple. Alors que la blockchain a réussi à optimiser la décentralisation et la sécurité, elle a dû faire des compromis sur l'évolutivité sans faute de sa part.

Quel est l'avenir après les premier et deuxième niveaux ?

L'évolutivité est l'une des raisons pour lesquelles l'adoption massive des crypto-monnaies dans l'industrie de la blockchain n'est pas possible pour le moment. À mesure que la demande de crypto-monnaies augmente, la pression pour faire évoluer les protocoles de blockchain augmentera également. Étant donné que les deux couches de la blockchain ont certaines limites, la solution à l'avenir sera de créer un protocole capable de résoudre le trilemme d'évolutivité.

Total

En ce qui concerne le goulot d'étranglement ci-dessus, il existe deux options : 1) atténuer le problème de mise à l'échelle ou 2) rechercher des alternatives viables. Les développeurs de blockchain choisissent la première option alors qu'ils passent à la mise à l'échelle de la couche deux en action avec Ethereum 2.0.

Au moment de la publication, les systèmes de blockchain sont encore en cours de développement. La question brûlante de l'avenir est de savoir si les couches de la blockchain et la mise à l'échelle de la deuxième couche seront temporaires ou permanentes. Pour le moment, personne ne le sait avec certitude.