Comment la blockchain gère-t-elle l'évolutivité?

L'évolutivité de la blockchain reste un défi critique, avec des solutions de couche 1 et de couche 2 comme le fragment, les rouleaux et les échecs offrant des compromis entre la vitesse, la sécurité et la décentralisation.

Aug 02, 2025 at 02:58 pm

Comprendre les défis de l'évolutivité de la blockchain

L'évolutivité de la blockchain fait référence à la capacité d'un réseau à gérer un volume croissant de transactions sans compromettre la vitesse, le coût ou la sécurité. À mesure que de plus en plus d'utilisateurs rejoignent un réseau de blockchain, le nombre de transactions augmente, conduisant à la congestion. Cette congestion peut entraîner une augmentation des frais de transaction et des temps de confirmation plus longs . Par exemple, pendant les périodes de forte demande, le réseau Bitcoin a connu des retards de transaction de plusieurs heures, les frais augmentant fortement. De même, le réseau Ethereum a été confronté à la congestion lors d'événements populaires de frappe NFT. Le problème central réside dans la nature décentralisée des blockchains: chaque nœud doit valider et enregistrer chaque transaction, ce qui limite intrinsèquement le débit.

Solutions de couche 1: améliorer le protocole de base

Les solutions de couche 1 impliquent la modification du protocole de blockchain fondamental pour améliorer directement l'évolutivité. Une méthode proéminente est le fragment , qui divise le réseau en partitions plus petites appelées fragments. Chaque fragment traite ses propres transactions et contrats intelligents, réduisant la charge sur les nœuds individuels. La feuille de route d'Ethereum comprend la rupture comme mise à niveau clé , visant à augmenter considérablement la capacité de transaction. Une autre approche de la couche 1 est l'augmentation de la taille du bloc , utilisé par des réseaux comme Bitcoin Cash . En augmentant la taille du bloc de 1 Mo à 32 Mo, plus de transactions peuvent être incluses par bloc. Cependant, les blocs plus grands nécessitent plus de stockage et de bande passante, potentiellement de centraliser le fonctionnement du nœud. Les mises à niveau du mécanisme de consensus jouent également un rôle. La transition d'Ethereum de la preuve de travail (POW) à la preuve de la participation (POS) réduit la consommation d'énergie et permet une finalité de blocage plus rapide, soutenant indirectement l'évolutivité.

Solutions de couche 2: construction au-dessus de la chaîne de base

Les solutions de couche 2 fonctionnent au-dessus de la blockchain existante pour traiter les transactions hors chaîne, puis régler les résultats sur la chaîne principale. Ces solutions maintiennent la sécurité tout en améliorant considérablement le débit. Une technologie de couche 2 largement adoptée est le réseau Lightning pour Bitcoin. Il permet des paiements instantanés et à faible coût en créant des canaux de paiement entre les utilisateurs. Les transactions au sein du canal ne sont pas diffusées à la chaîne principale tant que le canal n'est fermé. Ethereum utilise les Rollups comme stratégie principale de couche 2. Les rouleaux optimistes supposent que les transactions sont valides par défaut et ne les vérifient que si elles sont contestées, tandis que ZK-Rollups utilise des preuves de connaissances zéro pour valider les lots de transactions hors chaîne avant de les publier sur Ethereum. Les deux méthodes réduisent la charge de données sur la chaîne, permettant à Ethereum de traiter des milliers de transactions par seconde.

Canaux d'État et échecs: modèles alternatifs hors chaîne

Les canaux d'état et les effectifs offrent des voies supplémentaires à l'évolutivité. Les canaux d'État permettent aux participants de mener plusieurs interactions hors chaîne, avec seulement l'état final enregistré sur la blockchain. Ce modèle est utilisé dans des projets comme Raiden Network pour Ethereum. Contrairement aux canaux de paiement, les canaux d'État prennent en charge les interactions complexes de contrats intelligents. Les échelons sont des blockchains indépendants qui sont parallèles à la chaîne principale et sont connectés via un pont bidirectionnel. Ils utilisent leurs propres mécanismes consensus et peuvent traiter les transactions plus rapidement et moins chères. La chaîne POLYGON POS est un exemple notable, permettant aux développeurs de construire des DAPP évolutifs tout en maintenant la compatibilité avec Ethereum. Cependant, les échelons peuvent offrir une sécurité réduite par rapport à la chaîne principale, car ils s'appuient sur leurs propres ensembles de validateurs.

