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

Introduction

La crypto prend de l'ampleur chaque jour. En juin 2024, il y avait environ 617 millions de détenteurs de crypto-monnaies, et la capitalisation totale du marché atteignait environ 2,24 trillions de dollars. Malgré cette croissance impressionnante, la technologie blockchain fait encore face à un obstacle majeur : la scalabilité. Bien que le réseau principal d’Ethereum (mainnet) ait une capacité de traitement d'environ 15 à 30 transactions par seconde (TPS), ce chiffre n’est pas fixe. Il peut varier légèrement en fonction de la taille des blocs et de l’activité du réseau. Il est également essentiel de mentionner la transition d’Ethereum vers le Proof of Stake (PoS) avec Ethereum 2.0, qui vise à améliorer la scalabilité, notamment grâce au sharding.

Considérez les solutions de Layer 2 (L2) comme un véritable coup de turbo pour la blockchain. Ce sont des technologies hors chaîne construites sur la blockchain principale, le Layer 1 (L1), pour rendre les transactions plus rapides, moins coûteuses et plus efficaces. Certaines L2, comme Arbitrum, Polygon ou Optimism, peuvent traiter jusqu'à 4 000 transactions par seconde. Cela ne signifie pas qu'elles le font quotidiennement, mais elles en ont la capacité si nécessaire, ce qui représente une avancée majeure par rapport aux vitesses habituelles. Cette performance permet d’exécuter sans problème des applications complexes comme la DeFi, les jeux ou la gestion de chaînes d’approvisionnement sur la blockchain.

En résumé, alors que le Layer 1 se concentre sur des changements majeurs comme l'augmentation de la taille des blocs, le Layer 2 utilise des approches astucieuses comme les rollups et les sidechains pour accélérer les processus sans compromettre la sécurité. Dans cet article, nous allons explorer en profondeur le Layer 2 et voir comment il est prêt à révolutionner le monde de la blockchain.

Qu'est-ce qu'une solution Layer 2 ?

Les solutions Layer 2 sont comme le secret qui propulse la technologie blockchain à un niveau supérieur, en résolvant les principaux défis que les blockchains traditionnelles de Layer 1, comme Bitcoin et Ethereum, ne peuvent pas toujours gérer. Certes, les blockchains de Layer 1 font le gros du travail : elles traitent les transactions et assurent la sécurité grâce à des méthodes de consensus comme le Proof of Work (PoW) ou le Proof of Stake (PoS). Mais elles rencontrent souvent des difficultés en matière de scalabilité. Ce problème fait partie du "trilemme de la blockchain", qui affirme qu'il est difficile de concilier scalabilité, sécurité et décentralisation simultanément. En conséquence, les réseaux Layer 1 peuvent ralentir, entraînant des délais d'attente plus longs et des frais plus élevés, surtout en période d'activité intense. Les solutions Layer 2 interviennent pour maintenir le système fluide, même sous pression.

Par exemple, le Lightning Network est l’une des nombreuses solutions Layer 2 pour Bitcoin, mais pas la seule. Il rend les transactions plus rapides et moins coûteuses 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 juste entre vous deux. Cependant, bien que les transactions se déroulent hors chaîne dans le Lightning Network, elles restent sécurisées par le modèle de Layer 1 de Bitcoin grâce aux contrats HTLC (hash timelock contracts), qui garantissent que les fonds sont correctement réglés sur la chaîne principale en cas de litige. Ce qui est génial, c’est que la blockchain n’a besoin d’être mise à jour que deux fois : une fois à l’ouverture du canal et une autre à sa fermeture. Cela empêche la blockchain d’être surchargée par chaque transaction, rendant le processus plus rapide et économique. Les rollups d’Ethereum, comme les Optimistic Rollups et les Zero-Knowledge (ZK) Rollups, fonctionnent différemment, mais avec le même objectif : réduire la charge sur la blockchain principale. Alors, quelles sont les solutions de scalabilité existantes ?

