Comment Bitcoin gère-t-il les problèmes d'évolutivité?

Comprendre le défi de l'évolutivité de Bitcoin

La conception de Bitcoin priorise la décentralisation, la sécurité et l'immuabilité, mais ces principes sont livrés avec des compromis, en particulier dans le débit des transactions . La couche de base de Bitcoin, connue sous le nom de blockchain Bitcoin , est limitée par sa taille de bloc et son temps de bloc. Chaque bloc est plafonné à 1 mégaoctet (MB) et est exploité environ toutes les 10 minutes . Cette contrainte limite le réseau à traiter environ 7 transactions par seconde (TPS) . En revanche, les systèmes de paiement traditionnels comme Visa peuvent gérer des milliers de transactions par seconde. À mesure que la demande de transactions Bitcoin augmente, cette limitation conduit à la congestion du réseau , aux frais plus élevés et aux temps de confirmation plus longs. Ces problèmes sont au cœur de ce que l'on appelle le trilemme d'évolutivité , où l'amélioration de l'évolutivité risque souvent de compromettre la décentralisation ou la sécurité.

Témoin séparé (SEGWIT): une mise à niveau de la couche

L'une des améliorations les plus significatives de l'évolutivité de Bitcoin est venue avec l'activation du témoin séparé (SEGWIT) en août 2017. SEGWIT a abordé l'évolutivité en modifiant la structure des transactions Bitcoin. Il le fait en séparant (ou en séparant) les données de signature (données des témoins) des principales données de transaction. Ce changement augmente effectivement le nombre de transactions qui peuvent s'intégrer dans un seul bloc sans augmenter la limite de taille du bloc. Le mécanisme clé est que les données des témoins sont comptées à un poids inférieur dans le nouveau système de poids de bloc introduit par SEGWIT, permettant aux blocs de contenir plus de données de transaction tout en restant dans la limite unitaire de 4 millions de poids (équivalent à environ 4 Mo en pratique). Les avantages de Segwit comprennent:

• Capacité de transaction accrue par bloc
• Frais de transaction réduits en raison d'une utilisation plus efficace de l'espace en blocs
• Fixation des transactions Malléabilité , qui était une condition préalable au réseau Lightning
• Permettant une utilisation plus efficace de l'espace de blocs grâce à un meilleur codage de signature

Les utilisateurs et les portefeuilles doivent prendre en charge SEGWIT pour profiter de ces améliorations. Les transactions envoyées à partir d'adresses compatibles SEGWIT (en commençant par «BC1» ou «3») bénéficient de frais inférieurs et de confirmations plus rapides.

Réseau Lightning: Solution d'échelle hors chaîne

Le réseau Lightning est un protocole de couche-deux construit au-dessus de Bitcoin qui permet des transactions rapides et à faible coût en déplaçant la plupart des interactions hors de la blockchain principale. Il fonctionne en créant des canaux de paiement bidirectionnels entre les participants. Une fois qu'un canal est ouvert avec une transaction sur chaîne, les utilisateurs peuvent effectuer un nombre illimité de transactions instantanées entre elles sans diffuser chacun au réseau Bitcoin. Seul l'état final du canal est réglé à la chaîne lorsqu'il est fermé.

Pour utiliser le réseau Lightning, les utilisateurs doivent:

• Installez un portefeuille compatible avec foudre (par exemple, Phoenix, portefeuille de Satoshi ou Eclair)
• Fonds un canal de paiement en envoyant Bitcoin à une adresse multisig sur la blockchain
• Effectuer des transactions entre pairs instantanées au sein du réseau
• Fermez le canal pour régler l'équilibre final sur la chaîne principale

Le réseau utilise des contrats à l'heure du hachage (HTLC) pour activer les paiements sur plusieurs houblons, permettant aux utilisateurs de transformer même s'ils n'ont pas de canal direct. Le réseau Lightning augmente considérablement l'évolutivité en réduisant le nombre de transactions enregistrées sur la blockchain, permettant potentiellement des millions de TP à travers le réseau s'ils sont largement adoptés.

