Décomposition de la blockchain : qu'est-ce qu'une couche 2 ?

Introduction

Les cryptomonnaies prennent de l'ampleur de jour en jour. En juin 2024, on comptait 617 millions de propriétaires de cryptomonnaies et la capitalisation boursière totale s'élevait à 2 240 milliards de dollars. Malgré cette croissance massive, la technologie blockchain présente toujours un problème majeur : l'évolutivité. Le réseau principal d'Ethereum affiche un débit d'environ 15 à 30 transactions par seconde (TPS), un débit variable. Il peut varier légèrement en fonction de la taille des blocs et de l'activité du réseau. De plus, la transition d'Ethereum vers la preuve d'enjeu (PoS) avec Ethereum 2.0 améliorera l'évolutivité, notamment en combinaison avec le sharding.

Les solutions de couche 2 (L2) sont un véritable coup de pouce pour la blockchain. Il s'agit de technologies hors chaîne construites sur la couche 1 (L1) de la blockchain principale, pour rendre les transactions plus rapides, moins coûteuses et plus efficaces. Certaines L2 comme Arbitrum, Polygon, Optimism, etc. peuvent gérer 4 000 transactions par seconde. Non pas qu'ils le fassent quotidiennement, mais ils le peuvent en cas de besoin, ce qui représente une amélioration considérable par rapport à la vitesse habituelle. Ce débit permet à des applications plus complexes comme la DeFi, les jeux et les chaînes d'approvisionnement de fonctionner sans problème sur la blockchain.

En bref, tandis que la couche 1 est occupée par des changements majeurs comme l'augmentation de la taille des blocs, la couche 2 utilise des astuces astucieuses comme les rollups et les sidechains pour accélérer le processus sans compromettre la sécurité. Dans cet article, nous allons approfondir la couche 2 et voir comment elle va révolutionner le monde de la blockchain.

Qu'est-ce qu'une solution de couche 2 ?

Les solutions de couche 2 sont comme la recette secrète qui propulse la technologie blockchain à un niveau supérieur, s'attaquant aux principaux problèmes que les blockchains de couche 1 traditionnelles comme Bitcoin et Ethereum ne peuvent pas toujours gérer. Certes, les blockchains de couche 1 font le gros du travail : elles traitent les transactions et sécurisent les données grâce à des méthodes de consensus comme la preuve de travail (PoW) ou la preuve d'enjeu (PoS). Mais elles rencontrent souvent des difficultés en matière de scalabilité. Ce problème fait partie du « trilemme de la blockchain », qui signifie qu'il est difficile de concilier scalabilité, sécurité et décentralisation. De ce fait, les réseaux de couche 1 peuvent ralentir, ce qui entraîne des temps d'attente plus longs et des frais plus élevés, surtout en période de forte activité. Les solutions de couche 2 interviennent pour assurer le bon fonctionnement du réseau, même sous pression.

Par exemple, le Lightning Network est l'une des nombreuses solutions de couche 2 pour Bitcoin, et non la seule, qui accélère et réduit les coûts des transactions en les retirant temporairement de la blockchain principale. Imaginez que vous et un ami ouvriez un canal de paiement privé, une sorte de registre numérique entre vous deux. Pourtant, bien que les transactions s'effectuent hors chaîne sur le Lightning Network, elles sont toujours garanties par le modèle de sécurité de couche 1 de Bitcoin via des contrats de verrouillage de hachage (HTLC), qui garantissent le règlement sécurisé des fonds sur la chaîne principale en cas de litige. L'avantage est qu'il suffit de mettre à jour la blockchain deux fois : une fois à l'ouverture du canal et une fois à sa fermeture. Ainsi, la blockchain ne s'enlise pas à chaque transaction, ce qui rend le processus plus rapide et moins coûteux. Les rollups d'Ethereum (Optimistic Rollups et Zero-Knowledge Rollups) fonctionnent un peu différemment, mais avec le même objectif : réduire la charge sur la blockchain principale. Alors, quelles solutions de scalabilité existent ?

