Avec l’adoption croissante de la technologie blockchain par les particuliers et les entreprises, la question de l’évolutivité est devenue cruciale. Ce terme est souvent présenté comme le principal défi de l’industrie des cryptomonnaies.
Mais qu’entend-on précisément par « évolutivité », surtout dans le contexte de la blockchain, et pourquoi est-ce un enjeu si important ?
Comprendre l’évolutivité de la blockchain
L' »évolutivité » fait référence à la capacité d’un système à maintenir son efficacité et ses performances face à des variations de volume ou d’échelle. Dans le domaine de la blockchain, l’évolutivité désigne la capacité d’un protocole à fonctionner de manière optimale – sans augmentation des coûts – même avec une augmentation du nombre de transactions, de données et d’utilisateurs.
Vitalik Buterin suggère [PDF] que les protocoles blockchain visent à être décentralisés, sécurisés et évolutifs, mais qu’ils ne parviennent généralement à réaliser que deux de ces trois objectifs. L’évolutivité est souvent le facteur sacrifié.
Une blockchain non évolutive se traduit par des transactions lentes, entraînant une congestion du réseau (file d’attente de paiements) et des frais plus élevés. Inversement, une blockchain évolutive est capable de traiter un grand nombre de transactions par seconde (TPS) sans compromettre la sécurité, l’expérience utilisateur, les frais, ou la capacité à prendre des décisions par consensus avec un large réseau d’acteurs en pair-à-pair.
L’évolutivité d’un protocole blockchain est déterminée par trois indicateurs principaux :
- Latence : le temps nécessaire pour la diffusion des transactions aux nœuds du réseau et la collecte des réponses pour parvenir à un consensus a un impact direct sur l’évolutivité. Une latence plus faible est synonyme d’un réseau plus évolutif.
- Débit : la capacité d’un protocole blockchain à traiter un certain nombre de transactions par seconde influence également son évolutivité. Un débit plus élevé se traduit par un réseau plus évolutif.
- Coût : les ressources (puissance de calcul, bande passante, etc.) requises pour le fonctionnement d’une blockchain affectent directement son évolutivité. Des ressources plus importantes devraient se traduire par des incitations plus élevées pour le réseau, notamment avec un grand nombre de participants. Si les incitations ne sont pas proportionnelles aux coûts de participation, le réseau pourrait perdre des participants.
La plupart des protocoles blockchain récents, comme Solana, sont plus évolutifs que les protocoles plus anciens, tels que Bitcoin. Cependant, ces améliorations sont souvent obtenues au prix d’une sécurité moindre ou d’une plus grande centralisation.
Pour que les blockchains soutiennent des économies et des bases d’utilisateurs à grande échelle, l’évolutivité est essentielle. Les utilisateurs n’adopteront pas des protocoles lents et coûteux alors que des options traditionnelles plus rapides et moins chères existent. L’exemple du paiement par VISA pour acheter une pizza, plus rapide et moins cher que par Bitcoin, illustre bien l’importance de l’évolutivité de la blockchain.
Trois approches clés pour l’évolutivité de la blockchain
De nombreux protocoles blockchain ont mis en œuvre différentes techniques pour améliorer la latence, le débit et les coûts sans sacrifier la sécurité et la décentralisation. Toutefois, aucune solution n’a réussi à résoudre le trilemme de la blockchain, car beaucoup ont compromis la décentralisation ou la sécurité.
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Par conséquent, les protocoles blockchain utilisent souvent plusieurs solutions simultanément pour améliorer l’évolutivité.
Ces techniques peuvent être regroupées en trois grandes catégories.
1. Solutions de couche 1
L’objectif ici est d’améliorer le réseau blockchain principal pour mieux gérer les transactions. Cela inclut des solutions comme l’augmentation de la taille des blocs, la réduction des temps de traitement des transactions ou l’accélération de la collecte des réponses pour parvenir à un consensus.
Les solutions de couche 1 sont mises en œuvre sur la chaîne, en se concentrant sur l’amélioration du protocole de base de la blockchain sans recourir à des systèmes secondaires. Ces améliorations sont généralement apportées via un fork de la blockchain.
