Pourquoi l'évolutivité de la blockchain est-elle un problème?

Comprendre l'évolutivité de la blockchain

L'évolutivité de la blockchain fait référence à la capacité d'un réseau à gérer un nombre croissant de transactions sans compromettre les performances. Alors que les blockchains comme Bitcoin et Ethereum augmentent en popularité, le volume des transactions qu'ils doivent traiter augmente considérablement. Cependant, de nombreuses chaînes de blocs n'ont pas été conçues à l'origine pour prendre en charge des milliers de transactions par seconde (TPS), ce qui crée des goulots d'étranglement. L'architecture centrale de la plupart des registres décentralisés limite la vitesse à laquelle les données peuvent être validées et ajoutées à la chaîne. Cette contrainte devient apparente lorsque la congestion du réseau se produit, entraînant une augmentation des frais de transaction et des temps de confirmation plus longs .

Taille des blocs et limites de temps de bloc

L'une des principales raisons techniques pour les raisons de la blockchain est problématique dans la conception de la taille du bloc et du temps de bloc . Dans Bitcoin, par exemple, chaque bloc est limité à 1 Mo (légèrement augmenté avec SEGWIT), et un nouveau bloc est généré environ toutes les 10 minutes . Cela signifie que le réseau ne peut traiter qu'un nombre fini de transactions par bloc. Si plus de transactions sont soumises, elles peuvent s'adapter, ils font la queue, en attendant le prochain bloc disponible. Ce backlog a un impact direct sur l'expérience utilisateur. Ethereum s'est amélioré avec cela avec des temps de bloc plus courts (environ 12 à 14 secondes ) et une taille de bloc dynamique, mais il fait toujours face à la congestion pendant la demande de pointe, comme pendant les menthes NFT ou les lancements Defi.

Décentralisation vs compromis de performance

Un défi fondamental dans l'évolutivité de la blockchain est le compromis entre la décentralisation et la performance . Pour maintenir la décentralisation, les blockchains reposent sur un grand nombre de nœuds répartis à travers le monde pour valider et stocker les données de transaction. Cependant, l'augmentation du débit - comme en augmentant la taille du bloc ou en réduisant le temps de bloc - peut rendre plus difficile pour les nœuds individuels de suivre. Les blocs plus grands nécessitent plus de bande passante et de stockage, ce qui peut exclure les petits participants de l'exécution de nœuds complets. Cela centralise le contrôle, car seules les entités bien ressourcés peuvent se permettre l'infrastructure. Ainsi, les efforts pour évoluer doivent équilibrer la vitesse avec le principe du consensus distribué .

Contraintes de mécanisme consensuel

Le mécanisme consensuel utilisé par une blockchain affecte considérablement son évolutivité. La preuve de travail (POW), utilisée par Bitcoin, est intrinsèquement lente car elle oblige les mineurs à résoudre des puzzles cryptographiques complexes. Ce processus consomme une puissance et un temps de calcul significatifs, limitant le débit des transactions. Bien que la preuve de la participation (POS) , telle que mise en œuvre dans Ethereum 2.0, réduit la consommation d'énergie et permet une finalité plus rapide, il est toujours confronté à des défis pour atteindre des TP élevés sans compromettre la sécurité ou la décentralisation. Même dans les systèmes POS, les validateurs doivent communiquer et convenir sur les blocs, qui introduisent la latence. Des modèles de consensus alternatifs tels que la preuve déléguée de la participation (DPO) ou les variantes de tolérance aux défauts byzantines (BFT) tentent d'améliorer la vitesse, mais souvent au prix de la réduction de la participation au nœud.

Couche 1 vs solutions de mise à l'échelle de la couche 2

Pour résoudre l'évolutivité, les développeurs ont introduit les solutions de couche 1 et de couche 2 . La couche 1 fait référence aux modifications apportées directement au protocole de la blockchain de base. Les exemples incluent la rupture , où la base de données est divisée en pièces plus petites et gérables (éclats), chacune capable de traiter ses propres transactions et contrats intelligents. La mise à niveau de Sharding prévue d'Ethereum vise à augmenter le débit en permettant un traitement parallèle. Une autre approche de la couche 1 augmente la taille du bloc, bien que cela risque de centraliser.