Mise à l'échelle de la couche 2 d'Ethereum

Rollups

Les rollups sont des protocoles logiciels qui fonctionnent au-dessus de la chaîne principale, simplifiant les transactions et réduisant la congestion. Les rollups optimistes, tels que Base, Arbitrum, Optimism et Boba Network, regroupent plusieurs transactions en un lot et soumettent ce lot compressé comme données d'appel à la chaîne principale Ethereum. C'est là que le problème se pose : ces rollups supposent que les transactions sont valides et soumettent les données de transaction à la chaîne principale sans effectuer le calcul on-chain. En cas de litige, les transactions peuvent être vérifiées grâce à un mécanisme de contestation qui garantit leur validité. Cependant, si quelqu'un soupçonne une erreur ou une transaction frauduleuse, il peut lancer une vérification de fraude pendant la fenêtre de contestation. Si la vérification est concluante, le lot est annulé et l'émetteur peut perdre un dépôt. Les preuves de fraude dans les rollups optimistes fonctionnent en contestant les transitions d'état potentiellement invalides, qui déclenchent ensuite une vérification en chaîne. Ce système réduit la quantité de calcul que la chaîne principale doit effectuer, ce qui rend les choses plus rapides et moins chères, mais il reste sécurisé grâce à ce mécanisme de défi.

Les ZK Rollups, en revanche, adoptent une approche différente. Au lieu de supposer que tout va bien jusqu'à preuve du contraire, les ZK Rollups utilisent des preuves cryptographiques, notamment des arguments de connaissance succincts non interactifs à connaissance nulle (zk-SNARK) ou des zk-STARK, pour valider un lot de transactions hors chaîne. Ils génèrent ce qu'on appelle une « preuve succincte » (souvent un SNARK ou un STARK) pour chaque lot de transactions. Cette preuve est un moyen très efficace de prouver la validité de toutes les transactions d'un lot sans avoir à les analyser individuellement sur la chaîne principale Ethereum. La chaîne principale vérifie simplement cette preuve, ce qui est très rapide, et peut ensuite accepter l'ensemble du lot en toute confiance. Cette méthode est extrêmement sûre et efficace, bien qu'un peu plus complexe techniquement.

Chaînes latérales

Un autre type de solution de mise à l'échelle. Les chaînes latérales sont presque comme des univers parallèles, fonctionnant comme des blockchains distinctes parallèles à la chaîne principale. Binance Smart Chain (maintenant connue sous le nom de BNB Smart Chain) et Avalanche sont des blockchains de couche 1 avec leur propre consensus. Modèles, et non pas uniquement des chaînes latérales de couche 2 d'Ethereum. Polygon fonctionne à la fois comme une chaîne latérale de preuve d'enjeu et comme un agrégateur de solutions de couche 2. Elles disposent de leurs propres validateurs et mécanismes de consensus, ce qui signifie qu'elles peuvent gérer les transactions de manière autonome, sans dépendre de la chaîne principale pour tout. L'avantage est que les chaînes latérales s'appuient généralement sur des ponts (par exemple, des ponts Plasma ou des contrats intelligents) pour faciliter les transferts d'actifs, qui ne fonctionnent pas toujours comme un véritable lien bidirectionnel comme sur le réseau Liquid de Bitcoin. Cela permet de transférer des actifs entre la chaîne principale et la chaîne latérale, une solution particulièrement appréciée des utilisateurs souhaitant profiter des fonctionnalités uniques de différents réseaux ou de frais de transaction réduits. Les chaînes latérales utilisent souvent des ponts pour ce faire, ce qui facilite la communication et les transferts d'actifs entre les deux chaînes, même si leurs mécanismes de consensus peuvent être totalement différents.

Canaux d'état

Les canaux d'état constituent un autre produit de scalabilité. Ce sont des mécanismes hors chaîne qui permettent aux utilisateurs d'effectuer plusieurs transactions de manière privée sans diffuser chaque transaction sur la blockchain. Seules les transactions d'ouverture et de clôture sont enregistrées sur la chaîne, ce qui réduit la congestion et accélère les interactions. Les canaux d'état sont des mécanismes hors chaîne qui permettent aux participants d'effectuer des transactions directement entre eux sans avoir à enregistrer chaque interaction sur la chaîne principale. Seul l'état final est défini sur la chaîne.

