Pourquoi la blockchain a-t-elle besoin de solutions en couches : comparaison approfondie entre Layer 1 et Layer 2

Dilemme fondamental de la blockchain

Lorsque la technologie blockchain commence à être appliquée, une question incontournable se pose : comment garantir la sécurité et la décentralisation tout en traitant un volume massif de transactions ? C’est ce qu’on appelle le “triangle d’or de la blockchain” — les développeurs doivent arbitrer entre décentralisation, sécurité et scalabilité, ce qui rend difficile la réalisation parfaite des trois en même temps.

Quelle est la différence entre Layer 1 et Layer 2

Avant de discuter des solutions d’extension, il est essentiel de comprendre la différence fondamentale entre ces deux concepts.

Layer 1 (première couche) désigne l’infrastructure de base de la blockchain, comme Bitcoin et Ethereum, qui gèrent le règlement final de toutes les transactions. Ces chaînes disposent d’un mécanisme de consensus complet, de la disponibilité des données et d’un environnement d’exécution, constituant la “chaîne principale” de l’écosystème.

Layer 2 (deuxième couche) est une solution d’extension construite au-dessus de la chaîne principale. Elle déplace une partie du traitement des transactions hors chaîne ou sur des chaînes latérales, puis soumet le résultat à la chaîne principale. La différence clé : Layer 1 modifie le protocole de base lui-même, tandis que Layer 2 accélère les transactions via des canaux séparés.

Comment fonctionnent les solutions d’extension Layer 1

Sharding (partitionnement)

Le sharding divise l’état global de la blockchain en plusieurs segments, appelés “shards”. Contrairement au traitement séquentiel des transactions, chaque shard peut traiter des transactions simultanément, ce qui augmente considérablement le débit du réseau.

Par exemple, Zilliqa utilise une solution de “sharding transactionnel”, regroupant les transactions pour qu’elles soient vérifiées en parallèle par différents shards. Chaque shard peut communiquer entre eux via un protocole inter-shard pour échanger adresses, soldes et états.

Optimisation du mécanisme de consensus

Passer de la preuve de travail (PoW) à la preuve d’enjeu (PoS) est une autre voie clé. La PoS ne nécessite pas de calculs intensifs de la part des mineurs, mais demande aux détenteurs de tokens de verrouiller leurs actifs pour valider les blocs. Cela réduit la consommation d’énergie et augmente la capacité de traitement par seconde (TPS).

L’exemple typique est la mise à niveau d’Ethereum — passant de PoW à PoS, avec pour objectif d’atteindre 100 000 TPS, contre environ 30 TPS actuellement sur le réseau principal.

SegWit (Segregated Witness)

Bitcoin a adopté une autre approche avec SegWit : séparer les signatures numériques du reste des données de transaction. Comme celles-ci occupent environ 65 % de la taille d’une transaction, leur séparation permet de réduire la taille d’une transaction à un quart, permettant d’en contenir davantage dans un même bloc.

L’avantage de SegWit est sa compatibilité rétroactive — les nœuds mis à jour et ceux non mis à jour peuvent communiquer normalement, assurant une transition en douceur.

Avantages des solutions Layer 1

• Pas besoin de chaînes supplémentaires : modification directe du protocole de base pour augmenter la capacité
• Solution fondamentale : amélioration du consensus, augmentation de la taille des blocs ou accélération de la production de blocs pour améliorer la scalabilité à la source
• Efficacité à long terme : contrairement aux solutions temporaires, les améliorations Layer 1 ont un effet durable
• Maintien de la décentralisation : processus de mise à niveau ouvert, garantissant que le réseau reste contrôlé par la communauté plutôt que par quelques entités
• Réduction des frais : moins de congestion permet aux utilisateurs d’éviter de payer des primes pour occuper l’espace dans les blocs

