Qu’est-ce que la congestion d’un réseau blockchain ?

Résumé
La congestion d’un réseau blockchain se produit lorsque le nombre de transactions soumises au réseau dépasse la capacité de traitement du réseau.
Une augmentation de l’activité des transactions, une petite taille de blocs et un temps de bloc lent peuvent contribuer à celle-ci.
Les conséquences de la congestion du réseau incluent une augmentation des frais de transaction, une confirmation de transaction plus lente et une mauvaise expérience utilisateur. 
Au printemps 2023, le réseau Bitcoin a été congestionné du fait d’une augmentation des activités de transaction liées aux tokens BRC-20, ce qui a entraîné une montée en flèche des transactions en attente et des frais. 
Qu’est-ce que la congestion du réseau ?La congestion du réseau se produit lorsque le nombre de transactions soumises sur celui-ci dépasse sa capacité à les traiter. Ce phénomène a plusieurs facteurs. Des facteurs externes comme la volatilité du marché et des caractéristiques intrinsèques au réseau telles que la taille du bloc et le temps de bloc. 
Avant de plonger dans les détails, il est crucial d’examiner le processus par lequel les blocs sont ajoutés à la blockchain. 
Comment fonctionne la technologie blockchain ? Une blockchain consiste en une chaîne de blocs, chaque bloc contenant des données de transaction créées par les utilisateurs. Chaque nouveau bloc qui est ajouté à la chaîne est permanent et immuable. 
Ces blocs sont propagés à travers un réseau décentralisé de nœuds, chacun stockant une copie de la blockchain. Sécurisée par la cryptographie et la théorie des jeux, la blockchain forme la colonne vertébrale des cryptomonnaies comme le Bitcoin et l’Ether.
Pour pleinement comprendre pourquoi les réseaux blockchain peuvent être congestionnés, nous devons explorer les concepts clés qui jouent un rôle dans la capacité d’un réseau à traiter les transactions : les mempools, les blocs candidats, la finalité, et le principe de la plus longue chaîne.
Qu’est-ce qu’un « mempool » ? Un mempool fait référence à l’ensemble de transactions non confirmées en attente d’être incluses dans le prochain bloc. 
Par exemple, lorsqu’une transaction est diffusée sur le réseau Bitcoin, elle n’est pas immédiatement ajoutée à la blockchain. Celle-ci va en effet d’abord dans le mempool (abréviation de « pool de mémoire », « memory pool » en anglais), qui est une zone d’attente pour toutes les transactions. Une transaction sera retirée du mempool une fois qu’elle aura été confirmée. 
Que sont les « blocs candidats » ? Les blocs candidats, également appelés « blocs proposés », sont ceux que les mineurs ou les validateurs proposent d’ajouter à la blockchain. Ces blocs contiennent des transactions non confirmées qui ont été diffusées sur le réseau, mais n’ont pas été incluses dans la blockchain.
Pour qu’un bloc candidat devienne un bloc confirmé, il doit être miné ou validé (selon le mécanisme de consensus de la blockchain). Par exemple, le mécanisme de consensus de la Preuve de travail (PoW) de Bitcoin permet aux mineurs de s’affronter pour résoudre une énigme mathématique complexe. Le premier mineur à résoudre l’énigme a le droit d’ajouter son bloc candidat à la blockchain et obtient une récompense.
Dans le mécanisme de consensus de la Preuve d’enjeu (PoS) d’Ethereum, les validateurs sont sélectionnés au hasard pour proposer des blocs candidats. D’autres validateurs attestent de la validité du bloc. Lorsqu’un bloc reçoit suffisamment d’attestations, il passe d’un bloc candidat à un bloc confirmé.
Qu’est-ce que la « finalité » dans la blockchain ? La finalité est le moment où une transaction ou une opération ne peut plus être modifiée ou inversée. Une fois qu’une transaction a atteint la finalité, elle est enregistrée de manière permanente sur la blockchain et ne peut pas être modifiée ou supprimée.
Dans la blockchain Bitcoin, les transactions sont diffusées sur le réseau et ajoutées au mempool. Les mineurs sélectionnent et vérifient les transactions de ce pool et les incluent dans de nouveaux blocs à ajouter à la blockchain. Les transactions incluses dans ce bloc sont considérées comme confirmées, mais il est théoriquement encore possible pour d’autres mineurs de miner un bloc concurrent. 
La finalité des transactions augmente avec le nombre de blocs confirmés. Les transactions Bitcoin sont généralement considérées comme « finales » une fois que six blocs supplémentaires ont été ajoutés au bloc qui contient ces transactions. En raison du temps de bloc plus court d’Ethereum, un plus grand nombre de confirmations sont recommandées pour atteindre un niveau de confiance similaire dans la « finalité ».
