Qu’est-ce que le trilemme des blockchains ?

L’inauguration de la blockchain a jeté les bases d’un écosystème avancé dans lequel les utilisateurs peuvent effectuer des transactions et créer des actifs sur le réseau décentralisé. La technologie blockchain promeut trois concepts principaux qui sont à l’origine des progrès réalisés aujourd’hui dans le secteur cryptographique : la décentralisation, la sécurité et l’évolutivité. Cette technologie innovante nous a permis d’explorer diverses solutions de transaction, d’exploitation, de création et de monétisation sur la blockchain. Cependant, il est difficile d’optimiser toutes les capacités de la blockchain en même temps.

La technologie blockchain fait face à un paradoxe qui l’empêche d’atteindre son plein potentiel. Découvrons ensemble quel est ce défi et s’il est possible de le surmonter.

Le trilemme de la blockchain expliqué 

La blockchain promeut l’idée que les applications et les transactions peuvent être effectuées sans attendre l’approbation d’un tiers. Elle élimine le besoin d’une entité centrale qui stocke des informations privées et confidentielles.

Cette idée exige que les plateformes blockchain optimisent la sécurité, la décentralisation et l’évolutivité. Cependant, le défi actuel est d’optimiser ces trois éléments à des niveaux élevés, ce que le cofondateur d’Ethereum, Vitalik Buterin, a appelé le « trilemme de la blockchain ».

D’après la définition du mot trilemme, il s’agit d’une situation où quelqu’un doit prendre une décision à partir de trois alternatives. Dans ce cas, le défi consiste à optimiser la décentralisation, l’évolutivité et la sécurité au même rythme.

Il s’agit d’un trilemme car le développement d’un aspect se fait au détriment d’un autre. Par exemple, l’amélioration de l’évolutivité de la blockchain peut conduire à un compromis sur la sécurité, ce qui va à l’encontre des principes de base de la blockchain.

Dans sa dernière mise à jour, Ethereum 2.0 prétendait résoudre ce paradoxe. Cependant, cette nouvelle itération est encore en phase d’introduction progressive, et on ne sait pas quand et comment elle le résoudra.

Examinons plus en détail les trois éléments du trilemme, ce que chacun d’entre eux signifie pour la blockchain et comment ils y contribuent.

Évolutivité

Une blockchain évolutive fonctionne efficacement pendant les périodes de pointe du réseau et peut être utilisée dans plusieurs systèmes de protocole de blockchain pour prendre en charge différents cas d’utilisation.

L’évolutivité est une caractéristique essentielle de la blockchain : elle lui permet de fonctionner avec plusieurs réseaux de blockchain et donne aux développeurs la possibilité de créer et d’exploiter des actifs numériques, des applications financières et des applications décentralisées. 

Les blockchains hautement évolutives permettent aux développeurs de lancer leurs dApps sur plusieurs plateformes décentralisées sans compromettre tout ce qui touche la fonctionnalité ou encore la facilité d’utilisation.

Cependant, l’évolutivité est un problème critique pour la blockchain aujourd’hui en termes de débit de traitement des transactions, compte tenu du nombre de nœuds de validation et d’utilisateurs actifs.

Certaines blockchains peuvent traiter entre 4 000 et 6 000 transactions par seconde. Cependant, cela est possible lorsque de nombreux nœuds sont disponibles et doivent servir seulement 50 000 utilisateurs en ligne. La question qui se pose ici est la suivante : la blockchain sera-t-elle capable de maintenir des chiffres similaires de transactions par seconde lorsqu’elle servira des millions d’utilisateurs?

Si nous comparons le réseau Bitcoin aux plateformes de médias sociaux conventionnelles, Facebook et Twitter accueillent bien plus d’utilisateurs mensuels que les portefeuilles actifs dans la blockchain BTC. 

La blockchain BTC hébergeait 22 millions de portefeuilles actifs en 2021, tandis que Facebook avait presque 3 milliards d’utilisateurs actifs la même année. Cela signifie que les réseaux de blockchain ont encore un long chemin à parcourir pour maintenir des performances élevées.

Décentralisation

La décentralisation est la caractéristique principale du Web 3.0, qui est à l’origine de la plupart des mises à jour actuelles dans les industries de la blockchain, des crypto-monnaies et des applications. Les réseaux décentralisés impliquent qu’aucune autorité centrale ne gère ou ne contrôle la structure, mais que l’autorité est partagée entre les utilisateurs.

Revenons sur le fonctionnement d’un réseau décentralisé. Il s’agit d’une structure sans permission qui permet de réaliser des transactions basées sur des règles établies sans l’intervention de systèmes centralisés.