Limites des solutions Layer 1

• Diminution des revenus des mineurs/validateurs : la transition de PoW à PoS peut réduire les gains de certains participants, affectant leur engagement
• Limitations matérielles des nœuds : la capacité de stockage et la bande passante d’un nœud individuel peuvent limiter la performance globale du réseau
• Problème de congestion : avec l’augmentation du TPS, la quantité de données transmises augmente aussi, ce qui peut créer de nouveaux goulots d’étranglement
• Complexité des transactions inter-shards : la coordination entre shards est encore en développement, et la communication inter-shards peut entraîner des latences

Comment fonctionnent les solutions d’extension Layer 2

Rollups optimistes (Optimistic Rollups)

Les rollups optimistes exécutent les transactions et contrats intelligents hors chaîne, puis écrivent les données de transaction sur la chaîne principale. Ces solutions partent du principe “optimiste” — en supposant que toutes les transactions sont valides, sauf preuve contraire.

Arbitrum est un exemple représentatif. Il offre un débit supérieur et des coûts plus faibles sur Ethereum tout en conservant la sécurité de la chaîne Ethereum. Arbitrum a introduit son propre jeton de gouvernance, ARB, et s’oriente vers une organisation autonome décentralisée (DAO).

Optimism utilise également la technologie de rollup optimiste pour étendre l’écosystème Ethereum. À ce jour, il regroupe 97 protocoles, dont Synthetix, Uniswap et Velodrome, avec une valeur totale verrouillée (TVL) dépassant 500 millions de dollars. Les utilisateurs n’ont qu’à ajouter le réseau Optimism dans leur portefeuille MetaMask et bridger leurs ETH ou autres actifs pour l’utiliser.

State Channels (Canaux d’état)

Les canaux d’état permettent aux parties de réaliser plusieurs transactions hors chaîne sans avoir à les diffuser à chaque fois sur le réseau. En réduisant le nombre de transactions sur la chaîne, ils augmentent le débit global et réduisent les coûts.

Lightning Network est la solution de canal d’état la plus réussie dans l’écosystème Bitcoin. Elle permet des micro-paiements rapides et peu coûteux hors chaîne, avec une confirmation quasi instantanée. Son empreinte énergétique est bien inférieure à celle de la chaîne principale Bitcoin, ce qui correspond aux exigences modernes en matière d’énergie verte.

Dans la pratique, Nostr (réseau social décentralisé) utilise Lightning pour envoyer et recevoir de petites récompenses ; Strike permet des transferts transfrontaliers rapides et peu coûteux via Lightning ; OpenNode et autres processeurs de paiement permettent aux commerçants d’accepter Bitcoin et de régler immédiatement.

Chaînes latérales (Sidechains)

Les chaînes latérales sont des blockchains indépendantes reliées à la chaîne principale via un mécanisme de liaison bidirectionnelle. Elles disposent de leur propre mécanisme de consensus, pouvant être optimisées pour certains types de transactions, ce qui augmente l’efficacité et réduit les coûts.

Les sidechains ne bénéficient pas de la sécurité intégrale de la chaîne principale, et les utilisateurs doivent faire confiance à leurs nœuds et processus de consensus. Cependant, cette conception offre plus de liberté aux développeurs — ils peuvent expérimenter de nouvelles fonctionnalités sur ces chaînes sans compromettre la stabilité de la chaîne principale.

Polygon PoS, Skale et RSK sont des exemples de sidechains bien connus. Polygon vise à créer un “Internet de blockchains” permettant aux développeurs de déployer rapidement des chaînes compatibles avec Ethereum. Anciennement appelé Matic Network, il a été renommé pour refléter son rôle d’infrastructure multi-chaînes. La valeur totale verrouillée dans l’écosystème DeFi de Polygon est d’environ 1,3 milliard de dollars, supportant des protocoles majeurs comme Compound et Aave.