Imaginez que vous et vos amis puissiez discuter en privé. Au lieu de crier chaque message au monde entier, vous gardez simplement une trace de votre conversation et ne communiquez à chacun que le résultat final. C'est ainsi que fonctionnent les canaux d'état. La configuration initiale et le règlement final doivent être effectués sur la chaîne, à l'aide d'un portefeuille multi-signatures afin de garantir que les transactions hors chaîne sont mutuellement acceptées par les participants. Notez également que les canaux d'état sont principalement utiles pour les transactions répétées de faible montant (micropaiements) et non pour les interactions complexes entre contrats intelligents. C'est extrêmement efficace pour des applications comme les jeux ou les petits paiements.

Plasma

Plasma est totalement différent : il s'agit d'un framework hébergeant une famille de blockchains plus petites connectées à la blockchain principale. Ces blockchains plus petites, souvent appelées chaînes enfants, fonctionnent selon leurs propres règles et validateurs, mais s'appuient sur des engagements périodiques envers la chaîne principale pour des raisons de sécurité. Bien que Plasma offre des avantages en termes de scalabilité, il est confronté à des défis tels qu'une finalité lente et des problèmes potentiels de disponibilité des données. Plasma a connu une adoption réduite en raison de ses limites en matière de sécurité et de finalité, car les utilisateurs doivent attendre de longues périodes de sortie (souvent de 7 à 14 jours) pour retirer leurs fonds sur Ethereum. Il est essentiel de souligner que Plasma a été quelque peu dépassé par les rollups, plus efficaces et plus sûrs, et l'une des implémentations les plus anciennes et les plus connues de Plasma est OMG Network.

En soumettant régulièrement les états finaux des transactions à Ethereum pour validation, garantissant ainsi sécurité et finalité, les chaînes Plasma gèrent un volume important de transactions hors chaîne. Cependant, leur prise en charge des contrats intelligents complexes est limitée et leur adoption a diminué en raison de la lenteur de leurs délais de retrait. Initialement, leurs principaux cas d'utilisation étaient destinés aux applications nécessitant des transferts simples, mais des solutions plus récentes ont supplanté Plasma.

En allégeant la charge sur le réseau principal d'Ethereum, Plasma diminue les frais et accélère les transactions. Cependant, le retrait de fonds des chaînes Plasma vers Ethereum peut prendre jusqu'à 7 jours, ce délai étant nécessaire pour permettre la détection d'éventuels litiges ou fraudes avant que les fonds ne soient entièrement disponibles sur la chaîne principale.

Exemples de solutions de couche 2

Plusieurs solutions de couche 2 ont été mises en œuvre avec succès sur différents réseaux blockchain. En voici quelques exemples notables :

1. Optimism

• Type : Optimistic Rollup
• Description : Optimism est une solution Ethereum de couche 2 qui utilise les Optimistic Rollups pour augmenter le débit des transactions. Elle suppose que les transactions sont valides et n'effectue une vérification informatique qu'en cas de contestation. Optimism réduit les calculs requis sur la chaîne grâce à l'utilisation de preuves de fraude, tout en soumettant un minimum de données de transaction (compressées) à la couche 1, ce qui réduit considérablement les frais de gaz et augmente la vitesse des transactions.
• Cas d'utilisation : DApps, protocoles DeFi et tout projet basé sur Ethereum nécessitant une évolutivité.

2. Arbitrum

• Type : Optimistic Rollup
• Description : Arbitrum est une autre solution de couche 2 basée sur la technologie Optimistic Rollup. Elle améliore l'évolutivité d'Ethereum en déplaçant la majeure partie du traitement des transactions hors chaîne, tout en préservant la sécurité du réseau principal d'Ethereum. Arbitrum est reconnu pour sa compatibilité avec les contrats intelligents Ethereum existants, facilitant ainsi la migration des applications par les développeurs.
• Cas d'utilisation : DeFi, jeux vidéo et autres applications à fort volume de transactions.

