Le trilemme de la blockchain

Le trilemme de la blockchain, également connu sous le nom de trilemme de la scalabilité, formule le principal défi de la montée en échelle des systèmes distribués. Le problème réside dans le fait que les trois propriétés clés de la blockchain (décentralisation, sécurité et productivité) ne peuvent pas être garanties simultanément. Un réseau décentralisé ne peut présenter un niveau élevé que pour deux de ces trois caractéristiques. Autrement dit, lorsqu’un aspect est renforcé, les autres en pâtissent inévitablement.

Avant d’entrer dans les nuances du trilemme crypto, définissons de manière générale la scalabilité, la sécurité et la décentralisation.

• La scalabilité de la blockchain désigne sa capacité à traiter davantage de transactions.
• La sécurité désigne la capacité à protéger les données de la blockchain contre diverses attaques et à empêcher les doubles dépenses.
• La décentralisation est une forme de redondance du réseau qui garantit que le réseau n’est pas contrôlé par un nombre limité d’entités.

Bitcoin en est une illustration. Dans cette blockchain, le nombre de transactions par seconde est assez faible, environ sept, et les blocs sont minés toutes les dix minutes. Lorsque le réseau est congestionné, les transactions avec de faibles commissions peuvent prendre beaucoup de temps à être traitées. Il en résulte des niveaux élevés de sécurité et de décentralisation, mais une faible productivité (c’est-à-dire la scalabilité).

Pour améliorer les performances, vous pouvez augmenter la taille des blocs. Mais alors la complexité grimpera en flèche, et au final seuls de grands pools de minage pourront rester sur le réseau. En conséquence, le système deviendra plus centralisé. Et si vous réduisez le temps de production, la sécurité sera compromise. Les nœuds risquent de ne pas avoir suffisamment de temps pour parvenir à un consensus avant que le bloc suivant ne soit miné.

Scalabilité

Le réseau implique de nombreux ordinateurs qui, en théorie, disposent d’une puissance de calcul illimitée nécessaire pour résoudre divers problèmes. Le débit du réseau est un paramètre fondamentalement important, car il mesure le nombre de transactions traitées par unité de temps.

Sécurité

La sécurité contre les expositions externes provient du chiffrement. Les algorithmes de blockchain utilisent la cryptographie moderne. Toutes les transactions (entrées dans la blockchain) sont vérifiées via le processus de minage, qui utilise l’algorithme de consensus Proof-of-Work. Cela signifie que chaque transaction est chiffrée avant d’être ajoutée à la blockchain. Aujourd’hui, aucune méthode connue ne permet de casser des clés cryptographiques fermées. En effet, l’attaquant doit y parvenir dans un laps de temps limité.

Décentralisation

Cette caractéristique garantit la sécurité contre les expositions internes. La base de données (la blockchain) est stockée simultanément sur les ordinateurs de tous les participants. C’est l’une des principales propriétés de la blockchain. Elle fait référence à l’absence de toute entité, personne ou service centralisé prenant des décisions sur le réseau. Le travail sur le réseau est réparti entre les nœuds et est totalement décentralisé. L’algorithme du réseau prévoit une procédure permettant d’atteindre un consensus entre les nœuds individuels concernant l’état actuel des données sur le réseau. Ce mécanisme est appelé mécanisme de consensus. Pour modifier rétroactivement une information, il faut la modifier simultanément sur plus de 50 % de ces nœuds. Un tel hack simultané est bien sûr théoriquement possible, mais irréaliste en pratique.

Explication du trilemme de la blockchain

La solution la plus évidente et fondamentale au problème de congestion du réseau décrit ci-dessus consiste à réduire le nombre de participants qui valident et ajoutent des données au réseau. Cela permettra d’augmenter l’échelle et la vitesse. Mais cela affaiblira la décentralisation lorsque le contrôle sera transféré à un nombre plus restreint de participants. Cela conduira également à un affaiblissement de la sécurité, car moins de participants augmentent la probabilité d’attaque.

