Qu'est-ce que le trilemme de la blockchain ?
Table des matières
Introduction
Qu'est-ce que la décentralisation ?
Qu’est-ce que la sécurité sur la blockchain ?
Qu'est-ce que la scalabilité ?
Pourquoi le trilemme blockchain existe-t-il ?
Résoudre le trilemme de la blockchain
Pour conclure
Qu'est-ce que le trilemme de la blockchain ?
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Qu'est-ce que le trilemme de la blockchain ?

Qu'est-ce que le trilemme de la blockchain ?

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Publié(e) Oct 14, 2022Mis à jour Nov 11, 2022
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Résumé

Les blockchains ne peuvent gérer qu’un nombre limité de transactions par seconde. Le réseau Bitcoin, par exemple, peut traiter environ sept transactions par seconde. Si la technologie blockchain doit être adoptée dans le monde entier, elle doit être capable de gérer beaucoup plus de données et à des vitesses plus rapides, afin que davantage de personnes puissent utiliser le réseau sans qu'il devienne trop lent ou coûteux à utiliser. Toutefois, la conception fondamentale de nombreux réseaux décentralisés signifie qu'une scalabilité accrue tend à affaiblir la décentralisation ou la sécurité. C'est ce qu'on appelle le trilemme de la blockchain. Les développeurs qui cherchent à résoudre ce problème expérimentent différents mécanismes de consensus et différentes solutions de scalabilité, comme le sharding, les sidechains et les canaux d'état.

Introduction

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. Toutefois, les experts conviennent généralement que si cette technologie doit être adoptée plus largement, il existe un problème de base qui doit être résolu. Le problème en question est connu sous le nom de « trilemme de la blockchain ».

Ce terme a été popularisé par le cofondateur d’Ethereum, Vitalik Buterin. Pour que cela ait un sens, vous devez être conscient de trois éléments différents qui sont souhaitables dans une blockchain : la décentralisation, la sécurité et la scalabilité. Le trilemme de la blockchain fait référence au fait qu’il est difficile pour les blockchains d’atteindre simultanément des niveaux optimaux dans les trois caractéristiques. Améliorer une caractéristique se fait généralement au détriment d'une autre.

Cet article couvrira les trois éléments du trilemme et expliquera plus en détail chacun d’eux. Discuter de chacun plus en profondeur, et comment ils s’imbriquent, permettra de mieux comprendre comment et pourquoi le trilemme blockchain existe. Cet article présentera également certaines des solutions proposées par les développeurs.

Qu'est-ce que la décentralisation ?

Bitcoin et les réseaux blockchain similaires sont décentralisés par conception. L'ensemble de la structure est conçue de sorte qu'il n'y ait pas une seule personne ou organisation qui détienne le pouvoir. Elle est décentralisée. La couche réseau est ouverte à toute personne souhaitant participer. Par conséquent, le contrôle est entièrement distribué plutôt que détenu par une seule entité. Tout le monde a accès aux mêmes données. Si quelqu’un essaie de tromper le système en modifiant les enregistrements en leur faveur, le reste des participants rejettera les données erronées.

Cela peut devenir assez technique, mais prenons le réseau Bitcoin comme exemple. Il n'y a pas de tiers en charge du contrôle du réseau. Comparez cela avec la nécessité d'avoir des banques dans le système financier. 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. En ce moment, nous utilisons le Web2, l'Internet d'aujourd'hui. Il regorge de sites et d'applications contrôlés par les entreprises, mais avec du contenu créé par les utilisateurs. Le Web3 est la prochaine étape. C'est un Internet où la technologie blockchain décentralisée permet aux gens de contrôler leurs propres données et leurs vies en ligne. 

Une chose à noter, cependant, est qu’en raison du fonctionnement de ces systèmes distribués, avec la nécessité pour un large éventail de participants de s’entendre sur la validité de toutes les données, les temps de transaction peuvent être longs en raison de la façon dont l’information doit être partagée et traitée. Par conséquent, les blockchains doivent évoluer, c'est-à-dire être capables de traiter plus de données à des vitesses plus rapides. Nous reviendrons à ce point lors de la discussion sur la scalabilité.