Quel est le principe de la « chaîne la plus longue » ? Comme illustré ci-dessus, plusieurs mineurs peuvent produire de nouveaux blocs valides à des moments similaires. Cela peut entraîner des forks temporaires de la blockchain.
Le principe de la « chaîne la plus longue » fait référence à la règle selon laquelle la version valide de la blockchain est celle qui a le plus de travail de calcul investi en elle. Il s’agit généralement de celle avec la plus longue chaîne de blocs. En conséquence, les blocs « valides » sur les chaînes plus courtes (souvent appelés blocs orphelins ou obsolètes) sont rejetés, et leurs transactions sont renvoyées au mempool.
Ethereum a utilisé le principe de la chaîne la plus longue lorsque le réseau utilisait la Preuve de Travail (PoW). Après la transition d’Ethereum vers la Preuve d’Enjeu (PoS) en 2022, le réseau a adopté un algorithme de choix pour les forks qui mesure le « poids » de la chaîne. Il s’agit de la somme accumulée des votes des validateurs pondérée par leur solde d’ether en staking.
Qu’est-ce qui cause la congestion d’un réseau blockchain ? La congestion d’un réseau blockchain se produit lorsque le nombre de transactions soumises au réseau dépasse la capacité de ce dernier à les traiter.
Il existe plusieurs raisons pour lesquelles les réseaux blockchain peuvent être congestionnés : 
Une demande accrueComme de plus en plus de personnes soumettent des transactions à la blockchain, le nombre de transactions non confirmées dans le mempool peut dépasser ce qui peut être inclus dans un seul bloc. Cela est particulièrement pertinent pour les blockchains avec des limitations inhérentes en termes de taille de bloc et de temps de bloc. 
L’augmentation des transactions peut être entraînée par des volatilités de prix soudaines, entraînant une augmentation des activités de transaction, ou par des périodes d’adoption de masse. 
Une petite taille de blocChaque blockchain a une taille de bloc qui définit la taille maximale qu’un bloc peut avoir. Cette taille de bloc limite le nombre de transactions qu’un bloc peut inclure. 
Par exemple, Bitcoin a été initialement conçu pour avoir une limite de taille de bloc de 1 mégaoctet. En 2017, Bitcoin a mis en œuvre une mise à jour appelée Témoin séparé (Segregated Witness), ou SegWit, pour améliorer le débit des transactions. Il augmente la limite de la taille de bloc théorique jusqu’à environ 4 Mo. 
Si le nombre de transactions dépasse cette limite, cela entraîne une congestion du réseau.
Un temps de bloc lent Le temps de bloc fait référence à la fréquence à laquelle un nouveau bloc est ajouté à la blockchain. Bitcoin ajoute un nouveau bloc environ toutes les 10 minutes. Si les transactions sont créées à un rythme et à un volume beaucoup plus rapides, il y aura un arriéré de transactions.
Quelles sont les conséquences de la congestion du réseau ? La congestion d’un réseau blockchain peut entraîner plusieurs conséquences négatives qui entravent sa capacité à fonctionner de manière fluide. 
Une augmentation des frais de transaction Les mineurs sont incités à privilégier les transactions qui paient des frais plus élevés. Ainsi, lorsqu’un réseau blockchain devient congestionné, les utilisateurs doivent souvent payer des frais de transaction plus élevés pour inciter les mineurs à donner la priorité à leurs transactions. Cela peut rendre l’utilisation de la blockchain plus coûteuse que d’habitude, en particulier pour les transactions plus petites.
Un retard des temps de confirmation des transactions La congestion du réseau peut entraîner des temps d’attente plus longs pour les confirmations de transactions et pour la finalité. Dans les cas extrêmes, les transactions peuvent ne pas être confirmées pendant plusieurs heures, jours, voire même plus. Cela pourrait causer de la frustration pour les utilisateurs. 
Une mauvaise expérience utilisateur Des frais élevés et des temps de confirmation lents peuvent entraîner une mauvaise expérience utilisateur, ce qui pourrait potentiellement réduire l’adoption et la convivialité de la blockchain.
La volatilité du marché La congestion pourrait amplifier l’incertitude et contribuer à la volatilité du marché. Si de nombreux utilisateurs essaient de vendre une cryptomonnaie, mais que le réseau est trop congestionné pour traiter ces transactions, ceux-ic pourraient paniquer et essayer de se débarrasser rapidement de leurs actifs.
