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 le Oct 14, 2022Mis à jour le Feb 1, 2023
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Résumé

Les blockchains ne peuvent gĂ©rer qu’un nombre limitĂ© de transactions par seconde. Le rĂ©seau Bitcoin, par exemple, peut traiter environ sept transactions par seconde. Si la technologie blockchain doit ĂȘtre adoptĂ©e dans le monde entier, elle doit ĂȘtre capable de gĂ©rer beaucoup plus de donnĂ©es et Ă  des vitesses plus rapides, afin que davantage de personnes puissent utiliser le rĂ©seau sans qu'il devienne trop lent ou coĂ»teux Ă  utiliser. Toutefois, la conception fondamentale de nombreux rĂ©seaux dĂ©centralisĂ©s signifie qu'une scalabilitĂ© accrue tend Ă  affaiblir la dĂ©centralisation ou la sĂ©curitĂ©. C'est ce qu'on appelle le trilemme de la blockchain. Les dĂ©veloppeurs qui cherchent Ă  rĂ©soudre ce problĂšme expĂ©rimentent diffĂ©rents mĂ©canismes de consensus et diffĂ©rentes solutions de scalabilitĂ©, comme le sharding, les sidechains et les canaux d'Ă©tat.

Introduction

En termes simples, une blockchain est une base de donnĂ©es numĂ©rique distribuĂ©e. Les blocs de donnĂ©es sont organisĂ©s par ordre chronologique. Les blocs sont liĂ©s et sĂ©curisĂ©s par des preuves cryptographiques. La mise en Ɠuvre de cette technologie dans diffĂ©rents secteurs change dĂ©jĂ  notre façon de travailler et de vivre. 

L’idĂ©e est que les blockchains dĂ©centralisĂ©es et sĂ©curisĂ©es permettent de crĂ©er un monde oĂč nous n’avons pas besoin de compter sur des tiers pour assurer le fonctionnement des rĂ©seaux ou des marchĂ©s. Toutefois, les experts conviennent gĂ©nĂ©ralement que si cette technologie doit ĂȘtre adoptĂ©e plus largement, il existe un problĂšme de base qui doit ĂȘtre rĂ©solu. Le problĂšme en question est connu sous le nom de « trilemme de la blockchain ».

Ce terme a Ă©tĂ© popularisĂ© par le cofondateur d’Ethereum, Vitalik Buterin. Pour que cela ait un sens, vous devez ĂȘtre conscient de trois Ă©lĂ©ments diffĂ©rents qui sont souhaitables dans une blockchain : la dĂ©centralisation, la sĂ©curitĂ© et la scalabilitĂ©. Le trilemme de la blockchain fait rĂ©fĂ©rence au fait qu’il est difficile pour les blockchains d’atteindre simultanĂ©ment des niveaux optimaux dans les trois caractĂ©ristiques. AmĂ©liorer une caractĂ©ristique se fait gĂ©nĂ©ralement au dĂ©triment d'une autre.

Cet article couvrira les trois Ă©lĂ©ments du trilemme et expliquera plus en dĂ©tail 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 prĂ©sentera Ă©galement certaines des solutions proposĂ©es par les dĂ©veloppeurs.

Qu'est-ce que la décentralisation ?

Bitcoin et les rĂ©seaux blockchain similaires sont dĂ©centralisĂ©s par conception. L'ensemble de la structure est conçue de sorte qu'il n'y ait pas une seule personne ou organisation qui dĂ©tienne le pouvoir. Elle est dĂ©centralisĂ©e. La couche rĂ©seau est ouverte Ă  toute personne souhaitant participer. Par consĂ©quent, le contrĂŽle est entiĂšrement distribuĂ© plutĂŽt que dĂ©tenu par une seule entitĂ©. Tout le monde a accĂšs aux mĂȘmes donnĂ©es. Si quelqu’un essaie de tromper le systĂšme en modifiant les enregistrements en leur faveur, le reste des participants rejettera les donnĂ©es erronĂ©es.

