Le rôle de la couche 1 dans les réseaux blockchain

Si vous vous êtes déjà demandé quel lien existe entre Polygon et Ethereum ou entre Polkadot et ses parachains, vous familiariser avec les couches 1 et 2 de l'architecture blockchain peut aider à trouver les réponses. Ces termes vous aideront à mieux comprendre les blockchains, les projets et les outils de développement.

Notions de base

Les blockchains de couche 1 constituent la base de nombreux réseaux populaires, tels que Bitcoin, BNB Chain et Ethereum. Ces réseaux sont conçus pour finaliser et valider les transactions de manière autonome, sans recourir à un autre réseau. Cependant, augmenter la scalabilité des réseaux de couche 1 peut être difficile, comme nous l'avons vu avec Bitcoin. Pour surmonter ce problème, les développeurs créent souvent des protocoles de couche 2 qui fonctionnent avec le réseau de couche 1 sous-jacent, offrant aux utilisateurs une vitesse et un débit accrus. Un exemple majeur est le Lightning Network de Bitcoin. Il fonctionne comme un protocole de couche 2, permettant aux utilisateurs d'effectuer des transactions hors chaîne qui sont ensuite enregistrées sur la chaîne principale.

Qu'est-ce que la couche 1 ?

La couche 1 se réfère à la couche physique du modèle OSI, responsable de la transmission des bits bruts à travers un réseau. Un protocole de couche 1 peut traiter et régler des transactions sur sa propre blockchain. De plus, ce même protocole dispose de son token, utilisé pour payer ces frais de transaction.

Les réseaux de couche 1 sont les éléments de base de la technologie blockchain. Ils incluent BNB Smart Chain, Ethereum, Bitcoin et Solana, entre autres. Ils sont appelés couche 1 parce qu'ils sont les réseaux principaux formant le fondement de leurs écosystèmes blockchain respectifs. Des solutions hors chaîne et de couche 2 sont construites au-dessus des protocoles de couche 1. 

Scalabilité de la couche 1

La scalabilité des réseaux de couche 1, comme Bitcoin, est souvent limitée par le mécanisme de consensus sous-jacent, à savoir la preuve de travail (Proof of Work, PoW). À mesure que la demande augmente, le PoW présente un défi pour traiter suffisamment de transactions de manière rapide, entraînant des problèmes de scalabilité. Diverses solutions ont été proposées pour augmenter le débit de transactions du réseau afin de lutter contre cela, comme l'augmentation de la taille des blocs et la mise en place du sharding.

Malheureusement, la difficulté pour les réseaux PoW de maintenir la décentralisation et la sécurité entraîne des vitesses de transaction plus lentes et des frais plus élevés lorsque le nombre de transactions est important. Cela se traduit par des temps d'attente prolongés pour la confirmation et des coûts accrus.

Pendant de nombreuses années, le débat a porté sur la meilleure solution de scalabilité pour la technologie blockchain. Les développeurs ont exploré des options de scalabilité de couche 1 telles que le sharding et des solutions hors chaîne. Pour la scalabilité de couche 1, certaines options sont envisagées :

1. Augmenter la taille de chaque bloc pour permettre le traitement de davantage de transactions simultanément.
2. Avec la mise à jour Ethereum 2.0, modifier le mécanisme de consensus deviendrait possible.
3. Mettre en œuvre le sharding, un type de partitionnement des données.

Mettre en œuvre des améliorations de la couche 1 demande beaucoup d'efforts. Malheureusement, tous les utilisateurs d'un réseau ne sont pas forcément d'accord, ce qui peut entraîner une division de la communauté ou même un hard fork, comme l'illustrent les cas de Bitcoin et Bitcoin Cash en 2017.

SegWit

Le SegWit (segregated witness) de Bitcoin est une solution de couche 1 pour la scalabilité qui n'affecte pas la sécurité du réseau. Il a été implémenté via un soft fork, ce qui a permis aux anciens nœuds Bitcoin de continuer à traiter les transactions sans nécessiter de mise à jour. En modifiant la façon dont les données des blocs sont organisées, SegWit a retiré les signatures numériques des entrées de transaction et libéré plus d'espace, augmentant ainsi le débit des transactions de Bitcoin.

Sharding de couche 1

Le sharding de couche 1 est une technique de scalabilité blockchain qui divise les blocs du réseau en partitions plus petites, ou « shards », afin d'améliorer la vitesse de traitement des blocs et le débit des transactions.

Le sharding est une approche de scalabilité très utilisée pour maximiser le débit des transactions. Cette méthode de fragmentation de la base de données est souvent employée pour les registres distribués blockchain. Le réseau et ses nœuds sont fractionnés en plusieurs shards afin d'équilibrer la charge et d'augmenter le nombre de transactions traitées. Chaque shard gère un segment spécifique du réseau, contenant ses transactions, ses nœuds et ses blocs.

Le sharding élimine la nécessité pour chaque nœud de posséder une réplique complète de la blockchain. À la place, chaque nœud met à jour la chaîne principale avec des informations sur ses données locales, comme le solde des adresses et d'autres mesures essentielles.

