Évolutivité de la blockchain : solutions hors chaîne pour les chaînes latérales et les canaux de paiement

L'évolutivité est un terme général qui fait référence à la capacité d'un système à s'étendre pour répondre à une demande croissante. Dans le domaine de l’informatique, nous pouvons augmenter les performances d’une machine en mettant à niveau son matériel afin qu’il soit plus rapide dans l’exécution de certaines tâches. Dans le contexte de blockchainsL'évolutivité fait référence à la capacité à gérer un nombre toujours croissant de transactions.

Des protocoles tels que Bitcoin présentent de nombreux avantages, mais l’évolutivité n’en fait pas partie. Si le Bitcoin exécuté sur une base de données centralisée, il serait relativement facile pour un administrateur d'augmenter la vitesse et la capacité de traitement. Cependant, les propositions de valeur de Bitcoin, comme la résistance à la censure, nécessitent que de nombreux participants synchronisent une copie du blockchain.

Le problème de l'évolutivité dans la blockchain

L’exécution d’un nœud Bitcoin est relativement peu coûteuse, et même des appareils simples peuvent le faire. Cependant, en raison de la nécessité de maintenir des milliers de nœuds à jour les uns avec les autres, sa capacité est soumise à certaines limitations.

Il existe des limites au nombre de transactions pouvant être traitées sur la chaîne, afin d'éviter que la taille de la base de données ne devienne incontrôlable. Si cela se produit trop rapidement, les nœuds ne pourront pas suivre. De plus, si les blocs sont trop volumineux, ils ne peuvent pas être transmis rapidement sur le réseau.

Nous nous trouvons donc dans une sorte de goulot d’étranglement. Une blockchain peut être comparée à un service ferroviaire qui part à intervalles réguliers. Il n'y a qu'un nombre limité de sièges dans chaque voiture, et pour obtenir un billet, les passagers doivent faire une offre pour obtenir un siège. Si tout le monde essaie de monter dans le train en même temps, le prix sera élevé. De même, un réseau encombré avec des transactions en attente obligera les utilisateurs à payer des frais plus élevés pour que leurs transactions soient incluses en temps opportun.

Une solution serait d’augmenter la taille des wagons. Cela signifierait plus de sièges, une plus grande capacité de traitement et des prix de billets plus bas. Il n’y a toutefois aucune garantie que les sièges ne soient pas réoccupés. Les wagons ne peuvent pas être mis à l'échelle indéfiniment, tout comme les blocs ou les limites de gaz ne peuvent pas être mis à l'échelle à l'infini. Ce dernier cas rend plus coûteux le maintien des nœuds sur le réseau, car ils auront besoin de matériel plus coûteux pour rester synchronisés.

Le créateur d'Ethereum, Vitalik Buterin, a inventé le terme « trilemme d’évolutivité » pour décrire le défi auquel sont confrontées les blockchains. Il théorise que les protocoles doivent faire des compromis entre évolutivité, sécurité et décentralisation. Ces aspects sont, d’une certaine manière, contradictoires : si nous nous concentrons trop sur deux de ces propriétés, la troisième sera lésée.

Pour cette raison, beaucoup considèrent l’évolutivité comme quelque chose à réaliser hors chaîne, tandis que la sécurité et la décentralisation doivent être maximisées sur la blockchain elle-même.

Quelles sont les solutions hors chaîne pour l’évolutivité ?

Les solutions hors chaîne font référence à des approches qui permettent d’exécuter des transactions sans encombrer la blockchain sous-jacente. Les protocoles qui se connectent à la chaîne permettent aux utilisateurs d’envoyer et de recevoir des fonds sans que les transactions n’apparaissent sur la chaîne principale. Explorons deux des principales avancées dans ce domaine : les sidechains et les canaux de paiement.

Une introduction aux chaînes latérales

Qu'est-ce qu'une chaîne latérale ?

Une chaîne latérale est une blockchain distincte. Cependant, il ne s’agit pas d’une plateforme indépendante car elle est en quelque sorte liée à la chaîne principale. La chaîne principale et la chaîne latérale sont interopérables, ce qui signifie que les actifs peuvent circuler librement entre elles.

Il existe plusieurs moyens de garantir que les fonds peuvent être transférés. Dans certains cas, les actifs sont déplacés hors de la chaîne principale en étant déposés à une adresse spéciale. Ils ne sont pas réellement envoyés – ils sont verrouillés dans l’adresse et un montant correspondant est émis sur la chaîne latérale. Une autre option plus simple (bien que centralisée) consiste à envoyer les fonds à un dépositaire, qui échange le dépôt contre des fonds sur la chaîne latérale.