Cela peut devenir assez technique, mais prenons le rĂ©seau Bitcoin comme exemple. Il n'y a pas de tiers en charge du contrĂŽle du rĂ©seau. Comparez cela avec la nĂ©cessitĂ© d'avoir des banques dans le systĂšme financier. Les banques assurent la confiance entre les personnes effectuant des transactions et veillent Ă  ce que tous les historiques soient conservĂ©s correctement. Cependant, la blockchain Bitcoin partage toutes ces donnĂ©es avec tous les membres du rĂ©seau, de sorte qu'elles puissent ĂȘtre vĂ©rifiĂ©es et confirmĂ©es avant d'ĂȘtre ajoutĂ©es Ă  la base de donnĂ©es numĂ©rique. Le rĂ©sultat est un systĂšme qui peut exister sans avoir besoin de tiers de confiance.

La dĂ©centralisation permet l'Ă©mergence 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 contrĂŽlĂ©s par les entreprises, mais avec du contenu crĂ©Ă© par les utilisateurs. Le Web3 est la prochaine Ă©tape. C'est un Internet oĂč la technologie blockchain dĂ©centralisĂ©e permet aux gens de contrĂŽler leurs propres donnĂ©es et leurs vies en ligne. 

Une chose Ă  noter, cependant, est qu’en raison du fonctionnement de ces systĂšmes distribuĂ©s, avec la nĂ©cessitĂ© pour un large Ă©ventail de participants de s’entendre sur la validitĂ© de toutes les donnĂ©es, les temps de transaction peuvent ĂȘtre longs en raison de la façon dont l’information doit ĂȘtre partagĂ©e et traitĂ©e. Par consĂ©quent, les blockchains doivent Ă©voluer, c'est-Ă -dire ĂȘtre capables de traiter plus de donnĂ©es Ă  des vitesses plus rapides. Nous reviendrons Ă  ce point lors de la discussion sur la scalabilitĂ©.

En outre, le rĂȘve de la dĂ©centralisation ne peut exister que si les blockchains sous-jacentes sont sĂ©curisĂ©es. Si une blockchain manque de sĂ©curitĂ©, un mauvais acteur peut prendre le contrĂŽle et modifier les donnĂ©es en sa faveur. Cela nous amĂšne Ă  la deuxiĂšme partie du trilemme : la sĂ©curitĂ©.

Qu’est-ce que la sĂ©curitĂ© sur la blockchain ?

La dĂ©centralisation d'une blockchain n'a de valeur que si elle manque de sĂ©curitĂ©. Un bon rĂ©seau blockchain doit rĂ©sister aux attaques provenant d'entitĂ©s malveillantes. Les systĂšmes centralisĂ©s tirent leur sĂ©curitĂ© du fait que leur systĂšme est fermĂ©. Celui qui a le contrĂŽle peut garantir que les donnĂ©es sont exemptes d’interfĂ©rences. Mais comment cela est-il rĂ©alisĂ© dans un systĂšme dĂ©centralisĂ© oĂč tout le monde peut participer ?

C'est un sujet complexe, mais nous pouvons revenir au Bitcoin comme exemple de sĂ©curitĂ© dĂ©centralisĂ©e de la blockchain. La blockchain Bitcoin utilise une combinaison de cryptographie et d’un mĂ©canisme de consensus de rĂ©seau appelĂ© preuve de travail (PoW). En matiĂšre de cryptographie, chaque bloc possĂšde une sorte de signature numĂ©rique (ou hachage). Chaque bloc de donnĂ©es est connectĂ© d'une maniĂšre qui ne peut pas ĂȘtre altĂ©rĂ©e, car toute modification modifierait le hachage d'un bloc. Toute tentative de modification des donnĂ©es serait rapidement identifiĂ©e par le reste du rĂ©seau.

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 problÚme de scalabilité, car le mécanisme PoW est sécurisé mais relativement lent.

Notez Ă©galement que plus il y a de participants (nƓuds) dans le rĂ©seau, plus il est sĂ©curisĂ©. Plus le nombre de parties est Ă©levĂ©, plus il devient difficile pour un acteur malveillant de prendre le contrĂŽle du systĂšme. C'est ce qu'on appelle l'attaque Ă  51 %. En rĂ©sumĂ© : si une seule entitĂ© (ou un groupe d'acteurs malveillants) peut contrĂŽler plus de 50 % du taux de hachage total du rĂ©seau d’une blockchain, elle serait en mesure de passer outre le consensus et de modifier les donnĂ©es de la chaĂźne Ă  leur avantage, telles que la double dĂ©pense de tokens. 

