Qu’est-ce que la couche 2 et pourquoi est-elle si importante ?

Pour simplifier l’analogie, imaginons une grande entreprise dont le volume d’affaires est considérable. Pour gérer une partie de cette charge de travail, elle crée une filiale. La société mère représente la couche 1, tandis que la filiale représente la couche 2. De cette manière, la charge de travail de la société mère est réduite.

Tout d’abord, il convient de définir ce qu’est la couche 1 : Les réseaux de la couche 1 sont la couche fondamentale ou l’infrastructure de la couche inférieure des blockchains. Également appelés mainnet ou « couche 1 », ils définissent non seulement les règles fondamentales de l’écosystème, mais vérifient et finalisent également les transactions, comme le montrent des exemples tels qu’Ethereum, Bitcoin et Solana.

Les blockchains de niveau 1 commencent généralement par mettre l’accent sur la décentralisation et la sécurité – deux principes fondamentaux de tout réseau solide – et sont maintenues par un réseau mondial diversifié de développeurs et de participants (tels que les validateurs), à quelques exceptions près.

Voir aussi : Qu’est-ce que la technologie Blockchain?

En raison de l’absence d’autorité centrale ou de surveillance, ces plateformes exigent une sécurité inhérente à la technologie elle-même afin de protéger les utilisateurs contre la fraude et les attaques. En raison de cette priorité dans la conception, sans parler des ressources importantes nécessaires pour maintenir un écosystème pleinement fonctionnel, elles manquent souvent d’évolutivité.

Alors que certains développeurs considèrent l’incapacité à équilibrer la sécurité, la décentralisation et l’évolutivité comme un défaut inévitable de la technologie (appelé le trilemme de la blockchain), les solutions de couche 2 telles que les rollups sur Ethereum et le Lightning Network sur Bitcoin sont une solution pour résoudre ces problèmes.

Qu’est-ce que la couche 2 ?

La couche 2 fait référence à un ensemble de solutions hors chaîne construites au-dessus de la couche 1 (blockchains indépendantes) qui atténuent les goulets d’étranglement grâce à l’évolutivité et à la réduction des données. Imaginez la situation comme dans la cuisine d’un restaurant : si chaque commande devait être traitée par une seule personne du début à la fin avant d’être confirmée et livrée, le processus serait lent et seules quelques commandes seraient traitées à l’heure. En revanche, la couche 2 s’apparente à des stations de préparation : il y en a une pour le nettoyage et la découpe, une pour la cuisson et une pour l’assemblage des plats, ce qui permet de cibler les tâches et de les réaliser plus efficacement. Le moment venu, le personnel chargé de la finition peut faire correspondre chaque plat assemblé aux commandes et les confirmer avant de les envoyer à leur destination finale (le client).

Les plateformes de paiement comme Visa utilisent également des systèmes similaires. Visa ne traite pas individuellement les milliers de microtransactions quotidiennes des vendeurs, ce qui engorgerait le réseau en quelques minutes ; au lieu de cela, elle les met en lots et les règle périodiquement dans le système bancaire. Ensuite, les banques classent et stockent les transactions par l’intermédiaire de leurs équivalents internes des couches de règlement. Dans ce scénario, Visa sert à la fois de couche 2 et de réseau plus large d’institutions et de réseaux gouvernementaux, qui stockent les enregistrements des transactions et définissent les règles du secteur financier à la couche 1.

Ethereum utilise également des méthodes similaires grâce à des fonctionnalités telles que les rollups optimistes et à connaissance nulle (ZK), qui allègent le fardeau de la gestion des transactions sur le réseau principal, conduisant à une plus grande inclusivité des transactions et à un meilleur débit (transactions plus élevées par seconde). Tous ces éléments contribuent à rendre l’expérience de l’utilisateur plus transparente et plus pratique. Arbitrum, Optimism, Loopring et zkSync sont des exemples de solutions de couche 2 sur Ethereum.

Demande pour la couche 2

La technologie blockchain est apparue en 2008. Depuis lors, des milliers de chercheurs et de développeurs se sont attachés à résoudre les problèmes d’évolutivité de la blockchain afin de répondre à la demande croissante des applications. Ces goulets d’étranglement ont entraîné des coûts de transaction élevés, des vitesses d’exécution lentes et ont constitué des obstacles à l’adoption de la technologie blockchain par le grand public.

Vitalik Buterin, cofondateur d’Ethereum, a d’abord proposé le concept du « trilemme de la blockchain« , affirmant que la blockchain ne peut pas atteindre simultanément l’évolutivité, la sécurité et la décentralisation. Les développeurs doivent faire des compromis entre ces trois dimensions. Les réseaux blockchain actuels ne peuvent satisfaire simultanément que deux de ces dimensions au maximum.