Bloquer les débats de taille et les propositions alternatives

Le débat sur la façon de mettre à l'échelle Bitcoin a conduit à diverses propositions au fil des ans. L'un des plus controversés a été Bitcoin Cash (BCH) , qui a chassé de Bitcoin en 2017 en augmentant la taille du bloc à 8 Mo (augmenté plus tard). Les partisans ont fait valoir que des blocs plus grands permettraient plus de transactions par bloc, augmentant directement le débit. Cependant, les blocs plus grands nécessitent plus de stockage et de bande passante, ce qui entraîne potentiellement des risques de centralisation, car moins de nœuds peuvent se permettre d'exécuter des nœuds complets.

D'autres propositions ont inclus des augmentations de poids des blocs , du dimensionnement dynamique des blocs et des mécanismes de consensus alternatifs , mais ceux-ci n'ont pas été adoptés en raison de préoccupations concernant la décentralisation et la sécurité . La communauté Bitcoin favorise généralement les changements conservateurs qui maintiennent les principes fondamentaux du réseau. En conséquence, les efforts de mise à l'échelle se sont davantage concentrés sur les solutions de couche-deux et les améliorations de l'efficacité plutôt que sur l'augmentation des tailles de blocs de couches de base.

Mises à niveau futures et améliorations de l'efficacité

Bitcoin continue d'évoluer à travers des fourches mous et des mises à niveau du protocole qui améliorent l'efficacité sans modifier la taille fondamentale du bloc. Une telle mise à niveau est la racine de tapoot , activée en novembre 2021, qui améliore la confidentialité, réduit la taille des données de transaction et réduit les frais. La tapoot combine plusieurs types de transactions en un format de signature unique à l'aide de signatures Schnorr et de syntaxes abstraits Merkelized (mât) . Cela réduit la quantité de données nécessaires aux transactions complexes, libérant un espace de bloc pour plus de transactions.

Un autre domaine de développement est le filtrage des blocs côté client (par exemple, neutrino ) et le relais de bloc compact , qui améliorent les performances des nœuds et réduisent l'utilisation de la bande passante. Ces optimisations aident à maintenir la décentralisation tout en soutenant des volumes de transaction plus élevés. La recherche sur les alliances et l'eltoo (un mécanisme de mise à jour de canal simplifié pour la foudre) peut améliorer encore l'évolutivité à l'avenir, bien qu'ils nécessitent une mise en œuvre minutieuse pour éviter les conséquences involontaires.

Questions fréquemment posées

Quel est le nombre maximum de transactions Bitcoin peut traiter par seconde? La couche de base de Bitcoin peut gérer environ 7 transactions par seconde dans des conditions normales. Avec l'adoption de SEGWIT , cela peut augmenter à environ 10 à 15 tps en raison d'une utilisation plus efficace de l'espace en blocs. Le nombre réel varie en fonction de la taille des transactions et des conditions du réseau.

Comment les frais de transaction sont-ils liés à l'évolutivité? Lorsque le réseau est congestionné et que l'espace de bloc est limité, les utilisateurs offrent des frais plus élevés pour hiérarchiser leurs transactions. Ce marché des frais est le résultat direct des contraintes d'évolutivité. Des solutions comme SEGWIT et Lightning réduisent les frais en augmentant la capacité ou en déplaçant les transactions hors de la chaîne.

Quelqu'un peut-il exécuter un nœud de réseau Lightning? Oui, n'importe qui peut exécuter un nœud Lightning en installant un logiciel compatible comme LND, C-Lightning ou Eclair . Les utilisateurs ont besoin d'un nœud complet Bitcoin (facultatif mais recommandé), d'une adresse IP ou TOR statique et de Bitcoin pour financer les canaux. L'exécution d'un nœud prend en charge la décentralisation du réseau et permet une gestion directe des canaux.

Pourquoi Bitcoin n'augmente pas la taille du bloc pour résoudre l'évolutivité? L'augmentation de la taille du bloc pourrait entraîner des exigences matérielles plus élevées pour exécuter des nœuds complets, risquant la centralisation . Les blocs plus grands nécessitent plus de bande passante et de stockage, à exclure potentiellement les utilisateurs avec des ressources limitées. La communauté Bitcoin priorise la décentralisation et la sécurité , favorisant les solutions de couche-deux sur le ballonnement de la couche de base.