Le trilemme de l’évolutivité : les solutions de layer 1 et de layer 2

L’évolutivité, de pair avec la décentralisation, est le principe de base de la technologie blockchain. Bien qu’il s’agisse du slogan porté par l’ensemble de la DeFi, ce sont des propriétés complexes à atteindre, sans sacrifier la sécurité que doit avoir une blockchain.

Bien plus qu’un dilemme hamlétien

Le défi auquel la blockchain est confrontée n’est pas nouveau. Dès les années 1980, les premiers informaticiens avaient formulé le théorème CAP, selon lequel les bases de données décentralisées ne pouvaient garantir que 2 propriétés sur 3 à la fois : cohérence, disponibilité et tolérance à la division (CAP).

L’enfant de ce théorème est aujourd’hui le trilemme de la blockchain, mis en avant par Vitalik Buterin, selon lequel au moins une propriété doit être sacrifiée entre la sécurité, la décentralisation ou l’évolutivité.

Par exemple : le Bitcoin est sûr et décentralisé, mais pas évolutif ; Ripple est sécurisé et évolutif, mais tendant vers la centralisation.

La DeFi ne veut abandonner aucune des trois propriétés et a du mal à satisfaire les trois exigences, mais le plus difficile est l’évolutivité. C’est pourquoi on l’appelle souvent aussi le Trilemme de l’évolutivité.

En effet, la plupart des protocoles ne sont pas nés pour un marché aussi large que le marché actuel, et connaissent de gros problèmes de coût et de latence.

Quelles sont les solutions recherchées ?

Certains projets de l’industrie travaillent sur le protocole de base, l’étendent dans la mesure du possible ou créent des blockchains entièrement nouvelles où le trilemme est résolu. Celles-ci sont appelées solutions de layer 1.

Travailler sur les aspects du trilemme au niveau de la layer 1, c’est aller agir sur le protocole de base, donc sur les règles de la blockchain et sa structure centrale.

Ethereum, tout comme Bitcoin, doit améliorer son évolutivité et pour ce faire, il applique deux des gadgets les plus fréquents

Le niveau de décentralisation, l’évolutivité et la sécurité dépendent de la façon dont le mécanisme de consensus est programmé. Pour cela il existe de nombreux mécanismes de consensus : chaque blockchain essaye sa variante pour résoudre ce trilemme.

Les deux principaux mécanismes de consensus adoptés sont la preuve de travail (PoW) et la preuve d’enjeu (PoS), qui reposent sur deux logiques très différentes. La première est basée sur la puissance de calcul et nécessite des délais prolongés, ainsi qu’un gaspillage de ressources. 

Le PoS, quant à lui, est basé sur la mise en jeu de jetons pour garantir la fiabilité des validateurs : cela crée un système de récompense qui incite à un comportement positif sur le réseau, et ne nécessite pas une forte consommation d’énergie.

Passer d’une déclinaison du PoS à une autre est assez simple, même si cela affecte de nombreux éléments d’un écosystème. 

Ce n’est rien comparé au passage de PoW à PoS comme le fait Ethereum actuellement. Ce changement touche à la tokenomics, c’est passer du mining au staking, c’est revoir la manière même dont sont validées les transactions, c’est-à-dire la fondation qui constitue chaque smart contract, chaque dapp. 

Le sharding, quant à lui, implique l’architecture de la blockchain. Il s’agit de la fragmentation de la blockchain de base en plusieurs réseaux pour répartir la charge de données entre différents groupes de validateurs. Cela complique la communication au sein de la blockchain et la rend plus complexe, quoique plus rapide.

Les projets qui se concentrent sur la couche 2, c’est-à-dire le développement de protocoles qui s’appuient sur les blockchains existantes pour les améliorer sont cependant beaucoup plus répandus. De cette façon, le développement et l’expérimentation sont accélérés.

Par exemple, le réseau Lightning est une solution de layer 2 du Bitcoin, qui est une blockchain de layer 1.

Il existe 4 modèles d’extensibilité qui sont actuellement appliqués sur la couche 2 : 

Les State Channels sont des canaux de communication bidirectionnels entre les participants d’un réseau qui leur permettent d’interagir off-chain. De cette façon, ils peuvent échanger des données et des transactions rapidement sans avoir à dépendre du travail des mineurs et des validateurs. Ceci est possible grâce à un smart contract ou portefeuille multisig qui régule l’interaction et permet d’enregistrer le début et la fin sur la blockchain.

C’est le modèle sur lequel reposent le Lightning Network et le network Raiden d’Ethereum, qui permettra également l’exécution de smart contracts dans ces canaux off-chain.

Les Nested Blockchain, en revanche, sont encore très peu nombreuses et sont toujours en développement. OmiseGO, une application basée sur Ethereum, travaille sur une nested blockchain appelée Plasma. 

Plasma fournit :

Les parent-chains délèguent l’exécution des opérations aux child-chains, qui rapportent le résultat aux parent-chains. De cette façon, la charge des opérations est répartie sur différentes blockchains et cela accélère l’exécution.

Les Rollups d’Ethereum utilisent un mécanisme similaire, car ils permettent l’exécution de smart contracts off-chain, en rapportant les résultats à la blockchain principale.

Les sidechains sont des blockchains adjacentes à la principale. La différence avec les nested blockchains est qu’elles sont moins intégrées dans la blockchain de base. En effet, elles peuvent adopter :

Un exemple de sidechain est le network Liquid, lié à la blockchain du Bitcoin. 

Polkadot a sa propre variante des sidechains, qui s’appellent Parachains, et qui sont toutes connectées à la mainchain, avec laquelle elles partagent le système de sécurité.

Quand le trilemme sera-t-il résolu ?

La plupart des projets y travaillent, et seul l’avenir nous dira quelle combinaison l’emportera, et si ce trilemme vieux de plusieurs décennies sera dissipé.

Le plus gros obstacle à l’heure actuelle est la complexité des modèles proposés, mais l’histoire nous apprend que la technologie n’a besoin que de temps.