Scalabilité de Layer 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 Optimistic Rollups, comme Base, Arbitrum, Optimism, et Boba Network, regroupent plusieurs transactions en un lot et soumettent ce lot compressé sous forme de données d'appel (call data) à la chaîne principale d’Ethereum. Ce qui est intéressant ici, c’est que ces rollups supposent que les transactions sont valides et soumettent les données à la chaîne principale sans effectuer les calculs sur la chaîne. Si un litige survient, les transactions peuvent être vérifiées via un mécanisme de contestation qui garantit leur validité. Cependant, si quelqu'un soupçonne une erreur ou une transaction frauduleuse, il peut initier une preuve de fraude pendant la période de contestation. Si la preuve est validée, le lot est annulé et le soumissionnaire peut perdre son dépôt. Les preuves de fraude dans les Optimistic Rollups fonctionnent en contestant les transitions d'état potentiellement invalides, ce qui déclenche ensuite une vérification sur la chaîne. Ce système réduit la quantité de calcul que la chaîne principale doit effectuer, rendant les transactions plus rapides et moins coûteuses, tout en maintenant un haut niveau de sécurité grâce à ce mécanisme de contestation.

Les ZK Rollups, quant à eux, adoptent une approche différente. Au lieu de supposer que tout est correct jusqu’à preuve du contraire, les ZK Rollups utilisent des preuves cryptographiques, spécifiquement des arguments succincts non interactifs de connaissance (zk-SNARKs) ou zk-STARKs, pour valider un lot de transactions hors chaîne. Ils génèrent ce qu'on appelle une "preuve succincte" (souvent un SNARK ou STARK) pour chaque lot de transactions. Cette preuve est un moyen très efficace de prouver que toutes les transactions dans le lot sont valides sans avoir à examiner chacune individuellement sur la chaîne principale d’Ethereum. La chaîne principale vérifie simplement cette preuve, ce qui est très rapide, puis elle peut accepter en toute confiance l’ensemble du lot de transactions. Cette méthode est à la fois super sécurisée et efficace, bien qu’elle soit techniquement un peu plus complexe.

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 séparées aux côtés de la chaîne principale.

La Binance Smart Chain (désormais connue sous le nom de BNB Smart Chain) et Avalanche sont des blockchains Layer 1 avec leurs propres modèles de consensus, et ne sont pas strictement des chaînes latérales de Layer 2 pour Ethereum. Polygon fonctionne à la fois comme une chaîne latérale Proof of Stake et un agrégateur de solutions Layer 2 avec son propre ensemble de validateurs et de mécanismes de consensus, ce qui signifie qu'elles peuvent gérer des transactions de manière autonome, sans avoir besoin de se reposer sur la chaîne principale pour tout. Ce qui est intéressant, c’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, ce qui ne fonctionne pas toujours comme un véritable peg bidirectionnel comme dans le réseau Liquid de Bitcoin. Cela permet de transférer des actifs entre la chaîne principale et la chaîne latérale, ce qui est particulièrement populaire auprès des utilisateurs souhaitant tirer parti des caractéristiques uniques de différents réseaux ou des frais de transaction réduits. Les chaînes latérales utilisent souvent des ponts pour permettre une communication fluide et des transferts d’actifs entre les deux chaînes, bien que leurs mécanismes de consensus puissent être totalement différents.

State Channels

Les state channels sont un autre produit de mise à l'échelle. Ce sont des mécanismes hors chaîne qui permettent aux utilisateurs d'effectuer plusieurs transactions de manière privée sans avoir à publier chaque transaction sur la blockchain. Seules les transactions d'ouverture et de fermeture sont enregistrées sur la chaîne, réduisant ainsi la congestion et accélérant les interactions. Les state channels permettent aux participants de transiger directement entre eux, sans avoir besoin d'enregistrer chaque interaction sur la chaîne principale. Seul l'état final est réglé sur la chaîne.