3. Polygon (formerly Matic)

• Description : Polygon est une solution multi-chaînes de couche 2 qui fournit un cadre pour la création de réseaux blockchain interconnectés. Elle combine des chaînes latérales de preuve d'enjeu (PoS) et la technologie Plasma pour offrir une solution évolutive avec un traitement rapide des transactions et des frais réduits. La chaîne PoS de Polygon fonctionne en parallèle avec Ethereum et prend en charge un large éventail d'applications décentralisées.
• Cas d'utilisation : NFT, DeFi, jeux vidéo et diverses DApps.

4. zkSync

• Type : Zero-Knowledge Rollup (zk-Rollup)
• Description : zkSync est une solution de couche 2 utilisant des Zero-Knowledge Rollups, qui utilisent des preuves cryptographiques pour valider les transactions. Cela permet un traitement des transactions hors chaîne hautement efficace et sécurisé, la validité de ces transactions étant prouvée on-chain par des preuves cryptographiques succinctes. Les zk-Rollups bénéficient de la sécurité intégrale de la couche 1, contrairement aux Optimistic Rollups qui s'appuient sur le mécanisme de défi.
• Cas d'utilisation : Systèmes de paiement, applications DeFi et transferts de jetons.

5. Loopring

• Type : Zero-Knowledge Rollup (zk-Rollup)
• Description : Loopring est un protocole d'échange décentralisé (DEX) qui exploite les Zero-Knowledge Rollups pour faciliter les échanges à haut débit et à faible coût sur Ethereum. En regroupant les transactions hors chaîne et en les vérifiant avec des preuves zk, Loopring permet aux utilisateurs d'échanger des actifs avec des frais minimes et une exécution rapide.
• Cas d'utilisation : Échanges décentralisés, solutions de paiement et DeFi.

6. Immutable X

• Type : Zero-Knowledge Rollup (zk-Rollup)
• Description : Immutable X est une solution de couche 2 spécialement conçue pour les NFT sur Ethereum. Elle utilise les zk-Rollups pour permettre la création, l'achat et la vente de NFT rapides et sans gaz. Immutable X vise la neutralité carbone grâce à la mise à l'échelle de la couche 2, réduisant ainsi sa consommation d'énergie par rapport aux transactions de la couche 1 d'Ethereum, ce qui en fait une option écologique pour les plateformes NFT.
• Cas d'utilisation : Places de marché NFT, plateformes de jeux et art numérique.

7. StarkNet

• Type : Zero-Knowledge Rollup (zk-Rollup)
• Description : StarkNet est un zk-Rollup décentralisé qui permet à toute application décentralisée (DApp) d'atteindre une évolutivité illimitée sans compromettre la composabilité et la sécurité d'Ethereum. Il utilise les STARK (Scalable Transparent ARguments of Knowledge) pour garantir la validité des transactions hors chaîne, ce qui le rend hautement sécurisé et évolutif.
• Cas d'utilisation : DApps complexes, DeFi, jeux vidéo, etc.

Avantages de la couche 2

Les produits de couche 2 aident les blockchains à résoudre certains de leurs principaux problèmes, notamment la scalabilité, le coût, la rapidité et la confidentialité. En gérant les transactions hors de la chaîne principale (couche 1), ils optimisent considérablement les performances des réseaux blockchain, leur permettant de servir davantage d'utilisateurs et de traiter davantage de transactions sans compromettre la sécurité ni la décentralisation. Cela se traduit par des coûts de transaction réduits, rendant la blockchain plus accessible à tous et plus rapide, un atout crucial pour les applications temps réel comme les jeux et la finance. Certains protocoles de couche 2 offrent même une meilleure confidentialité en conservant davantage de détails de transaction hors de la chaîne publique.

Évolutivité

Tel un agent de la circulation, les protocoles de couche 2 désengorgent les réseaux et permettent à des réseaux comme Ethereum et Bitcoin de gérer un nombre bien plus important de transactions. Sans eux, c'est comme conduire sur une autoroute aux heures de pointe : lent et frustrant ! Les solutions de couche 2 augmentent la capacité de la blockchain, permettant un débit plus élevé et une latence plus faible, essentiels pour les applications à fort volume de transactions.

