Points clés à retenir
Le trilemme de la blockchain explique le défi d’équilibrer la sécurité, la décentralisation et l’évolutivité dans les réseaux blockchain.
L’amélioration d’une propriété se fait souvent au détriment d’une ou des deux autres.
Différentes blockchains adoptent diverses approches techniques, telles que des mécanismes de consensus alternatifs, des solutions de couche 2 et la fragmentation, pour résoudre le trilemme.
Bien qu’aucune blockchain n’ait entièrement « résolu » le trilemme, l’industrie continue d’innover vers des conceptions plus équilibrées.
Introduction
Comme les blockchains ne peuvent traiter qu’un nombre limité de transactions par seconde, beaucoup estiment que pour que la technologie soit adoptée à l’échelle mondiale, elle devrait être capable de traiter beaucoup plus de données et à des vitesses plus rapides. Cela permettrait à un plus grand nombre de personnes d’utiliser le réseau sans qu’il devienne lent ou coûteux.
Toutefois, la conception fondamentale de nombreux réseaux décentralisés signifie qu’une évolutivité accrue tend à affaiblir la décentralisation ou la sécurité. C’est ce qu’on appelle le trilemme de la blockchain. Les développeurs explorent diverses solutions, telles que les nouveaux mécanismes de consensus, la fragmentation et les réseaux de couche 2.
Le trilemme de la blockchain
En termes simples, une blockchain est une base de données numérique distribuée. Les blocs de données sont organisés par ordre chronologique. Les blocs sont liés et sécurisés par des preuves cryptographiques. La mise en œuvre de cette technologie dans différents secteurs change déjà notre façon de travailler et de vivre.
L’idée est que les blockchains décentralisées et sécurisées permettent de créer un monde où nous n’avons pas besoin de compter sur des tiers pour assurer le fonctionnement des réseaux ou des marchés. Cependant, les experts s’accordent généralement sur le fait que si cette technologie doit être plus largement adoptée, le trilemme de la blockchain doit être résolu.
Popularisé par le co-fondateur d’Ethereum, Vitalik Buterin, le trilemme de la blockchain fait référence à l’idée qu’il est difficile pour les blockchains d’atteindre des niveaux optimaux des trois propriétés simultanément. Le renforcement de l’une de ces propriétés signifie souvent de faire des compromis sur l’une ou les deux autres.
Décentralisation
Les réseaux blockchain sont décentralisés par nature, ce qui signifie qu’aucune personne, entreprise ou organisation ne les contrôle. Le réseau est ouvert à toute personne souhaitant participer, et le contrôle est distribué entre tous les participants. Tout le monde a accès au même registre, et si un participant tente de frauder le système en modifiant les enregistrements en sa faveur, le reste du réseau peut vérifier et rejeter les données frauduleuses.
Nous pouvons considérer la différence entre le Bitcoin et le système bancaire traditionnel. Les banques assurent la confiance entre les personnes effectuant des transactions et veillent à ce que tous les historiques soient conservés correctement. Cependant, la blockchain Bitcoin partage toutes ces données avec tous les membres du réseau, de sorte qu’elles puissent être vérifiées et confirmées avant d’être ajoutées à la base de données numérique. Le résultat est un système qui peut exister sans avoir besoin de tiers de confiance.
La décentralisation permet l’émergence de ce que l’on appelle le Web3. Alors que le Web2 constitue la majeure partie de l’internet actuel, avec des sites et des applications contrôlés par des entreprises, le Web3 permet aux utilisateurs de contrôler leurs données et leur identité.
Cependant, la décentralisation s’accompagne de compromis majeurs. Étant donné que plusieurs utilisateurs doivent parvenir à un consensus sur chaque transaction, le traitement est souvent plus lent que dans les systèmes centralisés. Cela fait de l’évolutivité (la capacité à traiter plus de transactions par seconde (TPS)) un défi majeur pour les réseaux décentralisés.