Les mineurs jouent un rôle essentiel dans ce réseau : ce sont des machines informatiques qui résolvent des équations complexes pour confirmer les transactions dans la blockchain. En échange, les mineurs ou les validateurs de nœuds gagnent des fonds via les frais de transaction ou, dans certains cas, des jetons en guise de système de récompense.

Ainsi, les nœuds jouissent de pouvoirs égaux grâce aux jetons et à leur contribution au réseau, ce qui est un excellent moyen de distribuer le réseau de manière égale dans le monde décentralisé. Aucun membre du réseau décentralisé ne peut prendre de décisions de manière indépendante. Au lieu de cela, les décisions sont votées et cela doit atteindre un consensus.

Cependant, si une blockchain souhaite augmenter son évolutivité, le mécanisme de consensus peut prendre du temps étant donné que tout le monde doit voter. Par conséquent, cela entraîne une augmentation du temps de traitement du réseau et de la congestion.

De plus, la sécurité reste un souci car des entités malveillantes peuvent participer au processus de validation et tourner des décisions à leur avantage.

Sécurité

La sécurité est une préoccupation majeure et l’un des éléments centraux des réseaux décentralisés. Des millions de transactions ont lieu chaque jour sur la blockchain et, sans un système de sécurité sophistiqué, les pirates s’infiltreront facilement et videront les tous les portefeuilles. Les principaux réseaux de blockchain, comme Ethereum et Bitcoin, disposent généralement d’un meilleur système de sécurité que les nouveaux réseaux émergents. Il est donc assez difficile de s’introduire dans leur blockchain.

La principale raison pour laquelle les pirates ont ciblé les blockchains est qu’elles sont open-source, et que n’importe qui peut lire les codes de hachage et traquer les transactions.

La sécurité de la blockchain semble fonctionner en opposition avec d’autres éléments : la décentralisation et l’évolutivité. Lorsqu’une blockchain est hautement évolutive et fonctionne avec de multiples réseaux et plateformes, la sécurité consiste à maintenir la cohérence du système sans interférences.

De plus, la décentralisation implique que le contrôle repose sur les nœuds de validation, qui sont les seuls à pouvoir prendre des décisions sur les transactions et d’autres aspects. Toutefois, cela peut entraîner des problèmes de sécurité si des nœuds malveillants participent au vote et agissent en suivant leur propre progamme.

Il est donc essentiel de ne pas compromettre la sécurité mais plutôt de se concentrer sur le développement de l’évolutivité et de la décentralisation de la blockchain tout en tenant compte des problèmes de sécurité. Dans le cas contraire, c’est tout l’écosystème de la blockchain qui risque de s’effondrer.

Pourquoi le Trilemme de la Blockchain Apparaît-il ?

La plupart des efforts déployés aujourd’hui pour développer la blockchain se concentrent sur l’évolutivité, qui rend ces réseaux utilisables par de nombreux utilisateurs à travers de multiples chaînes et réseaux tout en maintenant la cohérence.

Cependant, les réseaux de blockchain ne peuvent pas gérer une grande augmentation du nombre de transactions par seconde, ce qui peut entraîner une sérieuse congestion dans le réseau, déstabiliser la blockchain et réduire son niveau de sécurité.

De pus, une blockchain plus évolutive implique d’utiliser un plus grand nombre de nœuds de validation pour répondre à l’augmentation des demandes de transaction. Cependant, il faut veiller à ce que tous les nœuds soient bien sécurisés, car un nœud malveillant peut perturber l’ensemble du réseau et lancer des ordres erronés.

La sécurité est un élément si fondamental de la blockchain qu’elle ne peut être compromise, et une amélioration de l’évolutivité ou de la décentralisation peut faire apparaître des failles de sécurité.

Par conséquent, le défi consiste à atteindre un point d’équilibre entre les trois éléments, car l’amélioration d’un élément se fera très probablement au détriment d’un autre.

Les différents moyens qui pourraient résoudre le trilemme de la blockchain

Il n’existe pas de solution simple à ce problème. Sinon, il ne se serait pas là. Cependant, il y a eu plusieurs tentatives et mises à jour pour tenter de résoudre le trilemme de la blockchain. Nous allons aborder certaines de ces tentatives et discuter de leur rôle dans la résolution du trilemme.

Le sharding

Le sharding consiste à diviser la blockchain en morceaux plus petits et à laisser chaque sous-blockchain gérer les transactions et les informations séparément. À terme, chacune d’entre elles devrait être en mesure de traiter les transactions en suivant les notions de son grand livre. Ces petites blockchains, ou « Shards », sont ensuite reliées entre elles grâce au réseau principal.

Ce mécanisme permet d’alléger la pression exercée sur une blockchain en divisant les informations en éléments plus petits pour qu’ils soient attribués aux différents « shards », qui travaillent séparément.