En outre, le rêve de la décentralisation ne peut exister que si les blockchains sous-jacentes sont sécurisées. Si une blockchain manque de sécurité, un mauvais acteur peut prendre le contrôle et modifier les données en sa faveur. Cela nous amène à la deuxième partie du trilemme : la sécurité.

Qu’est-ce que la sécurité sur la blockchain ?

La décentralisation d'une blockchain n'a de valeur que si elle manque de sécurité. Un bon réseau blockchain doit résister aux attaques provenant d'entités malveillantes. Les systèmes centralisés tirent leur sécurité du fait que leur système est fermé. Celui qui a le contrôle peut garantir que les données sont exemptes d’interférences. Mais comment cela est-il réalisé dans un système décentralisé où tout le monde peut participer ?

C'est un sujet complexe, mais nous pouvons revenir au Bitcoin comme exemple de sécurité décentralisée de la blockchain. La blockchain Bitcoin utilise une combinaison de cryptographie et d’un mécanisme de consensus de réseau appelé preuve de travail (PoW). En matière de cryptographie, chaque bloc possède une sorte de signature numérique (ou hachage). Chaque bloc de données est connecté d'une manière qui ne peut pas être altérée, car toute modification modifierait le hachage d'un bloc. Toute tentative de modification des données serait rapidement identifiée par le reste du réseau.

Le mécanisme de consensus PoW (Preuve de travail) est une autre partie du puzzle. Il permet de sécuriser le registre de la cryptomonnaie. Comprendre la preuve de travail mérite un article entier en soi, mais pour simplifier ici, notez que les membres du réseau ne peuvent que vérifier que les nouvelles transactions et les ajouter au registre par le biais d'une activité appelée minage. Cela implique d'utiliser la puissance de calcul pour résoudre un puzzle mathématique. Une partie du processus nécessite que ces ordinateurs calculent de nombreuses fonctions de hachage. Cela se traduit par un problème de scalabilité, car le mécanisme PoW est sécurisé mais relativement lent.

Notez 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. C'est ce qu'on appelle l'attaque à 51 %. En résumé : si une seule entité (ou un groupe d'acteurs malveillants) peut contrôler plus de 50 % du taux de hachage total du réseau d’une blockchain, elle serait en mesure de passer outre le consensus et de modifier les données de la chaîne à leur avantage, telles que la double dépense de tokens. 

En bref, la sécurité est une exigence fondamentale pour qu’une blockchain fonctionne car, sans elle, les attaquants peuvent prendre le contrôle de la chaîne, la rendant inutile.

Qu'est-ce que la scalabilité ?

La scalabilité fait référence à l'objectif de créer une blockchain capable de prendre en charge de plus en plus de transactions par seconde. Elle est nécessaire si la technologie blockchain doit servir la société au sens large et peut-être des milliards d’utilisateurs. Mais c'est là que beaucoup de blockchains rencontrent encore des difficultés. 

Cela s'explique par le fait que la décentralisation et la sécurité sont si fondamentales pour la blockchain qu'elles ont tendance à constituer la priorité. La décentralisation est si importante pour l'éthique et les objectifs de la blockchain qu'elle est au cœur des blockchains les plus reconnues. La sécurité, comme nous en avons discuté, est une exigence essentielle pour qu’une blockchain soit fonctionnelle et utile.

Cependant, en priorisant la décentralisation et la sécurité, atteindre la scalabilité est complexe. Le nombre de transactions qu'une chaîne peut traiter peut être considérablement limité. Un système de paiement centralisé tel que Visa indique qu’il est capable de prendre en charge 24 000 transactions par seconde. Cela est dû au fait que le réseau est fermé et exempt de considérations telles que les nœuds publics et le consensus. Comparons cela avec certaines des blockchains les plus connues. 

Selon Bloomberg en 2022 : « En septembre, Bitcoin était incapable de gérer plus de sept transactions par seconde et Ethereum, le deuxième réseau le plus populaire, était limité à environ 15 par seconde, une performance très lointaine de celle des exchanges conventionnels. »

Comme mentionné, ces vitesses de transaction blockchain sont limitées en raison de la façon dont les informations doivent être traitées par les différents participants qui composent le réseau décentralisé et de la nature du mécanisme de consensus PoW lui-même. Si de plus en plus de personnes dans la société commencent à utiliser la technologie blockchain, les réseaux seront surchargés en raison du nombre limité de transactions qu'elles peuvent gérer.