Sécurité de la blockchain
La sécurité est essentielle pour toute blockchain car, sans elle, des attaquants pourraient compromettre le réseau et modifier l’historique des transactions. Qu’un système soit centralisé ou décentralisé, la sécurité n’est pas garantie. Les systèmes centralisés peuvent bénéficier d’un contrôle plus strict et d’une prise de décision plus rapide, mais ils présentent également un point unique de défaillance et dépendent fortement de la qualité de leurs équipes de sécurité.
Dans les systèmes décentralisés, la sécurité doit être assurée sans dépendre d’une autorité centrale. Le Bitcoin, par exemple, utilise une combinaison de cryptographie et un mécanisme de consensus appelé preuve de travail (PoW). Chaque bloc de données est lié au précédent par une signature numérique unique (hachage), ce qui permet de détecter immédiatement toute falsification.
Le PoW ajoute une couche de protection supplémentaire en exigeant des participants du réseau, connus sous le nom de mineurs, qu’ils résolvent des énigmes mathématiques complexes par le biais de calculs de hachage intensifs avant de valider les transactions. Cela rend les attaques coûteuses et difficiles à réaliser. En raison de sa conception exigeante en ressources, le minage de bitcoin est plus lent que certaines autres approches.
Remarquez également que plus il y a de participants (nœuds) dans le réseau, plus il est sécurisé. Plus le nombre de parties est élevé, plus il devient difficile pour un acteur malveillant de prendre le contrôle du système.
En théorie, si une personne ou un groupe parvient à contrôler plus de la moitié de la puissance du réseau, elle peut effectuer ce que l’on appelle une « attaque à 51 % » qui pourrait potentiellement permettre des exploitations tels que la double dépense.
Évolutivité de la blockchain
L’évolutivité fait référence à la capacité d’une blockchain à gérer un nombre croissant de transactions par seconde (transactions par seconde (TPS)). Pour que la technologie blockchain puisse soutenir une adoption généralisée et potentiellement des milliards d’utilisateurs, elle doit traiter les transactions rapidement, à moindre coût et de manière fiable. Dans la pratique, l’évolutivité est souvent reléguée au second plan par rapport à la décentralisation et à la sécurité, qui sont les deux principes fondamentaux de la conception de la blockchain.
Les systèmes de paiement centralisés comme Visa, par exemple, peuvent traiter des milliers de transactions par seconde parce qu’ils fonctionnent dans un environnement fermé et autorisé. Ils ne nécessitent pas de consensus global de la part de milliers de nœuds indépendants, ce qui leur permet de traiter les transactions presque instantanément.
En revanche, les blockchains publiques doivent traiter chaque transaction par le biais de multiples validateurs indépendants. Cette vérification distribuée ralentit les performances. La couche de base de Bitcoin traite en moyenne cinq TPS, tandis qu’Ethereum en traite environ 18.
Même avec la preuve d’enjeu (PoS) remplaçant la preuve de travail (PoW) dans certains réseaux, la nécessité d’un accord global impose toujours des contraintes. Sans solutions efficaces d’évolutivité, une augmentation de l’utilisation peut entraîner une congestion du réseau, des temps de transaction plus longs et des frais plus élevés.
Résolution du trilemme de la blockchain
La solution la plus évidente et élémentaire au trilemme de la blockchain est de réduire le nombre de validateurs de réseau (nœuds) en échange d’une plus grande échelle et d’une meilleure vitesse. Toutefois, cela entraînerait un affaiblissement de la décentralisation avec un contrôle confié à un plus petit nombre de participants. Et cela conduirait également à un affaiblissement de la sécurité, car moins de participants signifie un risque plus élevé d’attaques.
Voici donc où réside le trilemme : la décentralisation et la sécurité sont étroitement liées, et la façon dont les blockchains sont construites rend difficile l’amélioration de l’évolutivité sans affaiblir l’une ou l’autre, voire les deux. La grande question est comment rendre les blockchains plus rapides sans sacrifier les qualités mêmes qui les rendent dignes de confiance en premier lieu ?
