Comprendre le problème du trilemme de la Blockchain pratique

Le dilemme des trois caractéristiques

Il existe des défis inévitables dans la promotion de l'adoption mondiale de la technologie blockchain. Il s'agit de la difficulté d'atteindre simultanément un équilibre entre trois caractéristiques fondamentales : la sécurité, la décentralisation et la scalabilité. Cela fait référence au problème dit de trilemme, qui désigne une contradiction structurelle selon laquelle le renforcement d'une caractéristique affaiblit nécessairement une autre.

Pour que la blockchain fonctionne réellement, il est nécessaire d'augmenter considérablement le nombre de transactions par seconde (TPS) que le réseau peut traiter. Cependant, de nombreuses blockchains publiques actuelles tendent à voir leur décentralisation et leur sécurité diminuer lorsqu'elles tentent d'améliorer leur évolutivité. Face à ce dilemme fondamental, diverses approches techniques sont mises à l'essai dans l'ensemble de l'industrie.

L'essence des réseaux décentralisés

La blockchain est, en termes simples, une base de données numérique décentralisée. Les blocs de données sont organisés chronologiquement et reliés par des preuves cryptographiques.

Le principal avantage de la décentralisation réside dans l'élimination de la gestion centralisée par des entreprises ou des individus spécifiques. Tous les participants du réseau peuvent accéder au même registre et vérifier et prévenir collectivement la falsification des enregistrements des transactions. C'est précisément grâce à cette décentralisation que le bitcoin a pu réaliser un système de paiement sans avoir besoin de banques centrales.

Cependant, étant donné qu'un grand nombre de participants doit parvenir à un consensus, la vitesse de traitement est plus lente par rapport aux systèmes centralisés. Cela constitue une contrainte de scalabilité et est l'une des origines du trilemme.

Compromis entre la sécurité et la vitesse de traitement

La sécurité de la blockchain est réalisée par une combinaison de techniques cryptographiques et de mécanismes de consensus. Dans le cas du Bitcoin, qui adopte le Proof of Work (PoW), les mineurs vérifient les transactions en résolvant des calculs mathématiques complexes. Ce mécanisme, qui nécessite une charge computationnelle élevée, rend le coût d'attaque du réseau extrêmement élevé, assurant ainsi sa sécurité.

Cependant, cette conception de la sécurité limite la capacité de traitement de Bitcoin à environ 5 TPS. D'autre part, la couche de base d'Ethereum reste également autour de 18 TPS. Dépasser ces limites tout en maintenant la sécurité et la décentralisation est la clé pour résoudre le trilemme.

En théorie, si une seule entité contrôle plus de la moitié de la puissance de calcul du réseau, une attaque à 51 % devient possible et des fraudes telles que le double paiement sont plus susceptibles de se produire. Pour prévenir cela, une dispersion suffisante est nécessaire, mais plus la dispersion est accrue, plus le temps nécessaire pour former un consensus augmente, entraînant un cercle vicieux de diminution de la scalabilité.

État actuel et défis de la scalabilité

Les systèmes de paiement centralisés comme Visa peuvent traiter des milliers de transactions par seconde. Cela est possible grâce à un environnement fermé et autorisé où un petit nombre de nœuds prennent les décisions.

En revanche, sur une blockchain publique, tous les validateurs doivent vérifier les transactions. Ce processus de validation décentralisé est sécurisé, mais limite considérablement la capacité de traitement. Ignorer l'évolutivité tout en augmentant l'utilisation du réseau ne peut qu'entraîner des congestions et une hausse des frais de transaction.

La transition vers la preuve d'enjeu (PoS) représente une amélioration partielle, mais elle nécessite toujours un consensus des nœuds distribués à travers le monde et ne constitue pas une solution fondamentale.

Approche multidimensionnelle pour résoudre le trilemme

L'industrie poursuit plusieurs approches techniques en parallèle, et certaines ont en réalité produit des résultats prometteurs.

répartition de la charge par sharding

Le sharding est un mécanisme qui divise une blockchain en plusieurs petites parcelles indépendantes (shards), chacune traitant des transactions en parallèle. Dans le modèle Nightshade 2.0 du protocole NEAR, plusieurs shards parallèles évoluent dynamiquement pour mettre à l'échelle le réseau, avec 8 shards actifs fonctionnant d'ici 2025, réalisant un temps de confirmation de transaction d'environ 600 millisecondes.

Adoption de divers mécanismes de consensus

Des efforts sont en cours pour ajuster l'équilibre des caractéristiques du trilemme grâce à des conceptions de consensus différentes. Dans le PoS, il est possible de devenir validateur simplement en mettant des jetons en jeu, ce qui réduit les barrières à l'entrée et augmente la décentralisation.

La preuve d'autorité (PoA) est une méthode qui priorise la scalabilité en centralisant le pouvoir entre des validateurs de confiance. La chaîne BNB Smart adopte une preuve d'autorité mise en jeu (PoSA) qui combine des éléments de PoS et de PoA, réalisant ainsi une conception équilibrée. Le réseau Conflux combine des éléments de preuve de travail avec une structure de graphe acyclique dirigé (DAG), essayant une approche différente.

mise à l'échelle progressive par le biais de la couche 2

La solution la plus pratique à court terme est la solution de couche 2. Au lieu de modifier la chaîne principale, elle construit au-dessus pour délocaliser le traitement des transactions.

La technologie des rollups permet de compresser plusieurs transactions et de les envoyer à la chaîne principale sous la forme d'une seule preuve. Les rollups optimistes, comme Arbitrum et Scroll, réalisent une accélération tout en conservant tous les détails des transactions, tandis que les rollups à connaissance nulle vérifient la validité par des preuves cryptographiques. Ethereum évolue vers une structure centrée sur les rollups, ce qui améliore considérablement la scalabilité de l'écosystème DeFi.

Les canaux d'état sont un mécanisme qui enregistre uniquement l'état au début et à la fin d'une transaction sur la blockchain, permettant aux participants d'effectuer librement des transactions hors chaîne. Le Lightning Network de Bitcoin adopte cette méthode, en déplaçant la majeure partie des procédures hors chaîne tout en effectuant le règlement final sur la couche de base, réalisant ainsi des paiements rapides et à faible coût.

La possibilité de résoudre le trilemme et la vision future

Actuellement, il n'existe pas de blockchain qui a complètement “résolu” le trilemme. Cependant, la feuille de route centrée sur les rollups d'Ethereum et les blockchains modulaires à haute performance émergentes montrent une voie pratique.

Ces innovations technologiques rendent de plus en plus réalisable l'amélioration de la scalabilité sans compromettre la sécurité et la décentralisation, et nous nous dirigeons vers une époque où l'exploitation d'applications à l'échelle mondiale sera réalisée sur la blockchain.