Comment fonctionne une sidechain ?

Supposons que notre amie Alice possède cinq bitcoins. Elle souhaite les échanger contre cinq unités équivalentes sur une chaîne latérale Bitcoin – appelons-les des sidecoins. La chaîne latérale en question utilise un « peg bidirectionnel », ce qui signifie que les utilisateurs peuvent transférer leurs actifs de la chaîne principale vers la chaîne latérale et vice versa.

N'oubliez pas qu'une chaîne latérale est une blockchain distincte. Il comportera donc différents blocs, nœuds et mécanismes de validation. Pour obtenir ses sidecoins, Alice enverrait ses cinq bitcoins à une autre adresse. Cette adresse pourrait appartenir à quelqu'un qui, après avoir reçu les bitcoins, créditera ensuite l'adresse de la chaîne latérale d'Alice avec cinq sidecoins. Ou bien, il pourrait y avoir une sorte de configuration sans confiance où les sidecoins sont automatiquement crédités après que le logiciel détecte un paiement.

Maintenant, Alice a converti ses pièces en sidecoins, mais elle peut toujours inverser le processus pour récupérer ses bitcoins. Maintenant qu’elle a rejoint la chaîne latérale, elle est libre d’effectuer des transactions sur cette blockchain distincte. Elle peut envoyer des sidecoins ou en recevoir d'autres, comme elle le ferait sur la chaîne principale.

Par exemple, elle pourrait payer à Bob un sidecoin pour un sweat-shirt Binance. Lorsqu'elle souhaite revenir au Bitcoin, elle peut envoyer ses quatre sidecoins restants à une adresse spéciale. Une fois la transaction confirmée, quatre bitcoins seront débloqués et envoyés à une adresse contrôlée par la transaction sur la chaîne principale.

Pourquoi utilise-t-on des chaînes latérales ?

Vous vous demandez peut-être à quoi cela sert. Pourquoi Alice n'utilise-t-elle pas simplement la blockchain Bitcoin ?

La réponse est que la chaîne latérale peut être capable de faire des choses que Bitcoin ne peut pas faire. Les blockchains sont des systèmes soigneusement conçus avec des engagements. Bien que Bitcoin soit le crypto plus sécurisé et décentralisé, il n'est pas le meilleur en termes de puissance de traitement. Bien que les transactions Bitcoin soient plus rapides que les méthodes conventionnelles, elles restent relativement lentes par rapport aux autres systèmes blockchain. Les blocs sont extraits toutes les dix minutes et les frais peuvent augmenter considérablement lorsque le réseau est congestionné.

Certes, il n’est probablement pas nécessaire d’avoir ce niveau de sécurité pour les petits paiements quotidiens. Si Alice paie un café, elle ne veut pas attendre que la transaction soit confirmée. Cela retarderait la file d'attente et votre boisson refroidirait avant même d'être livrée.

Les sidechains ne sont pas soumises aux mêmes règles. En fait, ils n’ont même pas besoin d’utiliser le Preuve de travail travailler. Vous pouvez utiliser n’importe quel mécanisme de consensus, vous fier à un seul validateur ou ajuster n’importe quel nombre de paramètres. Vous pouvez ajouter des améliorations qui n'existent pas sur la chaîne principale, produire des blocs plus grands et garantir des règlements rapides.

Il est intéressant de noter que les chaînes latérales peuvent même contenir des bugs critiques sans affecter la chaîne sous-jacente. Cela leur permet d’être utilisés comme plateformes d’expérimentation et de mise en œuvre de fonctionnalités qui nécessiteraient autrement un consensus majoritaire du réseau.

Tant que les utilisateurs sont satisfaits des compromis, les chaînes latérales peuvent être une étape clé vers une évolutivité efficace. Il n’est pas nécessaire que les nœuds de la chaîne principale stockent toutes les transactions de la chaîne latérale. Alice peut rejoindre la chaîne latérale avec une seule transaction Bitcoin, effectuer des centaines de transactions avec des pièces latérales, puis quitter la chaîne latérale. Pour la blockchain Bitcoin, elle n’a effectué que deux transactions : une pour entrer et une pour sortir.

