Les blockchains sécurisées au cœur du réseau : qu'est ce qu'un Layer 1 ?

Les L1, ou layer 1, les blockchains dites de couche de niveau 1, ne sont qu’une couche parmi les 4 actuellement définies. 

Chacune ayant ses caractéristiques spéciales, les blockchains de niveau 1 sont principalement orientées vers la sécurité.

Cet article est destiné à vous donner une idée des différentes couches de réseaux blockchain et de détailler les caractéristiques et défis rencontrés par les layers 1.

De layer 0 à layer 3, les différentes couches de réseaux pour répondre au trilemme de la blockchain

Depuis l’apparition du livre blanc Bitcoin en 2008, l’innovation des technologies de registre distribué ne faiblit pas. Au contraire, des protocoles inédits apparaissent toutes les semaines afin d’améliorer continuellement cette nouvelle ère du Web 3.

Ce sont les blockchains de layer 1 qui ont fait leur apparition en premier. Bitcoin, Litecoin et Ethereum en sont des exemples. 

Ce n’est que plus tard qu’apparaissent les layers 0, 2 et enfin, les layers 3. Leur but est de répondre à une diversité accrue des besoins. Une blockchain à elle seule ne pourrait jamais tout couvrir du fait du trilemme de la blockchain. Explications.

Le trilemme de la blockchain

Une blockchain sera considérée décentralisée si beaucoup de nœuds participent au réseau. Le nombre de nœuds est important mais également le nombre de contributeurs différents derrière ces nœuds. Nous pouvons également regarder au niveau du nombre de portefeuilles actifs et de la concentration des jetons sur ces portefeuilles. 

La décentralisation joue sur la sécurité du réseau.

Afin d’avoir une blockchain bien sécurisée, la décentralisation n’est pas suffisante. C’est un ensemble de choix de protocoles qui rend une blockchain bien sécurisée. Il faut qu’elle soit par exemple résistante aux attaques Sybil (infection des nœuds) ou aux attaques 51% (accumulation de la puissance de calcul). 

Enfin, la scalabilité est le dernier facteur important. C’est ce qui va déterminer la propension de la blockchain à s’adapter à une activité en hausse. Le nombre de transactions (tps) par secondes et les frais associés sont les éléments à prendre en compte pour l’évaluer.

Une blockchain ne peut pas à la fois être très sécurisée, très scalable et très décentralisée. La spécialisation dans un domaine implique forcément le sacrifice d’un autre.

C’est pourquoi il y a autant de blockchains aujourd’hui, plus ou moins interopérables (compatibles). 

De layer 0 à layer 3, chacun sa spécialité 

Le monde de la blockchain est donc fait de forks : des blockchains dont on a copié le code pour les améliorer (ou pas). Mais ce monde est aussi fait de sidechains, d’écosystèmes, de parachains, de rollups, etc. Ces blockchains sont réparties en couches (layers). Les voici :

Au niveau 0, nous retrouvons les écosystèmes complets. Ce sont des écosystèmes qui permettent aux développeurs de créer des blockchains entières directement sur le réseau. Ces blockchains ont pour avantages d’être nativement interopérables entre elles, et donc de mieux communiquer.

Ainsi, il est possible de créer ce qu’on appelle des parachains sur Polkadot, qui sont sécurisées par la chaîne relai, la chaîne principale, Polkadot elle-même.

Cosmos et Avalanche offrent les mêmes possibilités.

Au niveau 1, nous retrouvons les blockchains historiques et la plupart des protocoles existants. C’est à ce niveau là que nous voyons le plus de modèles de consensus différents. Nous pouvons citer les plus connus : le Proof of Work (PoW), le Proof of Stake (PoS), et le Proof of Authority (PoA) mais de nombreux existent: le Proof of History (PoH), le Delegated Proof of Stake (dPoS), Proof of Elapsed Time (PoET), Proof of Burn (PoB), etc.

Nous détaillons les limites et avantages des layers 1 dans le paragraphe suivant.

Les niveaux 2 et 3 sont ceux qui représentent la plus forte croissance du moment. Ce sont des blockchains à utilisation spécifique. Les blockchains de niveau 2 proposent généralement des transactions très rapides avec peu de frais. Au niveau 3 on trouve par exemple des jeux qui fonctionnent sur les blockchains de niveau 2. 

La plupart de ces blockchains sont modulaires car elles ont besoin les unes des autres pour exister, chacune apportant un bénéfice supplémentaire. D’où le terme “multi-chain”. 

Les limites (et avantages) des blockchains de Layer 1

Nous l’avons vu, les blockchains de Layer 1 sont souvent confrontées à des problèmes de scalabilité. Plus le nombre de transactions augmente, plus elles sont coûteuses et lentes.

Plusieurs solutions ont été explorées afin d’améliorer l’évolutivité des blockchains de L1. Les voici.

Augmentation de la taille des blocs

C’est un débat qui revient très fréquemment et qui était déjà présent dans les premières années de Bitcoin. 

