Une blockchain est une technologie de registre distribué qui sécurise, enregistre, et maintient les informations de manière transparente et immuable sans nécessiter une autorité centrale. Un registre distribué est un système de stockage et de gestion de données qui est partagé, synchronisé et accessible par différents sites ou participants, sans autorité centrale contrôlant l'ensemble du réseau.
Visualisez la blockchain comme un grand livre comptable où chaque page représente un bloc de transactions. Chaque bloc complété est lié au précédent, formant une chaîne continue. Cette structure rend la modification des transactions extrêmement difficile une fois qu’elles sont inscrites. Les blockchains sont maintenues par un réseau d'ordinateurs, ou nœuds, qui valident les transactions via des mécanismes de consensus tels que la preuve de travail, qui permet de résoudre des problèmes cryptographiques ou la preuve d'enjeu, qui sélectionne des validateurs en fonction de leur participation monétaire.
Les Layer 2 sont des solutions technologiques conçues pour améliorer l'efficacité des blockchains de base, ou Layer 1, telles que Bitcoin ou Ethereum, sans compromettre leur sécurité. En traitant les transactions en dehors de la blockchain principale, les Layer 2 permettent de gérer un plus grand nombre de transactions de façon plus rapide et économique. Ils déchargent ainsi la blockchain Layer 1 en finalisant périodiquement les résultats sur celle-ci, ce qui améliore considérablement sa capacité à traiter des transactions et sa scalabilité tout en conservant les avantages de sécurité et de décentralisation de la blockchain originale.
Les Layer 2 sont des solutions essentielles dans le développement des technologies blockchain, développées pour répondre aux limitations des Layer 1, ou couches 1. Ces limitations sont souvent décrites à travers le « trilemme de la blockchain », qui souligne les défis à atteindre simultanément trois objectifs clés : la scalabilité, la sécurité et la décentralisation. Voici une explication plus approfondie de ces enjeux et comment ils justifient le besoin de solutions Layer 2.
Scalabilité : Les blockchains Layer 1 comme Bitcoin et Ethereum peuvent traiter un nombre limité de transactions par seconde. Par exemple, Bitcoin peut gérer environ 7 transactions par seconde et Ethereum environ 15 à 30. Cette limitation crée des goulets d'étranglement lorsque la demande augmente, entraînant des retards et une augmentation des coûts de transaction. Pour une adoption massive, les blockchains doivent pouvoir traiter des volumes de transactions comparables à ceux des systèmes de paiement traditionnels comme Visa, qui peut gérer des milliers de transactions par seconde.
Sécurité : Bien que les Layer 1 soient généralement très sécurisés grâce à leurs mécanismes de consensus robustes, l'augmentation de la capacité de traitement ne doit pas compromettre cette sécurité. Les modifications visant à augmenter la scalabilité, comme l'augmentation de la taille des blocs ou la réduction du temps entre les blocs, peuvent exposer la blockchain à de nouveaux risques de sécurité, comme des attaques de double dépense ou des problèmes de centralisation accrue.
Décentralisation : Une des propriétés fondamentales de la blockchain est la décentralisation, qui permet d'éviter le contrôle par une entité unique et contribue à la sécurité et à la transparence. Cependant, augmenter la scalabilité en centralisant certaines parties du processus (par exemple, par des nœuds de validation plus grands ou plus puissants) peut menacer cet aspect, en plaçant trop de pouvoir entre les mains de quelques acteurs.
Pour surmonter ces défis, les solutions Layer 2 ont été conçues pour opérer "au-dessus" des blockchains Layer 1, en traitant les transactions de manière plus efficace sans altérer la structure sous-jacente ou ses propriétés de sécurité et de décentralisation. Voici quelques méthodes par lesquelles les Layer 2 améliorent la scalabilité :
Les principaux Layer 2 en vogue actuellement sont les Zk-rollups et les Optimistic rollups. Pour comprendre la différence entre ces 2 concepts, on peut les comparer à deux méthodes différentes de vérification de la sécurité et de l'exactitude des transactions sur une blockchain. Voici une explication simplifiée avec des exemples pour rendre le concept plus accessible.
Imaginez que vous soyez à l'école et que vous rendiez un devoir. Dans le système des optimistic rollups, l'enseignant suppose que chaque devoir rendu est correct. Il ne les lit pas immédiatement. Cependant, il offre une récompense à tout autre élève qui trouverait une erreur dans les devoirs des camarades. Si personne ne signale d'erreur dans un délai déterminé, le devoir est considéré comme correct. Si une erreur est trouvée, elle est corrigée, et l'élève fautif peut être pénalisé.
Plus rapide initialement, car il n'y a pas de vérification détaillée immédiate.
Moins coûteux en ressources au début.
Si une erreur est signalée, le processus de résolution peut être long et complexe.
Nécessite un système de pénalités pour dissuader les comportements frauduleux.
Exemples : Optimism, Arbitrum.
En utilisant le même exemple scolaire, imaginez maintenant que chaque élève, en rendant son devoir, doit aussi fournir une "preuve cryptographique" que leur devoir est correct sans révéler les détails de leurs réponses. L'enseignant utilise cette preuve pour vérifier rapidement l'exactitude du devoir sans avoir besoin de le lire en entier. Cela garantit que les devoirs sont vérifiés immédiatement et avec précision.
Sécurité élevée, car chaque transaction est accompagnée par une preuve de validité.
Pas besoin d'attendre un délai pour la vérification, réduisant ainsi les délais de traitement.
Plus complexe et coûteux à mettre en œuvre initialement car il nécessite des calculs cryptographiques avancés.