Les solutions de couche 2 fonctionnent au-dessus de la blockchain existante. Ceux-ci incluent:

• Canaux d'état , où les utilisateurs effectuent plusieurs transactions hors chaîne et ne réglent que l'état final en chaîne
• Rollups , qui regroupent de nombreuses transactions hors chain et publient une preuve cryptographique à la chaîne principale
• Sidechains , blockchains indépendants liés à la chaîne principale via un pont bidirectionnel

Les rouleaux optimistes et les rollups ZK sont des exemples proéminents, avec ZK-Rollups offrant une finalité plus rapide à travers des preuves de connaissances zéro. Ces solutions réduisent considérablement la charge sur la chaîne, permettant un débit plus élevé tout en héritant de la sécurité de la blockchain sous-jacente.

Congestion du réseau et expérience utilisateur

Lorsqu'une blockchain ne peut pas évoluer efficacement, les utilisateurs sont confrontés à des conséquences réelles. Pendant les périodes de forte demande, comme les cryptokitties augmentent sur Ethereum en 2017 ou les principales baisses du NFT - la congestion de la réduction entraîne des frais de transaction (frais de gaz) . Ce qui pourrait normalement coûter quelques dollars peut atteindre des dizaines, voire des centaines de dollars. Cela rend les petites transactions économiquement non viables et décourage une utilisation quotidienne. De plus, les retards de confirmation des transactions peuvent durer des minutes ou même des heures, sapant l'utilité de la blockchain pour les applications sensibles au temps comme les paiements ou les jeux. Ces problèmes d'utilisation entravent l'adoption traditionnelle et exposent les limites de l'infrastructure actuelle.

Implications de sécurité des tentatives d'échelle

Les efforts pour mettre à l'échelle des blockchains peuvent introduire de nouveaux risques de sécurité. Par exemple, la réduction du temps de blocs trop peut augmenter le taux de blocs orphelins (blocs valides jetés car un autre bloc a été accepté en premier), affaiblissant la stabilité du réseau. Le fragment, bien que prometteur, introduit la complexité dans la communication croisée et augmente la surface d'attaque. Si un fragment est compromis, il pourrait potentiellement affecter l'ensemble du réseau. De même, les solutions de couche 2 reposent sur la chaîne principale pour la finalité, mais si le pont entre les couches est mal conçu, il devient un seul point de défaillance . Plusieurs hacks de haut niveau ont ciblé des ponts transversales , entraînant des pertes de centaines de millions de dollars.

Questions fréquemment posées

L'évolutivité fait référence à la capacité d'une blockchain à croître et à gérer une demande accrue au fil du temps, tandis que le débit mesure le nombre réel de transactions traitées par seconde. Un réseau peut avoir un débit élevé sous une faible charge mais manque d'évolutivité s'il ne peut pas maintenir les performances à mesure que l'utilisation augmente.

L'augmentation de la taille des blocs peut-elle résoudre l'évolutivité en permanence? Non. Bien que les blocs plus grands permettent plus de transactions par bloc, ils augmentent également les exigences de stockage et de bande passante pour les nœuds. Cela peut conduire à la centralisation, car seules les entités puissantes peuvent exécuter des nœuds complets, sapant la nature décentralisée de la blockchain.

Pourquoi toutes les blockchains ne peuvent-elles pas utiliser de rouleaux pour la mise à l'échelle? Les Rollups nécessitent des capacités de contrat intelligent et une couche de base sécurisée pour publier des preuves. Des blockchains comme Bitcoin, qui ont une fonctionnalité de script limitée, ne peuvent pas supporter nativement les systèmes de rouleaux complexes sans améliorations de protocole significatives.

En quoi la rupture et les rouleaux diffèrent-ils dans l'approche? Sharding partage la blockchain en chaînes parallèles (éclats) qui traitent les transactions indépendamment, améliorant la capacité de chaîne. Les transactions de traitement des Rollups sont hors chaîne et soumettent des données compressées à la chaîne principale, réduisant la charge sur chaîne sans modifier la structure de base.