Faut-il augmenter la taille des blocs pour faire passer plus de transactions ?

Les partisans des petits blocs mettent en avant la sécurité et les besoins de décentralisation des réseaux. Avec des petits blocs, les exigences matérielles sont moins élevées, et permettent à plus d’acteurs de participer au réseau. Cela rend également la blockchain plus difficile à attaquer. 

Les gros blocs font passer plus de transactions, mais diminuent la sécurité du réseau.

Oublier le PoW

Bitcoin ne le fera jamais, Ethereum a franchi le pas.

Le modèle de consensus Proof Of Work, souvent utilisé dans les protocoles de Layer 1, est un modèle lent, peu scalable, mais le plus sécurisé et éprouvé. 

Un modèle en PoS sera bien plus rapide, mais testé sur du moins long terme. Nous ne rentrerons pas dans le débat maintenant de quel modèle de consensus est le plus décentralisé, car il y a trop de facteurs à prendre en compte. 

Pour deux chaînes de la même échelle, le PoW sera toujours plus sécurisé.

Sharding et Lightening

Sharding : partitionnement des données de la blockchain, les répartissant entre plusieurs nœuds, ceux-ci ne stockant qu’une partie de la blockchain. Le traitement des transactions est en conséquence plus rapide. Le sharding est utilisé sur Ethereum.

Lightening : Le Lightning est une solution de L2 et diffère du sharding. Cette fois-ci, un canal de paiement est créé spécialement entre 2 utilisateurs ce qui permet de faire des transactions instantanées. Au lieu d’être envoyées sur le réseau blockchain, les utilisateurs échangent dans ce canal de paiement. Dans ce cas là, les transactions sont dîtes off-chain car elles n’ont pas lieu sur la blockchain principale.

Une fois le canal fermé, les transactions finales sont réglées sur la blockchain. 

Bitcoin utilise le protocole Lightning pour ses transactions rapides car, rappelons- le, une transaction habituelle peut prendre 30 minutes voire 1 heure en cas de congestion du réseau.

Ajouter des couches

Nous l’avons vu, l’avenir est modulaire et multi-chain.

Une blockchain ne peut répondre à tous les besoins. En revanche, elles sont très efficaces quand elles fonctionnent ensemble.

Quand on utilise une technologie, le plus important est de pouvoir se fier à sa sécurité. Il est très bénéfique d’avoir une chaîne de niveau 1 en support pour assurer la sécurité, et des couches supplémentaires spécifiques pour chaque utilisation. 

Quelques exemples de chaînes de layer 1

Les blockchains suivantes sont des layers 1 :

Bitcoin (BTC)

Bitcoin n’a plus besoin d’être présenté, c’est une blockchain décentralisée et sécurisée. Plusieurs solutions de scalabilité existent, comme celle que nous avons décrit dans le paragraphe précédent.

Ethereum (ETH)

Ethereum est une très bonne solution de L1, les transactions sont plus rapides que sur Bitcoin, le réseau est décentralisé. C’est un terrain de jeu très apprécié des développeurs. C’est d’ailleurs la blockchain qui possède le plus de jetons et de blockchains attachées à son écosystème.

Le problème majeur d’Ethereum réside dans les frais de réseaux. Il peut être (souvent) très coûteux de faire une transaction sur Ethereum. C’est pourquoi une grande quantité de protocoles (comme Arbitrum et Optimism) ont décidé d’en devenir des rollups. 

Les transactions sont plus rapides et moins coûteuses sur Arbitrum et Optimism. Étant des rollups, elles regroupent les transactions et de les faire valider en une seule transaction finale sur Ethereum. Ainsi, les transactions sont finalisées totalement par la blockchain sécurisée Ethereum, mais à prix réduit.

Polygon

Polygon possède son propre écosystème, mais reste fortement interconnectée avec Ethereum. Elle est cependant souvent confondue avec une solution de Layer 2. 

Polygon fonctionne comme une chaîne parallèle à Ethereum, offrant des frais de transaction très bas et des temps de confirmation rapides. Polygon permet de créer des dApps, des jetons et des solutions DeFi tout en restant compatible avec Ethereum. 

En outre, Polygon apporte des solutions de zk-EVM, des blockchains compatibles Ethereum avec une technologie de confidentialité intégrée. Cette technologie peut aussi être utilisée comme les rollups, en solution de scalabilité accrue.

Bitcoin et Ethereum, en tant que niveau 1, sont des piliers de la sécurité dans l’écosystème blockchain. Cependant, les limites de scalabilité et de coûts liées à ces blockchains de layer 1 ont encouragé l’émergence de solutions complémentaires comme le sharding et les rollups. L’avenir de la blockchain est modulaire et multi-chain, chaque niveau apportant ses propres avantages. Lorsque l’on choisit une solution de niveau 2, il est crucial d’examiner la ou les blockchain(s) de niveau 1 sous-jacente. La sécurité et la fiabilité de ces couches sont essentielles au bon fonctionnement des couches supérieures. C’est un élément qui doit être décisif lors de votre DYOR !