La création des preuves peut être gourmande en ressources computationnelles.
Exemples : zkSync, Loopring.
Les optimistic rollups supposent que tout est correct sauf preuve du contraire, nécessitant moins de ressources initialement, mais avec un risque de contestations futures. Les zk-rollups, en revanche, fournissent une preuve immédiate et indiscutable de la validité des transactions, offrant une sécurité plus élevée au prix d'une plus grande complexité initiale. Ces deux technologies sont des moyens d'augmenter la capacité et la rapidité des blockchains tout en assurant leur sécurité.
Imaginez que vous avez un secret, et vous voulez prouver à quelqu'un que vous le connaissez sans révéler le secret lui-même. C'est l'idée de base derrière ce que nous appelons dans le monde de la cryptographie une "preuve à divulgation nulle de connaissance" (Zero-Knowledge Proof, ZKP).
Les termes « zk-SNARK » et « zk-STARK » font référence à deux types de technologies de preuve à connaissance zéro, qui sont des méthodes cryptographiques permettant à une partie de prouver à une autre qu'une affirmation est vraie, sans révéler d'autres informations à part la véracité de l'affirmation. Les deux ont des utilisations importantes dans les domaines de la confidentialité des données et de la scalabilité des blockchains, notamment dans les solutions Layer 2 comme les zk-rollups.
Le diagramme que vous voyez catégorise différents types de ces « preuves » qui permettent de vérifier des informations sans les divulguer.
Système de preuve : C'est le grand cercle qui englobe toutes les méthodes possibles pour prouver quelque chose en cryptographie.
ZKP (Preuve à divulgation nulle de connaissance) : C'est une méthode très spéciale qui vous permet de prouver que vous savez quelque chose sans révéler ce « quelque chose ». C'est représenté par la zone bleue dans le schéma.
SNARK et STARK : Ce sont deux techniques différentes pour créer des ZKP
zkSNARK (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge)
Les zk-SNARK, caractérisés par leur capacité à produire des preuves très courtes et légères en termes de données, améliorent significativement l'efficacité des systèmes de blockchain en optimisant l'espace et la vitesse de vérification, tout en préservant la confidentialité.
Ces preuves sont non-interactives, ce qui permet de les vérifier sans nécessiter d'échange entre le prouveur et le vérificateur après leur création. Cependant, leur mise en œuvre exige un "setup de confiance" initial au cours duquel une cérémonie génère des paramètres cryptographiques essentiels. La sécurité de tout le système pourrait être compromise si les secrets employés durant cette cérémonie sont divulgués.
Les zk-SNARK sont notamment utilisés dans des projets comme Zcash pour les transactions privées et dans diverses solutions zk-rollup pour améliorer l'évolutivité d'Ethereum.
zk-STARK (Zero-Knowledge Scalable Transparent Arguments of Knowledge)
Les zk-STARK, tout comme les zk-SNARK, génèrent des preuves à connaissance zéro, bien que celles-ci tendent à être plus volumineuses, affectant ainsi la gestion et le stockage des données.
Ces protocoles sont non-interactifs et n'exigent pas de setup de confiance, ce qui supprime les risques de sécurité liés à un setup compromis en s'appuyant sur des fonctions de hachage cryptographiques au lieu des paires de bases elliptiques.
Les zk-STARK sont conçus pour résister aux attaques par ordinateur quantique, renforçant leur durabilité en matière de sécurité pour un usage à long terme, particulièrement dans des contextes où la transparence et la sécurité sont prioritaires, même si cela implique des preuves de taille supérieure.
La principale différence entre les zk-SNARK et les zk-STARK réside dans la nécessité ou non d'un setup de confiance et dans leur résistance aux menaces potentielles posées par la technologie quantique. Les zk-STARK offrent une approche plus robuste et transparente, tandis que les zk-SNARK sont souvent privilégiés pour leur efficacité et leur petite taille de preuve.
L'étoile entre les zkSNARK et zkSTARK pourrait indiquer un point où les chercheurs essaient de combiner le meilleur des deux mondes : la rapidité des SNARK et la transparence des STARK.
Les solutions Layer 2 se révèlent être d'une importance capitale pour l'avenir et l'adoption généralisée des cryptomonnaies. En effet, ces technologies offrent une réponse ingénieuse et efficace aux limitations inhérentes aux blockchains de première couche, ou Layer 1, notamment en termes de scalabilité, sécurité et coût. En permettant un traitement rapide et économique des transactions hors de la chaîne principale, les Layer 2 non seulement optimisent l'efficacité sans compromettre la sécurité des données, mais ouvrent également la porte à une adoption plus large des technologies blockchain dans la vie quotidienne et dans divers secteurs économiques.
De plus, avec l'évolution constante des technologies telles que les zk-rollups et les solutions de canaux de paiement, les Layer 2 continuent de repousser les frontières de ce qui est possible dans l'écosystème des cryptomonnaies. Ils ne facilitent pas seulement des transactions plus rapides et moins coûteuses mais renforcent également la sécurité et la décentralisation, éléments fondamentaux de la philosophie blockchain.
Ainsi, en tant que pierres angulaires de l'évolution blockchain, les solutions Layer 2 ne sont pas seulement des compléments aux blockchains existantes, mais des éléments essentiels qui façonneront l'avenir de la finance décentralisée et de la numérisation des échanges mondiaux. Leur rôle est crucial pour que la technologie blockchain atteigne son plein potentiel et devienne une infrastructure mondiale incontournable. Cela indique clairement que l'avenir des cryptomonnaies sera fortement influencé par le développement et l'implémentation réussie de ces technologies innovantes.