Imaginez comment vous et vos amis pouvez discuter en privé. Au lieu de crier chaque message à tout le monde, vous suivez simplement votre conversation et ne dites à tout le monde que le résultat final. C'est ainsi que fonctionnent les state channels. Les state channels nécessitent que la configuration initiale du canal et le règlement final aient lieu sur la chaîne, en utilisant un portefeuille multi-signature pour s'assurer que les transactions hors chaîne sont mutuellement acceptées par les participants. Notez également que les state channels sont principalement utiles pour les transactions répétées de faible valeur (micropaiements) et non pour les interactions complexes avec des contrats intelligents. Cela est super efficace pour des choses comme les jeux ou les paiements minimes.

Plasma

Plasma est totalement différent dans la mesure où il s'agit d'un cadre qui héberge une famille de chaînes plus petites connectées à la blockchain principale. Ces chaînes plus petites, souvent appelées chaînes enfant, fonctionnent selon leurs propres règles et validateurs, mais dépendent des engagements périodiques envers la chaîne principale pour garantir la sécurité. Bien que Plasma offre des avantages en matière de mise à l'échelle, il rencontre des défis tels que la lenteur de la finalité et des problèmes potentiels de disponibilité des données.

Plasma a vu son adoption réduite en raison de ses limitations en matière de sécurité et de finalité, car les utilisateurs doivent attendre de longues périodes de sortie (souvent 7-14 jours) pour retirer leurs fonds vers Ethereum. Il est essentiel de souligner que Plasma a été quelque peu supplanté par les rollups, qui sont plus efficaces et sécurisés, et l'une des premières et des plus connues mises en œuvre de Plasma est le OMG Network.

Soumettant périodiquement les états finaux des transactions à Ethereum pour validation, garantissant la sécurité et la finalité, les chaînes Plasma gèrent un volume élevé de transactions hors chaîne, mais elles sont limitées dans la prise en charge de contrats intelligents complexes et ont vu leur adoption réduite en raison de leurs délais de retrait lents. Leurs cas d’utilisation principaux étaient initialement destinés aux applications nécessitant des transferts simples, bien que de nouvelles solutions aient supplanté Plasma.

En réduisant la charge sur la chaîne principale d’Ethereum, Plasma réduit les frais et accélère les transactions. Cependant, le retrait des fonds des chaînes Plasma vers Ethereum peut prendre jusqu'à 7 jours, car cette période est nécessaire pour permettre la détection de tout litige ou fraude avant que les fonds ne soient pleinement disponibles sur la chaîne principale.

Exemples de solutions Layer 2

Plusieurs solutions Layer 2 ont été mises en œuvre avec succès sur divers réseaux blockchain. Voici quelques exemples notables :

1. Optimism
    

• Type: Optimistic Rollup
   
• Description: Optimism est une solution Ethereum Layer 2 qui utilise les Optimistic Rollups pour augmenter le débit des transactions. Elle suppose que les transactions sont valides et effectue une vérification informatique uniquement si un défi est soulevé. Optimism réduit les calculs nécessaires sur la chaîne en utilisant des preuves de fraude, tout en soumettant des données de transaction minimales (compressées) à Layer 1, réduisant ainsi considérablement les frais de gaz et augmentant la vitesse des transactions.
   
• Use Cases: DApps, protocoles DeFi, et tous les projets basés sur Ethereum nécessitant une scalabilité.
  
   

2. Arbitrum

• Type: Optimistic Rollup
   
• Description: Arbitrum est une autre solution Layer 2 basée sur la technologie des Optimistic Rollups. Elle améliore la scalabilité d'Ethereum en déplaçant la plupart du traitement des transactions hors-chaîne tout en maintenant la sécurité de la chaîne principale d'Ethereum. Arbitrum est connu pour sa compatibilité avec les contrats intelligents Ethereum existants, ce qui facilite la migration des applications pour les développeurs.
   
• Use Cases: DeFi, jeux, et autres applications à forte transaction.
  