Pourquoi le trilemme blockchain existe-t-il ?

La solution la plus évidente et la plus basique au problème décrit ci-dessus consiste à réduire le nombre de participants confirmant et ajoutant aux données réseau en échange d'une plus grande scalabilité et d'une vitesse accrue. 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 le trilemme : étant donné le lien entre les propriétés souhaitées de décentralisation et de sécurité, la conception fondamentale du fonctionnement de la blockchain rendent une augmentation de la scalabilité complexe. L'amélioration de l'un se fait au détriment de l'autre. Comment améliorer la scalabilité sans nuire à la décentralisation, à la sécurité ou aux deux ? 

Résoudre le trilemme de la blockchain

Il n’y a pas de solution magique au trilemme. Mais étant donné l’importance de résoudre ce problème, il y a eu un certain nombre d’approches différentes au sein de la communauté avec des résultats intéressants. Passons en revue certains des développements les plus populaires pour vous donner une idée de ce qui se passe dans l’espace :

1. Sharding

Il s’agit d’une méthode de division des blockchains (ou d’autres types de bases de données) en blockchains plus petites et partitionnées qui gèrent des segments de données spécifiques. Cette configuration diminue la charge sur une blockchain unique qui gèrerait toutes les transactions et interactions sur un réseau. Chaque blockchain partitionnée est connue sous le nom de shard et possède son registre propre. Ces shards peuvent ensuite traiter leurs propres transactions, mais une blockchain « beacon » principale gère les interactions entre les shards. Cela fait du partitionnement une solution de scalabilité du réseau de couche 1, car il s’agit d’une modification du réseau principal d’une blockchain.

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. Le besoin de mineurs, d'algorithmes de cryptomonnaie et d'énormes quantités de puissance informatique décentralisée conduit à un système sécurisé, mais lent. Trouver un autre moyen de sécuriser le consensus est une approche pour résoudre le trilemme. C'est l'une des raisons pour lesquelles Ethereum est passé de la PoW à la Preuve d'enjeu (PoS).

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 scalabilité. 

3. Solutions de couche 2

Le sharding et les différents mécanismes de consensus sont ce que l’on appelle des solutions de couche 1. Ils cherchent à changer la conception fondamentale du réseau sous-jacent. Cependant, d’autres développeurs cherchant à résoudre le trilemme ont travaillé sur des solutions qui s’appuient sur une structure réseau existante. En d'autres termes, ils pensent que la réponse se trouve dans la création d'une deuxième couche, ou couche 2. Par exemple : les sidechains et canaux d'état.

Une sidechain est essentiellement une blockchain à part entière connectée à la chaîne principale. Elle est configurée de manière à ce que les actifs puissent circuler librement entre les deux. Il est important de noter que la sidechain peut fonctionner selon différentes règles, ce qui permet une vitesse et une scalabilité plus élevées. De même, les canaux d'état sont un autre moyen de retirer les transactions de la chaîne principale et d'atténuer la pression sur la couche 1. Un canal d'état utilise un smart contract, plutôt qu'une chaîne distincte, pour permettre aux utilisateurs d'interagir entre eux sans publier leurs transactions sur la blockchain. La blockchain enregistre uniquement les états de début et de fin du canal.

Pour conclure

Le trilemme de la scalabilité est un obstacle pour la blockchain lorsqu'il s'agit de réaliser son potentiel technologique dans le monde. Si les réseaux blockchain ne peuvent gérer qu’un petit nombre de transactions par seconde afin de maintenir la décentralisation et la sécurité, il sera difficile d’atteindre une adoption massive. Toutefois, les solutions actuellement mises en place par les développeurs qui cherchent à résoudre ce problème suggèrent que les avancées technologiques continueront à proposer des améliorations, et qu'ainsi ces réseaux pourraient bien être en mesure de gérer beaucoup plus de données à l'avenir.