Cette solution permet de faire évoluer la blockchain sans pour autant compromettre sa sécurité, car chaque « shard » fonctionne de manière indépendante. Cela permet également d’accélérer la vitesse des transactions sur la blockchain, car plusieurs mini-transactions sont effectuées simultanément au lieu d’être mises en attente sur la blockchain principale.

La couche 2

Les développeurs affirment qu’ajouter une deuxième couche à la couche principale de la blockchain peut améliorer le traitement des transactions. L’introduction d’une deuxième couche sur le réseau principal peut aider à traiter les informations plus rapidement et plus efficacement.

Une couche 2 ou une chaîne latérale est connectée au réseau principal et permet aux informations de circuler entre deux chaînes. La chaîne latérale fonctionne selon ses propres règles et peut finaliser les transactions sans les faire transiter par le réseau principal.

Ensuite, les contrats intelligents sont utilisés pour permettre aux utilisateurs de pouvoir intéragir entre eux. Cette solution peut ressembler au sharding. Cependant, la couche 2 se concentre sur l’ajout d’une deuxième couche de réseau sur la blockchain principale, tandis que le sharding implique de diviser la blockchain principale en plus petits morceaux et de modifier la structure du réseau principal.

Le protocole de consensus

De nombreuses blockchains modifient leur protocole de validation traditionnel de la preuve de travail (PoW) en preuve d’enjeu (Proof of Stake – PoS). Le PoS implique que les nœuds de validation doivent jalonner leurs jetons avant de participer au mécanisme de consensus.

Le PoW nécessitait des machines puissantes – ou mineurs – pour exécuter des algorithmes complexes et valider les transactions. Cependant, ce processus était chronophage et énergivore.

Par conséquent, il est préférable d’ajouter davantage de nœuds au processus de validation, ce qui garantit que les nœuds agissent de bonne foi puisqu’ils verrouillent et misent leurs jetons.

Efforts en cours pour résoudre le trilemme de la blockchain

Certains ont abordé ce problème en introduisant de nouvelles mises à jour à des blockchains existantes. Le plus important réseau de blockchain, Ethereum, a commencé à prendre des mesures sérieuses pour surmonter le trilemme en introduisant sa dernière mise à jour, Serenity ou Ethereum 2.0.

La nouvelle mise à jour permet au réseau de passer du mécanisme PoW au mécanisme PoS, qui promet de traiter 100 000 transactions par seconde. Cependant, utiliser cette méthode pour solutionner ce trilemme prend du temps car il s’agit d’un processus qui nécessite de nombreuses étapes.

Le sharding était l’objectif principal de la nouvelle mise à jour : diviser la blockchain en plus petits morceaux et améliorer ainsi l’évolutivité. Cependant, Ethereum a annoncé plus tard qu’il abandonnait le sharding et qu’il adopterait plutôt une chaîne de couche 2.

Pourquoi devons-nous résoudre le trilemme de la blockchain ?

La technologie de la blockchain a un vaste potentiel et, malgré les développements actuels, elle n’en est encore qu’à ses débuts. Il existe toute une série de fonctionnalités que nous connaissons théoriquement, mais que nous ne savons pas encore exploiter.

Par conséquent, pour y parvenir, nous devons trouver des solutions aux problèmes de vitesse, en rendant les transactions plus rapides, avec des temps de congestion réduits et des frais peu élevés. 

Cependant, la continuelle poursuite du développement de la blockchain peut l’exposer à des risques de sécurité imprévisibles dont nous ne sommes pas conscients. C’est pourquoi les développeurs sont conscients qu’il est essentiel de renforcer la blockchain dès maintenant pour qu’elle ait un avenir.

Finalement, la blockchain existe depuis moins de 20 ans et a un énorme potentiel qui doit encore être exploré. Une fois que nous aurons résolu ce problème, nous pourrons découvrir de nouveaux niveaux de fonctionnalité dont nous avons entendu parler.

Dernières finales

Le trilemme de la blockchain, qui comprend des défis liés à l’évolutivité, à la sécurité et à la décentralisation, rend le développement de la blockchain difficile. Ces trois éléments sont capitaux pour la blockchain, mais il semble que l’amélioration d’un élément puisse conduire à en compromettre un autre. Des efforts sont actuellement déployés pour relever ce défi et promouvoir une blockchain plus rapide et plus sûre. Ethereum 2.0 en est un exemple : il a introduit le sharding et la couche 2 pour rendre les transactions transparentes et sûres, et promet de traiter 100 000 TPS.

Enfin, la résolution du trilemme ouvrira de nouvelles perspectives liées à l’utilisation de cette technologie innovante, et nous ne ferons peut-être qu’effleurer la surface de ce que nous pourrions explorer dans les développements futurs.