Ethereum Plasma est similaire, mais avec quelques différences importantes. En savoir plus : Qu'est-ce qu'Ethereum Plasma ?

Introduction aux canaux de paiement

Qu'est-ce qu'un canal de paiement ?

Les canaux de paiement remplissent le même objectif que les chaînes latérales en termes d’évolutivité, mais ils sont fondamentalement différents. Comme les chaînes latérales, elles déplacent les transactions hors de la chaîne principale pour éviter que la blockchain ne soit encombrée. Cependant, ils ne nécessitent pas de blockchain distincte pour fonctionner.

Un canal de paiement utilise un contrat intelligent pour permettre aux utilisateurs d'effectuer des transactions sans les publier sur la blockchain. Cela se fait grâce à un accord établi par logiciel entre deux participants.

Comment fonctionne un canal de paiement ?

Dans des modèles tels que le populaire Lightning Network, deux parties déposent d'abord des pièces dans une adresse détenue conjointement. Il s'agit d'une adresse multisignature, ce qui signifie qu'elle nécessite deux signatures pour que les fonds soient dépensés. Par conséquent, si Alice et Bob ont créé une telle adresse, les fonds ne pourraient être déplacés qu’avec le consentement des deux.

Disons qu'ils ont déposé 10 BTC chacun sur une adresse qui contient désormais 20 BTC. Il leur serait facile de conserver une feuille de calcul des soldes commençant par dire qu'Alice et Bob ont chacun 10 BTC. Si Alice voulait donner une pièce à Bob, ils pourraient mettre à jour la feuille de calcul pour indiquer qu'Alice a 9 BTC et Bob 11 BTC. Ils n’auraient pas besoin de publier sur la blockchain tant qu’ils continuent à mettre à jour ces soldes.

Quand le moment viendra, disons qu'Alice aura 5 BTC et Bob 15 BTC. Ils pourraient créer une transaction qui envoie ces soldes aux adresses appartenant aux parties, la signer et la diffuser.

Alice et Bob auraient pu enregistrer dix, cent ou mille transactions sur leur bilan. Mais pour la blockchain, ils n'ont effectué que deux opérations sur la chaîne : une pour la transaction de financement initiale et une pour réaffecter les soldes une fois celles-ci terminées. En dehors de ces deux-là, toutes les autres transactions sont gratuites et presque instantanées car elles se produisent hors chaîne. Il n’y a pas de frais de mineur à payer et aucune confirmation de bloc à attendre.

Bien sûr, l’exemple évoqué ci-dessus nécessite la coopération des deux parties, ce qui n’est pas une situation idéale pour des inconnus. Toutefois, des mécanismes spéciaux peuvent être utilisés pour punir toute tentative de tricherie, afin que les parties puissent interagir en toute sécurité sans se faire confiance.

Acheminement des paiements

De toute évidence, les canaux de paiement sont pratiques pour deux parties qui s’attendent à un volume élevé de transactions. Mais ça devient encore mieux. Un réseau de ces canaux peut être créé, ce qui signifie qu'Alice peut payer une partie à laquelle elle n'est pas directement connectée. Si Bob a un canal ouvert avec Carol, Alice peut la payer tant qu'il y a suffisamment de capacité. Elle enverra des fonds du côté de Bob, qui les enverra à son tour à Carol. Si Carol est connectée à un autre participant, Dan, la même chose peut être faite.

Ce réseau devient une topologie distribuée où tout le monde se connecte à plusieurs pairs. Souvent, il existe plusieurs itinéraires vers une destination et les utilisateurs peuvent choisir le plus efficace.

Réflexions finales

Nous discutons de deux approches d’évolutivité qui permettent d’effectuer des transactions sans surcharger la blockchain sous-jacente. Les chaînes latérales et la technologie des canaux de paiement sont encore en développement, mais sont de plus en plus utilisées par les utilisateurs qui souhaitent contourner les limitations des transactions de la couche de base.

À mesure que le temps passe et que de plus en plus d’utilisateurs rejoignent le réseau, il est important de maintenir la décentralisation. Cela n’est possible qu’en fixant des limites à la croissance de la blockchain afin que de nouveaux nœuds puissent facilement la rejoindre. Les partisans des solutions hors chaîne estiment qu’au fil du temps, la chaîne principale ne sera utilisée que pour régler des transactions de grande valeur ou pour interagir avec des chaînes latérales et ouvrir/fermer des canaux.