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Blockchains et scalabilité : les actuelles pistes d’amélioration

Par Floriane le 11/09/2018 (Technologie)
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La scalabilité est très certainement l’enjeu principal des réseaux de Blockchain actuels, pour beaucoup engorgés par le nombre croissant de transactions passées chaque seconde. Les réseaux Bitcoin et Ethereum sont les premiers à souffrir de leur manque de scalabilité. Les initiatives pour remédier à ce problème sont cependant nombreuses et il s’agit aujourd’hui de déterminer quelles seront les solutions les plus efficaces pour améliorer la performance des réseaux à court, moyen et long termes.

Augmenter la taille des blocs pour plus de scalabilité

Lorsqu’un réseau de blockchain est congestionné, deux problèmes majeurs se posent : la lenteur des transactions et l’explosion des coûts de transaction. Pour y remédier, la première solution à laquelle les mineurs ont souvent recours est l’augmentation de la taille des blocs. L’exemple le plus connu reste le fork du Bitcoin Cash, faisant passer la taille des blocs de 1 Mo à 8 Mo, puis à 32 Mo, le but étant d’augmenter le nombre de transactions par seconde.

L’augmentation de la taille des blocs a cependant ses limites, et les mineurs essaient désormais de l’éviter autant que possible. Car plus les blocs sont lourds, moins il existe de nœuds capables de les gérer. La situation aboutit donc à la création de blocs ‘orphelins’, non rémunérés sur la blockchain Bitcoin et faiblement rémunérés sur Ethereum (où l’on a coutume de les appeler les « uncles »).

A long terme, l’augmentation de la taille des blocs est donc une solution très imparfaite que l’on ne peut considérer comme une réponse efficace pour améliorer la scalabilité du Bitcoin ou de l’Ethereum.

Bitcoin : une meilleure scalabilité grâce au Lightning Network

Le problème de scalabilité du Bitcoin n’est pas récent mais se pose particulièrement depuis l’année 2017, à partir de laquelle les transactions en Bitcoin sont progressivement devenues de plus en plus longues pour atteindre la dizaine de minutes. Pour désengorger le réseau, la meilleure solution opérationnelle est le Lightning Network.

Proposé en 2015 par les développeurs Joseph Poon et Thaddeus Dyria, le Lightning Network est un protocole supplémentaire prenant la forme d’une surcouche permettant de passer des transactions off chain. Le but est de stocker la majeure partie des informations sur le Lightning Network pour alléger le réseau Bitcoin et améliorer sa scalabilité. Le Lightning Network se distingue des solutions proposées jusqu’ici en proposant des canaux de paiements bidirectionnels, qui accroissent considérablement les fonctionnalités du réseau. Les transactions engagent systématiquement les deux parties concernées avec une transaction d’ouverture et une transaction de fermeture. Les transactions sont à la fois rapides et sécurisées.

De plus en plus utilisé, le Lightning Network a aujourd’hui 11 000 canaux ouverts (transitant par 3 000 nœuds) et son réseau a dépassé la capacité de 100 bitcoins (nb : les données mises à jour du LN sont accessibles ici).

Pour l’instant, le Lightning Network s’impose comme la meilleure solution opérationnelle pour désengorger le réseau Bitcoin et accompagner son adoption au sein du grand public.

Ethereum : de nombreuses solutions envisagées

La communauté Ethereum aborde la question différemment, les développeurs d’Ethereum explorant aujourd’hui de nombreuses pistes pour améliorer la scalabilité de la blockchain et ainsi faire face aux problèmes de congestion du réseau.

La fondation a en effet ouvert un programme offrant des bourses aux développeurs capables d’apporter des solutions à son problème de scalabilité. A moyen terme, les pistes principales sont :

  • L’amélioration des performances de la machine virtuelle d’Ethereum (afin que les nœuds puissent supporter plus de transactions pour diminuer le nombre de blocs « uncles »)
  • La multiplication de calculs off chain, basés sur une logique similaire à celle du Lightning Network avec des nuances au niveau opérationnel
  • Le recours aux sidechains, comme Polkadot, Cosmos, Plasma, ou encore les State Channels

Ethereum poursuit des projets de recherche sur l’EVM, sa machine virtuelle, et envisage la migration vers EWASM (WebAssembly), qui permet d’exécuter le code nettement plus rapidement. L’amélioration des performances de la machine Ethereum, qui manipule actuellement des objets à 256 bits, est indispensable pour pouvoir diminuer le nombre de blocs orphelins malgré l’augmentation de la taille des blocs. Elle ne suffira cependant pas, à elle seule, à assurer une scalabilité suffisante du réseau face à sa sollicitation croissante.

