Évolutivité

Aperçu de la mise à l'échelle

Le nombre grandissant d'utilisateurs d'Ethereum révèle certaines limites de capacité de la blockchain. Cela a augmenté le coût de l'utilisation du réseau, impliquant le besoin de "solutions de mise à l'échelle". De nombreuses solutions ont été étudiées, testées et mises en œuvre qui adoptent différentes approches pour atteindre des objectifs similaires.

L'objectif principal de la mise à l'échelle est d'augmenter la vitesse de transaction (finalisation plus rapide) et le débit des transactios (nombre élevé de transactions par seconde), sans sacrifier la décentralisation ou la sécurité (en savoir plus sur la vision Ethereum). Sur la blockchain Ethereum de la couche 1, une forte demande entraîne un ralentissement des transactions et des prix de gaz non viables. L'augmentation de la capacité du réseau en termes de vitesse et de débit est fondamentale pour l'adoption significative et massive d'Ethereum.

Bien que la vitesse et le débit soient importants, il est essentiel que les solutions de mise à l'échelle permettent d'atteindre ces objectifs en restant décentralisées et sécurisées. Le maintien d'une faible barrière d'entrée pour les opérateurs de nœuds est essentiel pour empêcher une progression vers une puissance informatique centralisée et peu sûre.

Conceptuellement, nous catégorisons d'abord la mise à l'échelle de la chaîne puis celle hors de la chaîne.

Prérequis

Vous devez avoir une bonne compréhension de tous les sujets fondamentaux. La mise en œuvre de solutions de mise à l'échelle est délicate car la technologie est moins éprouvée et continue d'être étudiée et développée.

Mise à l’échelle de la chaîne

La mise à l’échelle en chaîne nécessite des modifications du protocole Ethereum (couche 1

Fragmentation

La fragmentation est le processus de division d'une base de données. Les sous-ensembles de validateurs seraient responsables des fragments individuels plutôt que de garder la trace de tout le système Ethereum. La fragmentation était sur la feuille de route Ethereum depuis longtemps, et était autrefois destinée à être expédiée avant la fusion pour la preuve d'enjeu. Cependant, le développement rapide des rollups de couche 2 et l'invention de Danksharding (ajout de blobs de données rollup à des blocs Ethereum qui peuvent être vérifiés très efficacement par les validateurs) a conduit la communauté Ethereum à privilégier une mise à l'échelle centrée sur le rollup au lieu de la mise à l'échelle par fragmentation. Cela permettra également de simplifier la logique de consensus d'Ethereum.

Mise à l'echelle hors de la chaîne

Les solutions hors chaîne sont implémentées séparément du réseau principal de couche 1 - elles ne nécessitent aucune modification du protocole Ethereum existant. Certaines solutions, connues sous le nom de solutions de « couche 2 », tirent leur sécurité directement du consensus Ethereum de la couche 1, telles que des rollups optimistes, des rollups zk ou des canaux d'état. D’autres solutions impliquent la création de nouvelles chaînes sous diverses formes qui tirent leur sécurité séparément du réseau principal, telles que des chaînes latérales, validiums, ou chaînes Plasma. Ces solutions communiquent avec le réseau principal, mais tirent leur sécurité différemment pour atteindre une variété d’objectifs.

Mise à l'échelle par la couche 2

Cette catégorie de solutions hors chaîne tire sa sécurité du réseau principal Ethereum.

La couche 2 est un terme collectif désignant les solutions conçues pour aider à faire évoluer votre application en gérant les transactions en dehors du réseau principal Ethereum (couche 1) tout en tirant parti du modèle robuste de sécurité décentralisé du réseau principal. La vitesse des transactions est réduite lorsque le réseau est occupé, ce qui rend l’expérience utilisateur médiocre pour certains types de dApps. Et plus le réseau est fréquenté, plus le prix du gaz augmente, car les expéditeurs de transactions cherchent à surenchérir. Cela peut rendre l'utilisation d'Ethereum très onéreuse.

La plupart des solutions de la couche 2 sont centrées autour d'un serveur ou d'un groupe de serveurs, chacun pouvant être appelé nœud, validateur, opérateur, séquenceur, producteur de blocs ou un terme similaire. Selon l’implémentation, ces nœuds de couche 2 peuvent être gérés par les individus, les entreprises ou les entités qui les utilisent, ou par un opérateur tiers, ou par un large groupe de personnes (similaire au réseau principal). D’une manière générale, les transactions sont soumises à ces nœuds de couche 2 au lieu d’être soumises directement à la couche 1 (réseau principal). Pour certaines solutions, l’instance de couche 2 les regroupe ensuite en groupes avant de les ancrer à la couche 1, après quoi elles sont sécurisées par la couche 1 et ne peuvent pas être modifiées. La façon détaillée dont cela se réalise varie considérablement entre les différentes technologies et implémentations de la couche 2.

Une instance spécifique de couche 2 peut être soit ouverte et partagée par de nombreuses applications, soit déployée par un seul projet et uniquement dédiée à la prise en charge de leur application.

Pourquoi la couche 2 est-elle nécessaire ?