Ainsi, un trilemme apparaît : compte tenu du lien inhérent entre décentralisation et sécurité, la conception fondamentale de la blockchain rend la montée en échelle difficile. En en renforçant un aspect, vous en affaiblissez un autre. Comment parvenir à la scalabilité sans compromettre la décentralisation, la sécurité, ou les deux ?

Solution au trilemme de la blockchain

Il n’existe pas de solution miracle unique au trilemme crypto. Mais, compte tenu de l’importance de ce problème, plusieurs approches différentes ont été proposées dans la communauté, avec des résultats intéressants. Passons en revue quelques-uns des développements les plus populaires pour vous donner une idée de ce qui se passe dans ce domaine.

Changements dans l’algorithme de consensus

Aujourd’hui, il existe divers algorithmes de consensus blockchain, qui, tous, résolvent partiellement le trilemme de la blockchain. Ils combinent la scalabilité, la décentralisation et la sécurité à des degrés divers. Outre le bien connu Proof-of-Work (PoW), il existe également d’autres mécanismes de consensus tels que Proof-of-Stake (PoS), Delegated Proof-of-Stake (DPoS), Proof-of-Burn (PoB), Proof-of-Capacity (PoC), Proof-of-Importance (PoI), Proof-of-Authority (PoA), Directed Acyclic Graph (DAG), Leased Proof-of-Stake (LPoS), Proof-of-Time (PoT), Proof-of-Elapsed Time (PoET), Proof-of-Space-Time (PoST), Simple Byzantine Fault Tolerance (SBFT), Delegated Byzantine Fault Tolerance (DBFT), et d’autres. Les créateurs de blockchain choisissent un algorithme spécifique en fonction des objectifs et des tâches de leur réseau.

Solutions de niveau 1

Ces solutions sont directement liées à la modification de la blockchain elle-même, en particulier de son architecture. Les développeurs proposent diverses approches et solutions au trilemme de la blockchain.

Par exemple, ils proposent l’utilisation de multichaînes, la mise en œuvre de nouvelles méthodes de cryptographie, le sharding et d’autres techniques.

Le sharding est probablement l’approche la plus populaire. Lorsqu’on utilise le sharding, la blockchain principale est divisée en segments, chacun contrôlant sa part du registre. Chaque segment est appelé un shard. Dans une organisation de réseau de ce type, chaque shard traite son propre pool de transactions, ce qui augmente le débit du réseau. La blockchain principale coordonne toutes les activités des shards.

Solutions de niveau 2

Le sharding et divers mécanismes de consensus sont considérés comme des décisions de premier niveau. Ils visent à modifier en profondeur la conception du réseau. Cependant, d’autres développeurs cherchant à résoudre ce trilemme travaillent sur des solutions qui s’appuient sur la structure de réseau existante. En d’autres termes, ils estiment que la réponse se trouve au deuxième niveau. Les exemples incluent les sidechains et les canaux d’état.

Une sidechain est une blockchain séparée connectée au réseau principal. Elle est conçue pour transférer des actifs entre elles. Les sidechains doivent fonctionner selon des règles différentes, ce qui permet d’augmenter la vitesse et la scalabilité. De même, les canaux d’état constituent une autre méthode permettant de détourner les transactions du réseau principal et d’alléger la charge sur la couche principale. Le canal d’état utilise un smart contract au lieu d’une chaîne séparée. Cela permet aux utilisateurs de communiquer entre eux sans publier les transactions sur la blockchain. Seuls le début et la fin du canal sont enregistrés sur la blockchain.

Conclusion

Pour réaliser pleinement son potentiel de transformation du monde, la technologie blockchain est confrontée au trilemme de la scalabilité.

Si les réseaux blockchain ne peuvent traiter qu’un petit nombre de transactions par seconde afin de maintenir la décentralisation et la sécurité, il sera difficile d’obtenir une adoption massive.

Cependant, les méthodes proposées par les développeurs pour résoudre ce problème suggèrent que la technologie blockchain continuera d’être utilisée. À l’avenir, ces réseaux seront capables de traiter davantage de données.