Développements en cours
Il n’y a pas de solution magique au trilemme. Cependant, les développeurs et les chercheurs ont exploré diverses approches, dont beaucoup ont montré des résultats prometteurs. Voici certains des développements les plus remarquables :
1. Fragmentation (Sharding)
La fragmentation divise une blockchain en petites partitions, ou fragments, chacune ayant son propre registre et sa capacité à traiter les transactions de manière indépendante. Une blockchain principale coordonne les interactions entre les fragments, réduisant ainsi la charge sur chaque blockchain et améliorant l’évolutivité.
Par exemple, le protocole NEAR utilise un modèle de répartition connu sous le nom de Nightshade 2.0, qui s’adapte dynamiquement en divisant le réseau en plusieurs parties parallèles. En août 2025, le réseau exploite huit fragments actifs et peut finaliser des transactions en environ 600 millisecondes.
2. Changement du mécanisme de consensus
L’une des raisons pour lesquelles le trilemme existe dans le réseau Bitcoin est la façon dont la PoW fonctionne pour assurer la sécurité. Trouver un autre moyen de sécuriser le consensus est une des approches pour résoudre le trilemme.
Dans les blockchains PoS, les participants impliqués dans la validation des transactions doivent staker (verrouiller) leurs tokens. Il n’est pas nécessaire d’avoir des machines de minage hautement spécialisées. Ajouter plus de validateurs au réseau est moins cher, plus simple et plus accessible. La PoS n’est qu’un des nombreux mécanismes de consensus permettant une meilleure évolutivité.
Une autre approche est la preuve d’autorité (PoA), qui sécurise le réseau en utilisant des identités de validateurs plutôt que des tokens stakés. Dans les systèmes PoA, un nombre limité de participants de confiance sont préalablement approuvés pour vérifier les transactions et créer des blocs. Cela peut offrir une meilleure évolutivité mais réduit la décentralisation.
Certains réseaux de blockchain utilisent des modèles hybrides pour équilibrer les compromis. Par exemple, la BNB Smart Chain utilise la preuve d’autorité et d’enjeu (PoSA), où les validateurs stakent du BNB pour participer à la production de blocs, ce qui permet d’obtenir une génération de blocs d’environ trois secondes. Le Conflux combine des éléments de PoW avec un graphe acyclique dirigé (DAG) afin d’améliorer le débit tout en conservant les caractéristiques de sécurité du PoW.
3. Solutions de couche 2
Une autre approche pour résoudre le trilemme consiste à s’appuyer sur une blockchain existante plutôt que de modifier sa couche de base. Les solutions de couche 2 traitent les transactions en dehors de la blockchain principale puis règlent les résultats sur celle-ci. Cela réduit la congestion, diminue les frais et maintient la sécurité de la couche de base.
Les rollups regroupent plusieurs transactions hors de la blockchain et soumettent une seule preuve comprimée à la blockchain principale pour vérification. Les rollups optimistes comme Arbitrum supposent que les transactions sont valides à moins d’être contestées, tandis que les rollups zero-knowledge (ZK) comme Scroll utilisent des preuves cryptographiques pour confirmer la validité sans révéler tous les détails. Ethereum est devenu de plus en plus centré sur les rollups, avec une grande partie de sa finance décentralisée (DeFi), les jeux et les activités NFT se déroulant sur la couche 2 afin d’améliorer la vitesse et de réduire les coûts.
Les canaux d’état permettent aux participants d’effectuer des transactions hors de la blockchain, seuls les états d’ouverture et de fermeture étant enregistrés sur la blockchain. Le réseau Bitcoin Lightning Network est un exemple bien connu qui utilise des canaux d’état pour permettre des transactions rapides et peu coûteuses en maintenant l’essentiel de l’activité en dehors de la blockchain et en s’appuyant sur la couche de base de Bitcoin pour le règlement final.
Conclusion
Le trilemme de la blockchain demeure un défi majeur empêchant cette technologie d’atteindre son plein potentiel. Cependant, les efforts continus tels que la feuille de route centrée sur les rollups d’Ethereum et l’essor des blockchains modulaires à haute performance montrent des voies prometteuses pour l’avenir. Ces innovations visent à améliorer la capacité d’évolutivité sans compromettre la sécurité ou la décentralisation, rapprochant ainsi l’industrie d’un avenir où les blockchains pourront supporter des applications à l’échelle mondiale.
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