En bref, la sĂ©curitĂ© est une exigence fondamentale pour qu’une blockchain fonctionne car, sans elle, les attaquants peuvent prendre le contrĂŽle de la chaĂźne, la rendant inutile.

Qu'est-ce que la scalabilité ?

La scalabilitĂ© fait rĂ©fĂ©rence Ă  l'objectif de crĂ©er une blockchain capable de prendre en charge de plus en plus de transactions par seconde. Elle est nĂ©cessaire si la technologie blockchain doit servir la sociĂ©tĂ© au sens large et peut-ĂȘtre des milliards d’utilisateurs. Mais c'est lĂ  que beaucoup de blockchains rencontrent encore des difficultĂ©s. 

Cela s'explique par le fait que la dĂ©centralisation et la sĂ©curitĂ© sont si fondamentales pour la blockchain qu'elles ont tendance Ă  constituer la prioritĂ©. La dĂ©centralisation est si importante pour l'Ă©thique et les objectifs de la blockchain qu'elle est au cƓur des blockchains les plus reconnues. La sĂ©curitĂ©, comme nous en avons discutĂ©, est une exigence essentielle pour qu’une blockchain soit fonctionnelle et utile.

Cependant, en priorisant la dĂ©centralisation et la sĂ©curitĂ©, atteindre la scalabilitĂ© est complexe. Le nombre de transactions qu'une chaĂźne peut traiter peut ĂȘtre considĂ©rablement limitĂ©. Un systĂšme de paiement centralisĂ© tel que Visa indique qu’il est capable de prendre en charge 24 000 transactions par seconde. Cela est dĂ» au fait que le rĂ©seau est fermĂ© et exempt de considĂ©rations telles que les nƓuds 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 deuxiÚme réseau le plus populaire, était limité à environ 15 par seconde, une performance trÚs lointaine de celle des exchanges conventionnels. »

Comme mentionnĂ©, ces vitesses de transaction blockchain sont limitĂ©es en raison de la façon dont les informations doivent ĂȘtre traitĂ©es par les diffĂ©rents participants qui composent le rĂ©seau dĂ©centralisĂ© et de la nature du mĂ©canisme de consensus PoW lui-mĂȘme. Si de plus en plus de personnes dans la sociĂ©tĂ© commencent Ă  utiliser la technologie blockchain, les rĂ©seaux seront surchargĂ©s en raison du nombre limitĂ© de transactions qu'elles peuvent gĂ©rer.

Pourquoi le trilemme blockchain existe-t-il ?

La solution la plus Ă©vidente et la plus basique au problĂšme dĂ©crit ci-dessus consiste Ă  rĂ©duire le nombre de participants confirmant et ajoutant aux donnĂ©es rĂ©seau en Ă©change d'une plus grande scalabilitĂ© et d'une vitesse accrue. Toutefois, cela entraĂźnerait un affaiblissement de la dĂ©centralisation avec un contrĂŽle confiĂ© Ă  un plus petit nombre de participants. Et cela conduirait Ă©galement Ă  un affaiblissement de la sĂ©curitĂ©, car moins de participants signifie un risque plus Ă©levĂ© 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 ? 

RĂ©soudre le trilemme de la blockchain

Il n’y a pas de solution magique au trilemme. Mais Ă©tant donnĂ© l’importance de rĂ©soudre ce problĂšme, il y a eu un certain nombre d’approches diffĂ©rentes au sein de la communautĂ© avec des rĂ©sultats intĂ©ressants. Passons en revue certains des dĂ©veloppements les plus populaires pour vous donner une idĂ©e de ce qui se passe dans l’espace :

1. Sharding

Il s’agit d’une mĂ©thode de division des blockchains (ou d’autres types de bases de donnĂ©es) en blockchains plus petites et partitionnĂ©es qui gĂšrent des segments de donnĂ©es spĂ©cifiques. Cette configuration diminue la charge sur une blockchain unique qui gĂšrerait toutes les transactions et interactions sur un rĂ©seau. Chaque blockchain partitionnĂ©e est connue sous le nom de shard et possĂšde son registre propre. Ces shards peuvent ensuite traiter leurs propres transactions, mais une blockchain « beacon » principale gĂšre les interactions entre les shards. Cela fait du partitionnement une solution de scalabilitĂ© du rĂ©seau de couche 1, car il s’agit d’une modification du rĂ©seau principal d’une blockchain.