Couche 1 VS Couche 2

Lorsqu'il s'agit d'améliorations, de nombreuses choses ne peuvent pas être traitées sur la couche 1 du réseau blockchain principal. Cela est dû à des limitations techniques, rendant l'implémentation de certains changements difficile voire impossible. Par exemple, il a fallu plusieurs années à Ethereum pour passer de la preuve de travail à la preuve d'enjeu.

Si un cas d'usage nécessite une application à grande échelle, la faire fonctionner uniquement sur la couche 1, comme un jeu blockchain, n'est pas pratique. Pour que le jeu profite toujours de la sécurité et de la décentralisation de la couche 1, la meilleure option est d'employer une solution de couche 2 construite au-dessus du réseau. Cela réduira les temps de transaction et aidera le jeu à atteindre son potentiel optimal.

Lightning Network

Les solutions de couche 2 utilisent la couche 1 comme fondation pour effectuer des transactions. Un cas célèbre est le Lightning Network. Lorsque le réseau Bitcoin connaît une forte activité, le traitement des transactions peut prendre des heures. Avec le Lightning Network, les utilisateurs peuvent envoyer des paiements en Bitcoin sur une chaîne non principale de façon fluide. Enfin, le résultat est retransmis à la chaîne d'origine, économisant du temps et des ressources. Ainsi, les transactions de chacun sont compilées en un seul rapport.

Exemples de blockchains de couche 1

Une fois que l'on comprend ce qu'est la couche 1, on peut examiner de plus près certaines des nombreuses blockchains de couche 1 disponibles. Elles proposent des usages variés pour des circonstances différentes, montrant qu'il existe des alternatives à Bitcoin et Ethereum. Différents réseaux ont trouvé des solutions au trilemme crypto, qui tourne autour de la décentralisation, de la sécurité et de la scalabilité.

Elrond

Fondé en 2018, Elrond est un réseau blockchain de couche 1 qui exploite le sharding pour augmenter sa scalabilité et ses performances. En utilisant son protocole de consensus Secure Proof of Stake (SPoS) et la technologie Adaptive State Sharding, le réseau Elrond est capable de traiter plus de 100 000 transactions par seconde (TPS).

Adaptive State Sharding permet de maintenir une topologie de réseau équilibrée grâce aux divisions et fusions de shards et à la réaffectation des validateurs en fonction des fluctuations du nombre d'utilisateurs sur le réseau. Toute l'infrastructure blockchain, y compris les enregistrements de transactions, les soldes de comptes et plus encore, est divisée en shards pour offrir de la scalabilité et empêcher les acteurs malveillants de dominer un seul shard.

Le réseau Elrond est la seule blockchain certifiée Carbon Negative, ce qui signifie qu'elle compense plus d'émissions de CO2 qu'elle n'en produit à partir de son mécanisme de consensus Proof of Stake. Le token natif d'Elrond, EGLD, peut être utilisé pour les frais de transaction, le déploiement de DApps et la récompense des utilisateurs participant aux processus de validation du réseau.

Harmony

Harmony est un réseau blockchain de couche 1 utilisant l'Effective Proof of Stake (EPoS). Pour prendre en charge le sharding, il dispose de quatre shards, qui fonctionnent en parallèle pour créer et valider de nouveaux blocs de manière indépendante. Ces shards peuvent opérer à des vitesses différentes, ce qui signifie que leurs hauteurs de bloc respectives peuvent varier.

Harmony mise sur une stratégie de « finance cross-chain » pour attirer développeurs et utilisateurs. Les ponts sans confiance qui le relient à Ethereum et Bitcoin sont au cœur de cette approche, car ils permettent aux utilisateurs d'échanger des tokens en toute sécurité, sans les risques généralement associés à ces ponts. Au centre de la vision de Harmony pour atteindre la scalabilité en Web3 se trouvent les DAO et les preuves à divulgation nulle de connaissance (zero-knowledge proofs).

La trajectoire de la DeFi semble prête pour un potentiel immense, avec des capacités multi-chain et cross-chain en tête. Les services de pontage de Harmony sont très recherchés en raison des possibilités progressistes, notamment autour de l'infrastructure NFT, des outils pour DAO et des ponts inter-protocoles.

Le token natif de Harmony, ONE, peut être utilisé pour payer les frais de transaction du réseau et pour staker dans le mécanisme de consensus et la gouvernance. Les validateurs performants peuvent gagner des récompenses de bloc et des frais de transaction en participant à ces processus.

Celo

Fondé en 2017, Celo est un réseau de couche 1 basé sur Go Ethereum (Geth). Toutefois, ses développeurs ont apporté plusieurs modifications significatives, notamment l'implémentation de la preuve d'enjeu et un système d'adresses différent. La plateforme Celo inclut la DeFi, les NFT et des solutions de paiement, avec plus de cent millions de transactions vérifiées. Sur Celo, n'importe qui peut utiliser un numéro de téléphone ou une adresse e-mail comme clé publique. La blockchain Celo est conçue pour être facilement exploitée sur des ordinateurs ordinaires, rendant le besoin de matériel spécialisé inutile.