Les calculs hors chaîne, eux, permettent une meilleure viabilité du modèle sur le long terme. Des projets comme iExec, Oraclize ou encore TrueBit permettent d’exécuter un calcul off chain afin de libérer le réseau d’une immense partie des transactions.  iExec est l’un des projets les plus prometteurs en la matière. Basé sur un cloud décentralisé, il permet d’utiliser une puissance de calcul externe à la blockchain Ethereum pour exécuter un smart contract.

Plus sophistiquées, les sidechains offrent une scalabilité encore bien meilleure et sont très certainement l’un des modèles qui trouvera le plus de succès parmi les blockchains de nouvelle génération. Elles sont formées d’une chaîne principale et de chaînes enfants. Ces chaînes peuvent être totalement indépendantes les unes des autres ou bien peuvent communiquer entre elles, comme c’est le cas sur la chaîne Polkadot ou sur Cosmos (ce dernier étant l’un des protocoles d’interopérabilité les plus avancés).

L’un des projets de sidechains les plus connus est le projet Plasma, sur lequel travaille Joseph Poon parallèlement au Lightning Network. Ce projet consiste à utiliser un smart contract appelé Plasma et de pouvoir y déposer ses ethers. Ces derniers apparaissent alors dans une side chain sur laquelle on peut soi-même définir le système de validation. La grande particularité du projet Plasma est d’offrir une sécurité supplémentaire car, en cas de problème, il est possible de sortir des ethers du smart contract initial.

Les State Channels, comme Funfair ou Raiden Network, ont connu un franc succès dans l’année 2017 mais sont cependant moins performantes que les sidechains à part entière. Elles permettent à plusieurs participants d’interagir entre eux et de se mettre d’accord sur l’état d’un smart contract. Dans un tel système, un utilisateur ne dépend que des utilisateurs du State Channel considéré, contrairement à une sidechain qui englobe en son protocole tous les membres du réseau.

Mais ces propositions sont également challengées par des solutions plus récentes et se voulant plus performantes et/ou plus sécurisées.

Liquidity Network et Striim, deux nouveaux challengers

Le Liquidity Network a récemment clôt son ICO et levé environ 23,6 millions de dollars. L’équipe souligne le manque de viabilité économique du Lightning Network et du Raiden Network, qui exigent tous deux d’importantes garanties pour verrouiller chaque transaction. Le Liquidity Network rappelle cependant que les transactions on chain restent trop coûteuses et que nous devons à tout prix nous orienter vers un modèle de calcul off chain pour continuer à désengorger les réseaux. Le réseau Liquidity prend donc en charge les paiements off chain via ce qu’il appelle le Liquidity Exchange : il s’agit d’un échange qui effectue des atomic swaps (c'est-à-dire l'échange d'une crypto-monnaie avec une autre cryptomonnaie sans qu'il soit nécessaire de faire confiance à un tiers). Cependant, les fonds ne sont plus verrouillés entre deux utilisateurs : l’utilisateur rejoint un hub et peut échanger avec n’importe quel autre membre du hub off chain.

Hubii rejoint également le jeu en proposant la plateforme Striim, unique sur le marché. Comme pour le Liquidity Network, l’approche se distingue par son architecture, qui prévoit l’exécution des transactions off chain, tout en reposant sur un protocole de blockchain décentralisée pour garantir la sécurité du réseau. Striim entend se distinguer de la concurrence en offrant une sécurité très supérieure grâce à un protocole hybride. Le système prévoit notamment la possibilité pour chaque membre du réseau Ethereum de valider des transactions et d’envoyer des preuves de fraudes aux smart contracts Hubii, encourageant la délation pour lutter contre les comportements malveillants.

Il reste encore beaucoup à faire pour garantir une meilleure scalabilité des blockchains Bitcoin et Ethereum. Cependant, l’immense travail de la communauté des développeurs offre aujourd’hui un vaste champ des possibles, à explorer de près pour calculer la viabilité et la rentabilité de chaque modèle.

Disclaimer : ce type d'investissements étant hautement spéculatifs, les divers contenus publiés ici ne constituent en rien une incitation à investir, ni une garantie de succès. Prudence donc. Et si vous décidez de vous lancer, ne le faites qu’avec des montants que vous pouvez vous permettre de perdre.

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