2. Changement du mécanisme de consensus

L’une des raisons pour lesquelles le trilemme existe dans le rĂ©seau Bitcoin est la façon dont la PoW fonctionne pour assurer la sĂ©curitĂ©. Le besoin de mineurs, d'algorithmes de cryptomonnaie et d'Ă©normes quantitĂ©s de puissance informatique dĂ©centralisĂ©e conduit Ă  un systĂšme sĂ©curisĂ©, mais lent. Trouver un autre moyen de sĂ©curiser le consensus est une approche pour rĂ©soudre le trilemme. C'est l'une des raisons pour lesquelles Ethereum est passĂ© de la PoW Ă  la Preuve d'enjeu (PoS).

Dans les blockchains PoS, les participants impliquĂ©s dans la validation des transactions doivent staker (verrouiller) leurs tokens. Il n'est pas nĂ©cessaire d'avoir des machines de minage hautement spĂ©cialisĂ©es. Ajouter plus de validateurs au rĂ©seau est moins cher, plus simple et plus accessible. La PoS n’est qu’un des nombreux mĂ©canismes de consensus permettant une meilleure scalabilitĂ©. 

3. Solutions de couche 2

Le sharding et les diffĂ©rents mĂ©canismes de consensus sont ce que l’on appelle des solutions de couche 1. Ils cherchent Ă  changer la conception fondamentale du rĂ©seau sous-jacent. Cependant, d’autres dĂ©veloppeurs cherchant Ă  rĂ©soudre le trilemme ont travaillĂ© sur des solutions qui s’appuient sur une structure rĂ©seau existante. En d'autres termes, ils pensent que la rĂ©ponse se trouve dans la crĂ©ation d'une deuxiĂšme couche, ou couche 2. Par exemple : les sidechains et canaux d'Ă©tat.

Une sidechain est essentiellement une blockchain Ă  part entiĂšre connectĂ©e Ă  la chaĂźne principale. Elle est configurĂ©e de maniĂšre Ă  ce que les actifs puissent circuler librement entre les deux. Il est important de noter que la sidechain peut fonctionner selon diffĂ©rentes rĂšgles, ce qui permet une vitesse et une scalabilitĂ© plus Ă©levĂ©es. De mĂȘme, les canaux d'Ă©tat sont un autre moyen de retirer les transactions de la chaĂźne principale et d'attĂ©nuer la pression sur la couche 1. Un canal d'Ă©tat utilise un smart contract, plutĂŽt qu'une chaĂźne distincte, pour permettre aux utilisateurs d'interagir entre eux sans publier leurs transactions sur la blockchain. La blockchain enregistre uniquement les Ă©tats de dĂ©but et de fin du canal.

Pour conclure

Le trilemme de la scalabilitĂ© est un obstacle pour la blockchain lorsqu'il s'agit de rĂ©aliser son potentiel technologique dans le monde. Si les rĂ©seaux blockchain ne peuvent gĂ©rer qu’un petit nombre de transactions par seconde afin de maintenir la dĂ©centralisation et la sĂ©curitĂ©, il sera difficile d’atteindre une adoption massive. Toutefois, les solutions actuellement mises en place par les dĂ©veloppeurs qui cherchent Ă  rĂ©soudre ce problĂšme suggĂšrent que les avancĂ©es technologiques continueront Ă  proposer des amĂ©liorations, et qu'ainsi ces rĂ©seaux pourraient bien ĂȘtre en mesure de gĂ©rer beaucoup plus de donnĂ©es Ă  l'avenir.