Par exemple, Bitcoin a activé Segregated Witness (SegWit) par le biais d’un soft fork en 2017. Ce changement a permis d’augmenter les limites de taille des blocs du protocole et d’améliorer l’efficacité des transactions. Plus tard la même année, un hard fork a conduit à la création de Bitcoin Cash (BCH), une blockchain alternative avec des blocs plus grands, des temps de transaction plus courts et des frais de transaction moins élevés.
La blockchain Ethereum a également procédé à un hard fork en 2022, passant son algorithme de consensus de la preuve de travail à la preuve d’enjeu. Cela a marqué la première étape de l’introduction du sharding, qui, selon Buterin, permettra une expansion accrue du réseau.
Le sharding de la blockchain est une solution de couche 1 qui ne nécessite pas de fork. Il consiste à diviser le réseau en parties plus petites (shards) pour répartir et améliorer le traitement des transactions. Alors qu’Ethereum prévoit de mettre en œuvre le sharding courant 2023, la blockchain Zilliqa dispose déjà de quatre fragments, ce qui permet de réduire les temps de transaction, les frais et d’améliorer l’expérience utilisateur.
2. Solutions de couche 2
Contrairement aux solutions de couche 1 mises en œuvre directement sur le protocole blockchain principal, les solutions de couche 2 améliorent l’évolutivité en déplaçant certaines transactions ou processus hors de la chaîne. Ces solutions sont des systèmes secondaires (canaux d’état et rollups) construits sur le protocole blockchain principal pour gérer l’augmentation des volumes de transactions.
- Canaux d’état : Un canal d’état permet à deux parties ou plus de réaliser des transactions rapidement, hors chaîne, tout en garantissant la finalité de la transaction sur la chaîne principale. Par exemple, le réseau Lightning fonctionne au-dessus de la blockchain Bitcoin et permet des transactions Bitcoin en dehors de la chaîne principale. Grâce à des contrats intelligents, les transactions sont effectuées hors chaîne, puis la transaction et sa finalité sont ajoutées à la chaîne principale, permettant la résolution de litiges et la fermeture du canal. Le réseau Raiden, construit sur Ethereum, est un autre exemple de chaîne publique.
- Rollups : Les rollups (optimistes ou à connaissance zéro) exécutent les transactions hors chaîne, puis soumettent les données de transaction ou la preuve de validité au protocole principal de la blockchain pour obtenir un consensus. Loopring et Aztec sont des exemples de rollups à connaissance zéro, tandis qu’Arbitrium One et Optimism sont des rollups optimistes.
Il existe également d’autres différences entre les blockchains de couche 1 et de couche 2.
3. Nouvelles chaînes
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Différentes formes de nouvelles chaînes (sidechains, chaînes plasma et chaînes Validium) peuvent être créées pour permettre un traitement efficace des transactions. Par exemple, Polygon est une sidechain d’Ethereum avec des spécifications personnalisées pour répondre à des besoins spécifiques, tout en bénéficiant de la base solide d’Ethereum.
Bien que ces solutions soient parfois considérées comme des solutions de couche 2, elles sont différentes. Les solutions de couche 2 sont des extensions de leur homologue de couche 1 et fonctionnent généralement en conformité avec la blockchain principale. Les sidechains, chaînes plasma et chaînes Validium sont des blockchains plus indépendantes avec des connexions à leur homologue de couche 1. Elles assument généralement la responsabilité de leur propre sécurité, de leurs algorithmes de consensus ou de leurs paramètres de blocage.
L’adoption massive dépend de l’évolutivité de la blockchain
La technologie blockchain a le potentiel de transformer le monde tel que nous le connaissons. Cependant, cette transformation ne se produira pas si l’évolutivité reste un obstacle, car il n’y aura pas d’adoption massive.
De la numérisation des actifs à l’utilisation de la technologie blockchain par les entreprises pour optimiser leurs processus, l’avenir est prometteur pour la technologie blockchain, à condition qu’elle parvienne à évoluer de manière durable sans compromettre la décentralisation et la sécurité.