   

3. Polygon (anciennement Matic)
    

• Type: Side Chain et Plasma
   
• Description: Polygon est une solution Layer 2 multi-chaînes qui fournit un cadre pour construire des réseaux blockchain interconnectés. Elle combine des chaînes Proof-of-Stake (PoS) et la technologie Plasma pour offrir une solution scalable avec un traitement rapide des transactions et des frais bas. La chaîne PoS de Polygon fonctionne en parallèle avec Ethereum et prend en charge une large gamme d'applications décentralisées.
   
• Use Cases: NFTs, DeFi, jeux, et diverses DApps.
  
   

4. zkSync
    

• Type: Zero-Knowledge Rollup (zk-Rollup)
   
• Description: zkSync est une solution Layer 2 utilisant les Zero-Knowledge Rollups, qui utilisent des preuves cryptographiques pour valider les transactions. Cela permet un traitement des transactions hors-chaîne hautement efficace et sécurisé, avec la validité de ces transactions prouvée sur la chaîne grâce à des preuves cryptographiques succinctes. Les zk-Rollups héritent de la sécurité complète de Layer 1, contrairement aux Optimistic Rollups qui s'appuient sur un mécanisme de contestation pour la sécurité.
   
• Use Cases: Systèmes de paiement, applications DeFi, et transferts de tokens.
   

5. Loopring
    

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

6. Immutable X
    

• Type: Zero-Knowledge Rollup (zk-Rollup)
   
• Description: Immutable X est une solution Layer 2 spécialement conçue pour les NFTs sur Ethereum. Elle utilise les zk-Rollups pour permettre la création, l'achat et la vente de NFTs rapidement et sans frais de gaz. Immutable X vise la neutralité carbone grâce à la scalabilité de Layer 2, réduisant la consommation d'énergie par rapport aux transactions sur Layer 1 d'Ethereum, en faisant une option écologique pour les plateformes NFT.
   
• Use Cases: Marchés 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 scalabilité illimitée sans compromettre la composabilité et la sécurité d'Ethereum. Il utilise les STARKs (Scalable Transparent ARguments of Knowledge) pour garantir la validité des transactions hors-chaîne, ce qui le rend hautement sécurisé et scalable.
   
• Use Cases: DApps complexes, DeFi, jeux, et plus encore.
   

Benefits of Layer 2

Les produits Layer 2 aident les blockchains à relever certains de leurs plus grands défis, en particulier en matière de scalabilité, de coûts, de vitesse et de confidentialité. En traitant les transactions hors de la chaîne principale, Layer 1, ils rendent les réseaux blockchain beaucoup plus performants, leur permettant de servir plus d’utilisateurs et de traiter davantage de transactions sans compromettre la sécurité ou la décentralisation. Cela réduit non seulement les coûts de transaction, rendant la blockchain plus accessible à tous, mais accélère également les processus, ce qui est crucial pour des applications en temps réel comme les jeux et la finance. De plus, certaines L2 offrent même une meilleure confidentialité en gardant plus de détails de transactions hors de la chaîne publique.

Scalabilité

Comme un policier de la circulation, les L2 réduisent la congestion et permettent à des réseaux comme Ethereum et Bitcoin de traiter bien plus de transactions. Sans elles, c’est comme essayer de conduire sur une autoroute pendant l’heure de pointe – lent et frustrant ! Les solutions Layer 2 augmentent la capacité des blockchains, permettant un débit plus élevé et une latence réduite, ce qui est crucial pour soutenir les applications ayant un volume de transactions élevé.

Réduction des coûts

Les protocoles Layer 2 rendent également les transactions beaucoup moins chères en prenant une partie de la charge hors du réseau principal. C’est un gros avantage pour des domaines comme DeFi et les jeux, où des frais élevés peuvent être un véritable problème.

Transactions plus rapides

La vitesse est essentielle dans le monde de la blockchain, et les L2 brillent en offrant des confirmations de transactions quasi instantanées. En traitant les transactions hors-chaîne et en ne portant à la chaîne principale que l’état final, les réseaux Layer 2 évitent les retards liés aux confirmations des blocs Layer 1.