Coûts réduits

Les protocoles de couche 2 rendent également les transactions beaucoup moins coûteuses en allégeant la charge du réseau principal. C'est un atout majeur pour les secteurs à forte activité comme la DeFi et les jeux vidéo, où les frais élevés constituent un véritable frein.

Transactions plus rapides

La rapidité est essentielle dans la blockchain et les réseaux de couche 2 assurent des confirmations de transaction quasi instantanées. En traitant les transactions hors chaîne et en n'enregistrant que l'état final sur la chaîne principale, les réseaux de couche 2 évitent les délais liés aux confirmations de blocs de couche 1.

Plus de confidentialité

La confidentialité gagne en importance chaque jour et certains réseaux de couche 2, comme les rollups à connaissance nulle (ZK), offrent davantage de fonctionnalités de confidentialité. En traitant les transactions hors chaîne, ces solutions conservent la plupart des détails des transactions hors de la blockchain publique, masquant ainsi l'identité des utilisateurs et les informations sensibles.

Couche 2 dans le futur

Avec le développement de la blockchain, le besoin de produits évolutifs, efficaces et conviviaux ne fera qu'augmenter. Les développements futurs se concentreront sur une intégration transparente avec les blockchains de couche 1, l'élargissement des cas d'utilisation à tous les secteurs et l'interopérabilité entre les différents réseaux de couche 2. Ces évolutions permettront à la blockchain de s'étendre à l'échelle mondiale sans compromettre la sécurité ni la décentralisation, faisant de la couche 2 un acteur clé de l'avenir de la blockchain. Découvrez-la.

Intégration de la couche 1

L'un des principaux objectifs des couches 2 est de les faire fonctionner avec les blockchains de couche 1. À mesure que ces technologies évoluent, la connexion entre la chaîne principale et ses extensions de couche 2 devra devenir plus fluide et plus conviviale. Imaginez pouvoir passer d'une couche à l'autre sans difficulté : votre expérience sera beaucoup plus fluide et vous n'aurez plus à gérer de processus complexes. De nouveaux outils et fonctionnalités pourraient transférer automatiquement les transactions vers la couche 2 lorsque la couche 1 est saturée, ou simplifier l'utilisation de ces technologies sans avoir à en comprendre tous les détails. Cela rendra les réseaux blockchain plus stables et sécurisés, et capables de gérer davantage de trafic sans ralentissement.

Cas d'utilisation en expansion

Les solutions L2 sont très polyvalentes et leur utilisation va bien au-delà de la simple évolutivité et des économies de coûts dans la DeFi et les jeux vidéo. À l'avenir, elles pourraient être utilisées dans de nombreux secteurs. Par exemple, dans la gestion de la chaîne d'approvisionnement, elles pourraient faciliter le suivi des marchandises transfrontalières et la gestion de grandes quantités de données. Même les secteurs non blockchain, comme la santé et les télécommunications, pourraient commencer à utiliser des solutions L2 pour gérer des informations sensibles. La rapidité, les économies de coûts et l'évolutivité de la L2 en font une solution idéale pour tout secteur nécessitant une gestion de données décentralisée haute performance. Avec les avancées technologiques, la L2 sera utilisée de manière innovante pour résoudre les problèmes du secteur.

Conclusion

Les solutions L2 seront la clé du succès de la blockchain, résolvant les problèmes majeurs d'évolutivité, de coût et de convivialité qui ont freiné l'adoption massive des réseaux décentralisés. À mesure que ces technologies progresseront, elles amélioreront le fonctionnement des plateformes blockchain, géreront davantage d'utilisateurs et de transactions à l'échelle mondiale, tout en restant sécurisées et décentralisées. L'avenir s'annonce prometteur pour la L2, et de nombreux projets sont prometteurs. Nous assisterons à une meilleure intégration avec les blockchains de couche 1, à de nouveaux cas d'usage dans tous les secteurs et à une interopérabilité entre les réseaux. Cela améliorera non seulement l'efficacité des systèmes blockchain actuels, mais ouvrira également de nouvelles opportunités pour les applications décentralisées dans différents secteurs, façonnant ainsi l'avenir de la blockchain.