Le token principal de Celo est CELO, une monnaie numérique dédiée aux transactions, à la sécurité et aux incitations. Le réseau Celo propose également cUSD, cEUR et cREAL, qui servent de stablecoins. Ils sont générés par les utilisateurs et maintenus stables grâce à un système ressemblant à celui de MakerDAO et son DAI. De plus, les paiements effectués en stablecoins Celo peuvent être réglés en utilisant tout autre actif Celo.

Le système d'adresses de CELO et son stablecoin sont conçus pour rendre les cryptos plus accessibles et favoriser l'adoption. La volatilité rapide des prix des cryptomonnaies et le fait que les utilisateurs novices doivent souvent apprendre le fonctionnement du crypto sont des facteurs décourageants pour de nombreux investisseurs potentiels.

THORChain

THORChain est un réseau de couche 1 propulsé par le Cosmos SDK et le protocole de consensus Tendermint. Il vise à offrir aux investisseurs une plateforme sûre, permissionless et décentralisée pour échanger des actifs entre plusieurs chaînes sans mécanismes de pegging ou de wrapping, qui peuvent introduire des risques.

THORChain est un gestionnaire de coffres décentralisé qui élimine les intermédiaires centralisés et crée une liquidité sécurisée. RUNE, le token natif de THORChain, est utilisé pour payer les frais de transaction et participer à la gouvernance, à la sécurité et aux processus de validation.

La paire de base pour le modèle AMM de THORChain est RUNE, qui peut être utilisée pour échanger d'autres actifs pris en charge. Ce projet rappelle Uniswap, RUNE servant d'actif de règlement et de sécurité pour les pools de liquidité.

Kava

Le réseau Kava est une blockchain de couche 1 qui combine la rapidité et la communication cross-chain de Cosmos avec le fort soutien aux développeurs d'Ethereum. Son architecture inclut une « co-chain », qui crée deux blockchains distinctes : une pour l'Ethereum Virtual Machine et une pour le Cosmos SDK. Le support de l'Inter-Blockchain Communication sur la co-chain de Kava permet aux développeurs de créer des dapps capables de communiquer et de transférer de la valeur entre les environnements Cosmos et Ethereum en toute simplicité.

Le réseau Kava utilise le mécanisme de consensus Tendermint PoS pour obtenir une scalabilité robuste pour les applications sur la co-chain EVM. De plus, le KavaDAO finance des incitations pour les développeurs, ouvertes et on-chain, récompensant les 100 meilleurs projets sur chaque co-chain en fonction de leur utilisation.

Le réseau KAVA possède un token natif, KAVA, et un stablecoin indexé sur le dollar américain, USDX. Les validateurs doivent staker des KAVA et reçoivent une rémunération issue des émissions de KAVA. De plus, les détenteurs de KAVA peuvent déléguer leurs tokens à des validateurs fiables et gagner des récompenses en plus des récompenses d'inflation KAVA. Tous les membres du réseau peuvent voter sur les changements proposés au protocole qui affecteraient les paramètres du réseau. KAVA peut également être utilisé pour payer les frais de transaction.

IoTeX

Fondé en 2017, IoTeX est un réseau de couche 1 spécialisé dans la combinaison de la blockchain et de l'Internet des objets. Cette technologie permet aux utilisateurs de garder le contrôle total des données générées par leurs appareils. En conséquence, ils peuvent créer des « DApps, actifs et services soutenus par des machines » garantissant la propriété sécurisée de leurs informations personnelles.

IoTeX combine matériel et logiciel pour offrir une solution distincte à ceux qui veulent protéger leurs données et leur vie privée sans compromettre l'expérience utilisateur. Ce système s'appelle MachineFi, permettant aux utilisateurs de gagner des actifs numériques via leurs données du monde réel.

IoTeX a lancé deux matériels remarquables – l'Ucam et le Pebble Tracker. L'Ucam est une caméra de sécurité domestique avancée qui peut surveiller votre domicile de n'importe où tout en garantissant la confidentialité. Le Pebble Tracker est un GPS intelligent avec support 4G et une fonctionnalité de suivi. Il enregistre des informations GPS en temps réel et des données environnementales comme la température, l'humidité et la qualité de l'air.

IoTeX intègre une architecture multi-couches incluant divers protocoles de couche deux. Cette architecture fournit de nombreux outils et fonctionnalités permettant aux développeurs de construire des réseaux spécialisés ayant IoTeX comme colonne vertébrale. Ces sous-chaînes distinctes peuvent aussi être interconnectées et partager des données via IoTeX. De plus, les transactions des utilisateurs, le staking, les activités de gouvernance et la validation du réseau sont facilités par le token IOTX.

Conclusion

L'écosystème blockchain actuel se compose de multiples blockchains de couche 1 et de protocoles de couche 2, ce qui peut sembler déroutant au premier abord. Cependant, une fois acquise une compréhension de base des concepts, la structure et la conception deviennent plus claires. Maîtriser ces notions est utile lors de la recherche de nouveaux projets basés sur la blockchain, en particulier ceux axés sur la communicabilité entre réseaux et les échanges atomiques entre chaînes.