Confidentialité améliorée

La confidentialité devient de plus en plus importante, et certains L2, comme les Zero-Knowledge (ZK) Rollups, offrent des fonctionnalités de confidentialité améliorées. En traitant les transactions hors-chaîne, ces solutions gardent la plupart des détails des transactions hors de la blockchain publique, protégeant ainsi les identités des utilisateurs et les informations sensibles.

Future of Layer 2 in Blockchain

À mesure que la technologie blockchain évolue, le besoin de produits évolutifs, efficaces et conviviaux ne fera qu’augmenter. Les développements futurs se concentreront sur l'intégration transparente avec les blockchains Layer 1, l'expansion des cas d’utilisation à travers les secteurs, et l'amélioration de l'interopérabilité entre différents réseaux Layer 2. Ces avancées aideront les systèmes blockchain à se développer à l’échelle mondiale sans sacrifier la sécurité ou la décentralisation, faisant des Layer 2 un acteur clé dans l’avenir de la technologie blockchain. Regardons cela de plus près.

Intégration avec Layer 1

Un des grands objectifs pour les L2 est de les faire fonctionner harmonieusement avec les blockchains Layer 1. À mesure que ces technologies évoluent, la connexion entre la chaîne principale et ses extensions Layer 2 devra devenir plus fluide et conviviale. Imaginez pouvoir passer d’un niveau à un autre sans tracas – cela signifie que votre expérience sera beaucoup plus fluide et vous n’aurez pas à vous soucier des processus complexes. Nous pourrions voir de nouveaux outils et fonctionnalités qui déplacent automatiquement les transactions vers Layer 2 lorsque Layer 1 est saturé ou qui facilitent l’utilisation de ces technologies sans avoir besoin de comprendre tous les détails techniques. Améliorer cette intégration rendra les réseaux blockchain plus stables et sécurisés, leur permettant de gérer plus de trafic sans ralentir.

Expansion des cas d’utilisation

Les L2 sont assez polyvalents, et leur potentiel va bien au-delà de la simple scalabilité et réduction des coûts dans des domaines comme DeFi et les jeux. À l’avenir, nous pourrions les voir utilisés dans de nombreux autres secteurs. Par exemple, dans la gestion de la chaîne d’approvisionnement, ils pourraient aider à suivre les biens à travers les frontières de manière efficace, en traitant une grande quantité de données avec facilité. Même des secteurs non blockchain comme la santé et les télécoms pourraient commencer à utiliser les solutions Layer 2 pour gérer des informations sensibles de manière sécurisée. La rapidité, les économies de coûts et la scalabilité que les Layer 2 offrent en font une option idéale pour tout secteur nécessitant une gestion de données décentralisée et performante. À mesure que la technologie continue de progresser, attendez-vous à voir Layer 2 utilisé de manière nouvelle et innovante pour résoudre divers défis sectoriels.

Conclusion

Les L2 sont prêts à devenir des acteurs essentiels dans le monde de la blockchain, en résolvant des problèmes majeurs comme la scalabilité, le coût et l’utilisabilité qui ont freiné l’adoption généralisée des réseaux décentralisés. À mesure que ces technologies évoluent, elles seront essentielles pour améliorer les plateformes blockchain, leur permettant de gérer plus d’utilisateurs et de transactions à l’échelle mondiale tout en maintenant la sécurité et la décentralisation. L’avenir semble prometteur pour les Layer 2, avec des développements passionnants à l’horizon. Nous pouvons nous attendre à une meilleure intégration avec les blockchains Layer 1, de nouvelles applications dans divers domaines et une interopérabilité améliorée entre les réseaux. Ces avancées ne se contenteront pas de rendre les systèmes blockchain actuels plus efficaces, mais ouvriront également de nouvelles opportunités pour les applications décentralisées dans différents secteurs, façonnant ainsi l’avenir de la technologie blockchain.