Il y a d’autres conséquences, y compris des risques de sécurité et des risques de centralisation du réseau. Plus précisément, des temps de confirmation plus longs peuvent augmenter le risque d’attaques de double dépense. Les frais élevés pourraient également conduire à la centralisation de la puissance de minage.  
Exemples de congestion du réseau Les réseaux Bitcoin et Ethereum ont tous deux connu une congestion significative de leur réseau.  
Congestion du réseau BitcoinL’augmentation fulgurante du prix du Bitcoin entre la fin de l’année 2017 et le début de 2018 a conduit à l’un des événements de congestion du réseau les plus importants à ce jour. La montée en popularité du Bitcoin a conduit à une augmentation massive de la demande et des transactions, entraînant des retards significatifs et une augmentation impressionnante des frais. Les frais de transaction moyens allant même jusqu’à dépasser les 50 $.
Au printemps 2023, le réseau Bitcoin est été congestionné du fait d’une augmentation des activités de transaction liées aux tokens BRC-20, ce qui a entraîné une montée en flèche des transactions en attente et des frais. À un moment donné, près de 400 000 transactions non confirmées ont été enregistrées, créant un goulot d’étranglement dans le mempool. Les frais de transaction ont augmenté de plus de 300 % en quelques semaines. 
Congestion du réseau EthereumUn exemple notable de congestion du réseau Ethereum s’est produit en 2017 lorsque le projet « CryptoKitties » est devenu viral et a considérablement ralenti le réseau. Il y a également eu une congestion du réseau due au boom de la DeFi, entraînant une augmentation des prix du gas.
Tout réseau blockchain peut être congestionné. Mais les cas de congestion du réseau sur les réseaux Bitcoin et Ethereum ont attiré plus d’attention que ceux d’autres blockchains, car ils ont eu des répercussions plus importantes en raison de leur popularité et de leur importance.  
Solutions pour alléger la congestion du réseauTenter de régler la congestion d’un réseau blockchain est une question complexe. Il existe plusieurs approches, chacune ayant ses avantages et ses inconvénients. 
Augmentation de la taille des blocsAugmenter la taille des blocs permet de traiter plus de transactions par bloc, augmentant ainsi efficacement le débit du réseau. Hélas, des blocs plus grands prennent plus de temps à se propager à travers le réseau, augmentant le risque de forks temporaires. Ils nécessitent également plus d’espace de stockage, ce qui pourrait entraîner une centralisation accrue.
Diminution du temps de bloc La réduction du temps de bloc peut permettre au réseau de traiter les transactions plus rapidement. Cependant, des temps de bloc plus courts peuvent augmenter le nombre de blocs orphelins et potentiellement compromettre la sécurité.
Solutions de couche de niveau 2 Ces solutions hors de la blockchain traitent les transactions en dehors de la blockchain principale et enregistrent l’état final sur la chaîne. Lightning Network de Bitcoin et Plasma d’Ethereum sont des exemples de ces solutions. Ces solutions peuvent augmenter l’évolutivité, mais sont complexes à mettre en œuvre et peuvent introduire des problèmes de sécurité supplémentaires.
Fragmentation La fragmentation (sharding) est une technique où la blockchain est divisée en plusieurs fragments plus petits, chacun capable de traiter des transactions et des smart contracts. Cela peut augmenter considérablement la capacité d’un réseau. Mais à l’instar des solutions de couche de niveau 2, la fragmentation augmente la complexité et peut également introduire des risques de sécurité supplémentaires.
D’autres solutions potentielles à la congestion du réseau incluent des ajustements des frais et des solutions de mise à l’échelle, y compris les rollups optimistes et les rollups zero-knowledge. Le mécanisme de consensus de Preuve d’enjeu (PoS) est généralement plus rapide que celui de Preuve de travail (PoW).  
ConclusionComme la technologie blockchain devrait être adoptée par un plus grand nombre d’utilisateurs dans les années à venir, les problèmes de congestion du réseau prennent de l’importance. La capacité d’un réseau à traiter efficacement un volume élevé de transactions est essentielle pour une adoption et une utilisation généralisées. Cela est particulièrement pertinent pour les systèmes de blockchain destinés à faciliter les transactions quotidiennes en temps réel.
Bien que la congestion des réseaux blockchains pose des problèmes importants, la communauté continue de développer des solutions pour les atténuer. C’est pourquoi la recherche autour de l’amélioration de l’évolutivité de la blockchain est à la pointe de l’industrie. 
Plus d’informations : Qu’est-ce que la Blockchain et comment fonctionne-t-elle ?
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