Techniques de disponibilité des données et de compression

La gestion efficace des données est cruciale pour l'évolutivité. La disponibilité des données garantit que tous les participants peuvent accéder aux données de transaction nécessaires pour vérifier la chaîne. Sans cela, les solutions hors chaîne pourraient devenir opaques ou vulnérables. Les techniques de compression des données réduisent la taille des données de transaction stockées sur chaîne. Par exemple, EIP-4844 (proto-danksharding) introduit des Blobs - des conteneurs de données élargis qui détiennent les données de transaction sur la couche d'exécution principale mais sont toujours sécurisés par le consensus d'Ethereum. Cela permet aux rouleaux de publier des données moins chères et de réduire les frais. Les arbres Merkle clairsemés et le codage d'effacement sont utilisés pour vérifier l'intégrité des données sans télécharger l'ensemble de données. Ces innovations permettent un débit plus élevé tout en préservant la décentralisation et la sécurité.

Optimisations au niveau du réseau et améliorations entre pairs

Au-delà des stratégies de protocole et de superposition, les optimisations au niveau du réseau contribuent à l'évolutivité. Les améliorations du protocole de potins améliorent la façon dont les nœuds propagent les transactions et les blocs sur le réseau. Une propagation plus rapide réduit les risques de fourchettes et augmente le débit efficace. Les techniques de relais de bloc compact , telles que Bip 152 dans Bitcoin, minimisent l'utilisation de la bande passante en n'envoyant que des identificateurs de transaction au lieu de données complètes, en reconstruisant les pièces manquantes des pools de mémoire. L'élagage du nœud permet aux nœuds de jeter les anciennes données de transaction tout en validant de nouveaux blocs, en réduisant les exigences de stockage et en permettant à plus de participants d'exécuter des nœuds complets. De plus, les algorithmes de sélection des pairs hiérarchisent les connexions avec des nœuds à large bande passante, améliorant la vitesse de synchronisation et la résilience du réseau.

Questions fréquemment posées

Quelle est la différence entre la mise à l'échelle en chaîne et hors chaîne?

La mise à l'échelle en chaîne modifie le protocole de base de la blockchain - tels que l'augmentation de la taille du bloc ou la mise en œuvre de la rupture - pour gérer plus de transactions directement sur la chaîne principale. La mise à l'échelle hors chaîne, en revanche, déplace le traitement des transactions en dehors de la chaîne principale à l'aide de solutions telles que les canaux d'état , les rollups ou les échecs , puis règle le résultat final sur la chaîne. Les méthodes hors chaîne réduisent la congestion et les frais tout en tirant parti de la sécurité de la chaîne principale.

Comment les rouleaux garantissent-ils la sécurité lors du traitement des transactions hors chaîne?

Les Rollups maintiennent la sécurité en publiant des données de transaction ou des preuves à la chaîne principale. Les rouleaux optimistes utilisent un mécanisme d'inclinaison de fraude: n'importe qui peut contester une transaction dans un délai de litige, et si une fraude est détectée, un état correct est appliqué. ZK-Rollups utilise des preuves cryptographiques à connaissances zéro qui prouvent mathématiquement la validité d'un lot de transactions avant d'être acceptées. Les deux dépendent du consensus de la chaîne principale pour la finalité et la disponibilité des données.

La rupture peut-elle compromettre la sécurité de la blockchain?

Sharding peut introduire de nouveaux vecteurs d'attaque, tels qu'un seul fragment étant ciblé par des acteurs malveillants s'il a moins de validateurs. Pour atténuer cela, les réseaux utilisent des protocoles de communication de validateur aléatoire et de communication croisée . Ethereum prévoit de mettre en œuvre des fonctions aléatoires vérifiables (VRF) pour attribuer au hasard des validateurs aux éclats, ce qui le rend illustré par le calcul pour que les attaquants concentrent la puissance en un seul éclat.

Pourquoi les échecs sont-ils considérés comme moins sécurisés que les rouleaux de couche 2?

Les effectifs fonctionnent avec des mécanismes de consensus indépendants et des ensembles de validateurs, ce qui signifie qu'ils n'héritent pas de la sécurité de la chaîne principale. Si une chaîne Sidechain a moins de validateurs, il devient plus vulnérable à 51% d'attaques . En revanche, les rouleaux de couche 2 publient des données ou des preuves à la chaîne principale, en s'appuyant sur son consensus robuste pour la finalité et le règlement des différends, offrant ainsi des garanties de sécurité plus fortes.