La couche 2 est une technologie émergente qui soutient que la limitation de l’évolutivité de la blockchain est due aux tâches excessives que la blockchain doit accomplir. La blockchain actuelle comporte trois fonctions essentielles :

• Exécution des transactions : traitement et achèvement des transactions. La mesure est le nombre de calculs (y compris le nombre de transactions) que la blockchain peut effectuer par seconde.
• Disponibilité des données : les nœuds et les validateurs du réseau doivent stocker les transactions, les états et d’autres données. La mesure est l’unité de stockage standard, telle que le Mo ou le Go.
• Consensus : les nœuds et les validateurs doivent parvenir à un consensus sur l’état du réseau et l’ordre des transactions. La mesure est le niveau de décentralisation et la vitesse de finalisation, ou le temps nécessaire pour que tous les nœuds s’accordent sur un changement d’état.

Pourquoi la couche 2 est-elle importante ?

Bien que la décentralisation et la sécurité soient des caractéristiques de la couche 1 ou du réseau principal d’Ethereum, des années d’adoption par le marché ont conduit le réseau à sa capacité actuelle de plus de 1,5 million de transactions par jour. En outre, comme le mainnet ne peut traiter qu’environ 15 transactions par seconde, les périodes de forte activité du réseau entraînent souvent une congestion des données. Bien que cela ne soit pas évident dans le marché baissier actuel, il est évident que nous ne serons pas toujours dans un marché baissier.

Pour résoudre ces problèmes, la couche 2 étend Ethereum en tant que blockchain distincte au-dessus du réseau de la couche 1. Comme indiqué précédemment, elle communique par le biais de contrats intelligents sur Ethereum avec un modèle de sécurité décentralisé solide, ce qui permet d’alléger le lourd fardeau des transactions sur le réseau principal. Essentiellement, alors que la couche 1 gère la sécurité, la disponibilité des données et la décentralisation, la couche 2 s’occupe de l’évolutivité liée aux transactions.

Dans la plupart des cas, les blockchains de couche 1 ont :

• Des réseaux de nœuds pour protéger et vérifier le réseau
• Des réseaux de production de blocs
• Chaîne de blocs principale et données de transaction
• Mécanismes de consensus associés

La différence avec la couche 2 est qu’elle fournit :

• Réduction des coûts : La couche 2 regroupe plusieurs transactions hors chaîne en une seule transaction de la couche 1, ce qui permet de réduire la charge de données. Ils maintiennent également la sécurité et la décentralisation en réglant les transactions sur le réseau principal.
• Pratique : Grâce aux avantages combinés d’un plus grand nombre de transactions par seconde et de frais moins élevés, les projets de la couche 2 peuvent se concentrer sur l’amélioration de l’expérience de l’utilisateur et l’élargissement du champ d’application.

La plupart des problèmes d’évolutivité sont liés à la décentralisation. Contrairement aux banques traditionnelles qui ont des approches réglementaires de paiement fermées et plus efficaces, la gestion des transactions et des données de la blockchain doit passer par une série d’étapes systématiques, telles que l’acceptation, la validation et la distribution sur le réseau (avec des milliers de participants), tout en maintenant la sécurité et la transparence.

Comment fonctionne la couche 2 ?

Les protocoles de la couche 2 fournissent un second cadre dans lequel les transactions peuvent se dérouler séparément de la couche 1. Cela signifie qu’une grande partie du travail effectué par la chaîne principale peut être transférée à la couche 2. Ensuite, les applications de la couche 2 publient des données de transaction à la couche 1 et sont protégées par les grands livres et les historiques de la blockchain.

Comme toute autre plateforme ouverte ou fermée, l’accessibilité à la couche 2 varie également. Certaines peuvent être utilisées par une gamme d’applications, tandis que d’autres répondent aux caprices de projets spécifiques. Cela dit, plusieurs composants clés exploités par la couche 2 comprennent les rollups et les sidechains.

Rollups de la couche 2 (Rollups)

Les rollups sont un type spécifique de solution de la couche 2 qui exécute des centaines de transactions hors chaîne, les compresse en une seule donnée compacte avant de les publier sur le réseau principal pour que tout le monde puisse les examiner et les contester si elles sont jugées suspectes. Ce faisant, les rollups ne tirent pas seulement parti de la sécurité d’Ethereum, mais peuvent également réduire les frais de gaz jusqu’à 10 à 100 fois.

Alors que les rollups contribuent aux dépôts, aux retraits et à la validation des preuves, il existe des variations subtiles dans la façon dont les rollups fonctionnent, comme les rollups Optimism et ZK, qui publient des données à la couche 1.

Roulements optimistes

Les rollups optimistes exécutent toutes les transactions en parallèle avec la chaîne principale Ethereum et publient ensuite les données vers la couche 1. Les utilisateurs sont incités à effectuer des transactions sur ces couches 2 en raison des frais compétitifs peu élevés. En cas de soupçon de transactions frauduleuses, celles-ci peuvent être contestées et évaluées à l’aide de preuves de fraude. Dans ce scénario, les rollups effectuent le calcul des transactions à l’aide des données d’état disponibles. Par rapport aux rollups ZK (expliqués ci-dessous), cela signifie un temps de sortie légèrement plus long pour rouler et retirer des fonds vers le niveau 1. Toutefois, les utilisateurs du rollup « interne » reçoivent toujours des confirmations de transaction rapides.