Avantages des solutions Layer 2

• Transactions rapides : traitement hors chaîne qui réduit considérablement le temps de confirmation
• Frais faibles : moins d’opérations sur la chaîne, coût utilisateur réduit
• Sécurité préservée : via un règlement périodique avec Layer 1, garantissant la finalité des transactions
• Flexibilité d’application : différentes solutions Layer 2 peuvent être optimisées pour divers cas d’usage
• Déploiement rapide : plus facile à faire évoluer que la modification du protocole Layer 1

Défis des solutions Layer 2

• Limitations transactionnelles : certains protocoles Layer 2 peuvent ne pas être entièrement compatibles avec d’autres Layer 2 ou la chaîne principale, fragmentant l’écosystème
• Fragmentation de la liquidité : la coexistence de plusieurs Layer 2 disperse encore plus la liquidité limitée
• Expérience utilisateur complexe : gestion de plusieurs ponts et comptes pour gérer ses actifs, ce qui augmente la charge pour l’utilisateur
• Difficulté d’accès : la structure multilayer nécessite plus d’étapes pour connecter et gérer ses actifs

Applications concrètes en cours

Secteur financier

Dans l’écosystème Ethereum, MakerDAO utilise des contrats intelligents pour fournir une stablecoin DAI adossée à Ether, maintenant une parité avec le dollar. Lightning Network permet une transformation du Bitcoin en une véritable monnaie électronique point à point — micro-paiements, transferts rapides, transactions en jeu — avec une consommation d’énergie négligeable comparée à la chaîne principale.

Marché NFT

Ethereum est la plateforme principale pour les NFT, permettant la transfert de valeur pour l’art, la musique et d’autres contenus numériques via des jetons non fongibles. Polygon réduit encore plus les barrières d’entrée — frais minimes — rendant le marché NFT plus accessible aux utilisateurs ordinaires.

Écosystème gaming

En juillet 2021, Polygon a lancé Polygon Studios, dédié à la migration des jeux du Web 2.0 vers le Web 3.0. Ce studio offre un soutien marketing, la construction de communautés et des ressources d’investissement. Grâce à la scalabilité de Polygon, la vitesse de transaction, la latence réseau et le débit des jeux ont été améliorés, et l’efficacité des échanges NFT s’est considérablement accrue.

Que changera Ethereum 2.0

La feuille de route d’Ethereum (incluant la transition terminée avec The Merge et les solutions de sharding planifiées) représente la dernière avancée dans l’optimisation du Layer 1. Après mise à niveau, Ethereum vise environ 100 000 TPS, bien au-delà des 30 TPS actuels.

Mais cela ne signifie pas que Layer 2 sera remplacé. Au contraire, le rôle de Layer 2 dans l’écosystème Ethereum pourrait devenir encore plus crucial :

• La mise à niveau de Layer 1 ne résout qu’en partie la scalabilité
• Layer 2 offre des solutions plus avancées pour les opérations DeFi complexes et l’interopérabilité entre protocoles
• La combinaison des deux couches maximise l’efficacité de tout l’écosystème

Par exemple, des projets comme Polygon développent des cadres inter-chaînes pour réduire progressivement les barrières entre différents Layer 2.

Comparaison directe entre Layer 1 et Layer 2

Feuille de route hybride pour l’avenir

Les projets les plus avancés ont compris qu’une solution unique ne peut répondre parfaitement à tous les scénarios. La voie future consiste à :

• Combiner les optimisations fondamentales de Layer 1 avec la scalabilité flexible de Layer 2
• Utiliser la technologie inter-chaînes pour réduire les frictions entre différentes solutions
• Permettre aux utilisateurs de basculer librement selon leurs besoins entre différents niveaux

Cette stratégie hybride garantit à la fois la sécurité et la décentralisation, tout en améliorant considérablement le débit et l’expérience utilisateur.

Perspectives

Le développement des technologies d’extension de la blockchain est crucial pour l’adoption massive des cryptomonnaies. Avec la maturation continue des solutions Layer 1 et Layer 2, un écosystème plus rapide, moins coûteux, et plus efficace se construit. La DeFi, les jeux, les paiements et autres applications prospéreront en conséquence.

Il ne s’agit pas seulement d’une avancée technologique, mais aussi d’un passage obligé pour intégrer les actifs numériques et les contrats intelligents dans la vie quotidienne. Pour ceux qui veulent participer à cette révolution, c’est le moment idéal.