• L’augmentation du nombre de transactions par seconde améliore considérablement l’expérience utilisateur et réduit la congestion du réseau sur le réseau principal d'Ethereum.
• Les transactions sont regroupées en une seule transaction vers le réseau principal d'Ethereum, ce qui réduit les frais de gaz pour les utilisateurs, rendant ainsi Ethereum plus inclusif et accessible aux gens du monde entier.
• Toute mise à jour d'évolutivité ne devrait pas se faire au détriment de la décentralisation ou de la sécurité. La couche 2 s'appuie sur Ethereum.
• Il existe des réseaux de couche 2 spécifiques à une application qui apportent leur propre ensemble de gains d'efficacité lorsqu’ils travaillent avec des actifs à grande échelle.

Plus d'infos sur la couche 2.

Rollups

Les rollups exécutent des transactions en dehors de la couche 1, puis les données sont publiées dans la couche 1 où un consensus est atteint. Comme les données de transaction sont incluses dans les blocs de couche 1, cela permet aux rollups d’être sécurisés par la sécurité native d’Ethereum.

Il existe deux types de rollups avec différents modèles de sécurité :

• Rollups optimistes : suppose que les transactions sont valides par défaut et n’exécute que le calcul, via une
  preuve de fraude

  Fraud proof

  A security model for certain layer 2 solutions where, to increase speed, transactions are rolled up into batches and submitted to Ethereum in a single transaction. Other network participants can re-execute the transactions to check that they were executed honestly. If they uncover a discrepancy between the posted data and their own version they can post a cryptographic proof that demonstrates where some fraud took place. Some rollups use validity proofs.
  , en cas de contestation. Plus d'infos sur les rollups optimistes.
• Rollups ZK : exécute le calcul hors chaîne et soumet une
  preuve de validité

  Validity proof

  A security model for certain layer 2 solutions where, to increase speed, transactions are rolled up into batches and submitted to Ethereum in a single transaction. The transaction computation is done off-chain and then supplied to the main chain with a proof of their validity. This method increases the amount of transactions possible while maintaining security. Some rollups use fraud proof. More on zero-knowledge rollups.
  à la chaîne. Plus d'infos sur les rollups ZK.

Canaux d'état

Les canaux d'état utilisent des contrats multisig pour permettre aux participants d’effectuer des transactions rapidement et librement hors chaîne, puis de régler la finalisation sur le réseau principal. Cela minimise la congestion du réseau, les frais et les retards. Il existe actuellement deux types de canaux : les canaux d'état et les canaux de paiement.

En savoir plus sur les canaux d'état.

Chaines latérales

Une chaîne latérale est une blockchain indépendante compatible EVM qui fonctionne en parallèle avec le réseau principal. Celles-ci sont compatibles avec Ethereum via des ponts bidirectionnels et fonctionnent selon leurs propres règles de consensus choisies et paramètres de bloc.

En savoir plus sur les chaînes latérales.

Plasma

Une chaîne Plasma est une blockchain séparée qui est ancrée à la chaîne Ethereum principale et qui utilise des preuves de fraude (comme les rollups optimistes) pour arbitrer les litiges.

En savoir plus sur Plasma.

Validium

Une chaîne Validium utilise des preuves de validité comme des rollups ZK, mais les données ne sont pas stockées sur la chaîne Ethereum de la couche principale 1. Cela peut permettre jusqu'à 10 000 transactions par seconde par chaîne Validium, et plusieurs chaînes peuvent être exécutées en parallèle.

En savoir plus sur Validium.

Pourquoi tant de solutions de mise à l'échelle sont-elles nécessaires ?

• Plusieurs solutions peuvent aider à réduire la congestion globale sur une partie du réseau et à prévenir les points de défaillance uniques.
• Le tout est plus grand que la somme de ses parties. Différentes solutions peuvent exister et fonctionner en harmonie, permettant un effet exponentiel sur la vitesse et le débit des transactions futures.
• Toutes les solutions ne nécessitent pas d’utiliser directement l’algorithme de consensus Ethereum, et les alternatives peuvent offrir des avantages qui seraient autrement difficiles à obtenir.
• Aucune solution de mise à l'échelle n'est suffisante pour réaliser la vision Ethereum.

Davantage qu'un apprenant visuel ?

Notez que l’explication dans la vidéo utilise le terme « Couche 2 » pour désigner toutes les solutions de mise à l'échelle hors chaîne, tandis que nous différencions la « couche 2 » en tant que solution hors chaîne qui tire sa sécurité du consensus du réseau principal de couche 1.

Complément d'information

• Une feuille de route Ethereum centrée sur le rollup(opens in a new tab) Vitalik Buterin
• Analytiques à jour sur les solutions de mise à l'échelle de la couche 2 pour Ethereum(opens in a new tab)
• Évaluation des solutions de mise à l'échelle de la couche 2 d'Ethereum : Un cadre de comparaison(opens in a new tab)
• Un guide incomplet pour les rollups(opens in a new tab)
• Rollups ZK alimentés par Ethereum : Wolrd Beaters(opens in a new tab)
• Rollups optimisés vs Rollups ZK(opens in a new tab)
• Évolutivité de la blockchain ZK(opens in a new tab)
• Pourquoi les rollups + les data shards sont les seules solutions durables pour une grande évolutivité(opens in a new tab)
• Quels types de couches 3 ont un sens ?(opens in a new tab)

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