En général, les rollups Optimistic sont compatibles avec Ethereum Virtual Machine (EVM) et Solidity, ce qui signifie que tout ce qui est possible sur la couche 1 d’Ethereum peut être reproduit sur la couche 2.

Les exemples de rollups Optimistic comprennent Arbitrum, Optimism et Boba.

Chaînes latérales

Issues de projets tels que xDai et Polygon PoS, les sidechains sont des blockchains indépendantes, compatibles EVM, qui fonctionnent en parallèle et interagissent avec le réseau principal par le biais de ponts. Étant donné qu’elles utilisent des mécanismes de consensus distincts et ne sont pas protégées par la couche 1, elles ne sont pas techniquement considérées comme des couches 2. Toutefois, leur fonctionnement est similaire à celui d’Ethereum, puisqu’elles s’appuient sur l’EVM. Cela dit, les sidechains présentent un plus grand risque pour les opérateurs, car les utilisateurs leur font confiance avec

leurs fonds plutôt qu’au protocole Ethereum (ou à la couche 2 appropriée). Note : (Polygon a réalisé de multiples acquisitions par le biais de fusions et acquisitions, de sorte que le terme « sidechain » n’est peut-être plus exact).

Validiums

Les validiums, tels que StarkWare, utilisent des preuves de validité (similaires aux rollups ZK) mais ne stockent pas de données sur la couche 1. Plusieurs chaînes de validité peuvent fonctionner en parallèle, chacune étant capable de traiter environ 10 000 transactions par seconde. Toutefois, en raison de la nécessité d’utiliser des langages plus spécialisés, la prise en charge des contrats intelligents généraux est limitée.

Les Sidechains et les Validiums sont des blockchains qui fonctionnent en parallèle avec Ethereum et interagissent avec les actifs par le biais de ponts connectés au réseau principal. Elles ne tirent pas leur sécurité ou leurs données de l’Ethereum lui-même, et ne sont donc pas considérées comme des couches 2 à proprement parler, comme les rollups Optimistic ou ZK. C’est particulièrement vrai si l’on considère les implications potentielles en termes de sécurité et de confiance. Cependant, tous deux offrent une évolutivité similaire à celle de la couche 2 en proposant des frais de transaction moins élevés et un débit important.

Roulements ZK

Par rapport aux rollups optimistes, les rollups ZK génèrent des preuves cryptographiques pour vérifier l’authenticité des transactions. Ces preuves (publiées à la couche 1) sont appelées preuves de validité ou SNARK (Succinct Non-interactive Argument of Knowledge) ou STARK (Scalable Transparent Argument of Knowledge).

Les rollups ZK sont plus efficaces car ils conservent l’état de tous les transferts sur la couche 2, mis à jour uniquement par des preuves de validité. Comme le rollup ZK ne nécessite pas de données de transaction complètes, il est plus facile de vérifier les blocs et de déplacer le principal jeton d’Ethereum, l’Ether (ETH), vers la couche 1. Les preuves de validité (acceptées par les contrats de ZK rollup) ont déjà vérifié l’authenticité des transactions. En d’autres termes, elles ne disposent pas d’une prise en charge complète des EVM et exécutent des calculs de manière plus intensive pour les applications ayant moins d’activité sur la chaîne.

zkSync et Starkware utilisent tous deux des solutions à l’épreuve des ZK, mais il existe des différences :

• Bien que Starknet soit techniquement un ZKRollup (disponibilité des données sur la chaîne), il s’agit essentiellement d’un Validium : l’architecture actuelle de la VM du Caire ne permet pas l’application de transactions arbitraires via L1.
• Le mécanisme de Validium est similaire à celui de zkRollup, à la différence près que la disponibilité des données dans zkRollup est sur la chaîne, alors que Validium la maintient hors de la chaîne. Cela permet à Validium d’atteindre un débit plus élevé, mais ces parties centralisées ont un coût : Les opérateurs de Validium peuvent geler les fonds des utilisateurs. En revanche, zkSync est entièrement décentralisé.

Pourquoi tant de couches 2 ?

Bien que nous ayons couvert les principales couches 2 (rollups optimistes, rollups ZK et sidechains), l’écosystème est en constante évolution, certaines applications étant finalement abandonnées, comme Plasma et les canaux d’état.

Autres ressources et considérations sur la couche 2

Étant donné que ces couches 2 en sont encore à leurs débuts, il existe toujours des risques et divers degrés de confiance mal placée par rapport aux transactions sur le réseau principal. Il convient également de noter que, tout en tirant parti de la sécurité de la couche du réseau principal, la couche 2 n’est véritablement sûre que lorsque les preuves de fraude sont activées, ce qui n’est pas encore le cas (au moment de la rédaction de ce document).

Les ponts de la blockchain (que les gens peuvent utiliser pour déplacer des actifs vers la couche 2) en sont également aux premiers stades de développement et comportent des risques élevés. Compte tenu de tout cela, il est conseillé de faire preuve de diligence raisonnable avant de s’engager dans une quelconque couche 2, par le biais de ressources telles que L2BEAT, entre autres.