Ingénieur de formation, je me suis rapidement intéressé au domaine de la finance. Convaincu que la finance décentralisée a de beaux jours devant elle, je participe à sa démocratisation en développant Crypternon.

Comprendre la blockchain modulaire : fonctionnement et exemples

décembre 27, 2024
Blockchain / Lexique
11 minutes de lecture

Intermédiaire

Depuis l’avènement de Bitcoin en 2009, les blockchains ont redéfini les échanges numériques en apportant transparence, sécurité et décentralisation. Ces technologies ont permis l’émergence d’applications à fort impact, des paiements décentralisés à la finance décentralisée (DeFi). Pourtant, les blockchains de première génération, comme Bitcoin et Ethereum, rencontrent des limitations. Leur conception, qualifiée de monolithique, regroupe toutes les fonctions nécessaires dans une seule architecture, ce qui entrave leur scalabilité et leur capacité à évoluer avec l’adoption massive.

Pour surmonter ces défis, une nouvelle approche, appelée blockchain modulaire, voit le jour. Mais avant de plonger dans cette innovation, examinons les bases des blockchains monolithiques et leurs limites.

Comprendre les blockchains monolithiques et leurs limites

Les fonctions essentielles d’une blockchain monolithique

Une blockchain monolithique regroupe trois fonctions clés dans une seule architecture :

L’exécution : traitement des transactions et exécution des smart contracts.
Le consensus : accord entre les participants sur l’ordre et la validité des transactions.
La disponibilité des données : stockage et diffusion des informations nécessaires à la vérification des transactions.

Dans ce modèle, tous les nœuds du réseau sont responsables de ces trois fonctions. Par exemple, un nœud dans Bitcoin ou Ethereum doit à la fois exécuter les transactions, participer au mécanisme de consensus (Proof of Work ou Proof of Stake) et stocker l’ensemble des données historiques de la blockchain. Cette centralisation des tâches alourdit la charge sur les nœuds et limite la capacité du réseau à gérer un grand nombre d’utilisateurs.

Les défis des blockchains monolithiques et leur lien avec le trilemme blockchain

Charge excessive sur les nœuds : Impact sur la décentralisation

Chaque nœud doit exécuter toutes les fonctions : stockage des données, exécution des transactions et participation au consensus. Cela impose des exigences matérielles élevées, rendant l’opération des nœuds coûteuse et complexe. Ce phénomène limite le nombre de participants capables de maintenir un nœud, ce qui réduit la décentralisation du réseau. Ainsi, pour maintenir une certaine scalabilité et sécurité, les blockchains monolithiques sacrifient souvent la décentralisation.

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Manque de flexibilité : Impact sur la sécurité et l’innovation

Les blockchains monolithiques regroupant toutes leurs fonctions en une seule couche, cette architecture rigide complique les améliorations spécifiques sans perturber l’ensemble du système. Par exemple, corriger une faille ou adopter une innovation technologique peut exposer le réseau à des risques supplémentaires ou à une instabilité temporaire. Ce compromis freine l’innovation et peut affecter la sécurité globale, car toute tentative d’évolution met en péril l’équilibre actuel.

Scalabilité réduite : Impact direct sur la capacité du réseau

À mesure que le nombre d’utilisateurs augmente, la congestion du réseau devient inévitable dans une blockchain monolithique. Chaque nœud devant exécuter toutes les transactions, les limites physiques et techniques des nœuds les plus faibles ralentissent le réseau. Cela entraîne des délais et des coûts élevés, comme cela a été observé sur Ethereum lors de périodes de forte activité. Pour améliorer la scalabilité, il est souvent nécessaire de faire des concessions sur la décentralisation ou la sécurité.

Une illustration du trilemme blockchain

Ces défis montrent comment les blockchains monolithiques sont directement confrontées au trilemme blockchain, qui stipule qu’il est impossible d’optimiser simultanément la sécurité, la scalabilité et la décentralisation :

Décentralisation vs Scalabilité : La charge excessive sur les nœuds pousse à centraliser le réseau pour garantir des performances, sacrifiant ainsi la décentralisation.
Sécurité vs Innovation : L’absence de flexibilité rend difficile l’amélioration ou l’innovation sans compromettre la sécurité.
Scalabilité vs Décentralisation : Les limites techniques des nœuds individuels réduisent la capacité globale du réseau tout en maintenant une infrastructure réellement décentralisée.

Pourquoi la blockchain modulaire est-elle une solution ?

La blockchain modulaire propose une architecture où chaque fonction est séparée en couches indépendantes, gérées par des nœuds spécialisés. Cette approche permet de répartir la charge de travail et d’optimiser chaque composant.

Les couches dans une blockchain modulaire

La couche d’exécution : Traiter les transactions et exécuter les smart contracts
La couche d’exécution est au cœur de la gestion des interactions dans une blockchain. Traiter les transactions signifie enregistrer et valider les actions des utilisateurs, comme l’envoi ou la réception de cryptomonnaies, ou encore l’interaction avec des applications décentralisées (dApps). Exécuter les smart contracts, en revanche, consiste à appliquer automatiquement des instructions préprogrammées dès que certaines conditions sont remplies. Par exemple, un smart contract pourrait libérer des fonds uniquement si une échéance est atteinte ou si une certaine somme a été collectée. Dans les blockchains modulaires, cette couche est souvent déléguée à des solutions comme les rollups (ex. : Arbitrum, Optimism), qui regroupent et traitent un grand volume de transactions hors de la chaîne principale pour optimiser les performances.

La couche de consensus : Valider et ordonner les transactions
La couche de consensus garantit que toutes les transactions traitées par la blockchain respectent les règles établies et qu’elles sont validées dans un ordre précis. Cela évite des conflits comme la double dépense (le fait d’utiliser une même cryptomonnaie pour plusieurs transactions). Elle s’appuie sur des mécanismes comme le Proof of Stake (PoS), où des validateurs, sélectionnés en fonction de la quantité de jetons qu’ils détiennent et mettent en jeu, assurent la vérification des blocs. Concrètement, cette couche décide de l’ordre chronologique des transactions et garantit que seules les transactions valides sont ajoutées au registre immuable de la blockchain. Ethereum, par exemple, joue souvent le rôle de couche de consensus dans les solutions modulaires.

La couche de disponibilité des données : Fournir les informations nécessaires à la vérification
La couche de disponibilité des données assure que toutes les informations nécessaires pour valider les transactions et les blocs sont accessibles à tout moment. Ces données incluent, par exemple, les preuves cryptographiques des transactions, les enregistrements des balances des comptes ou encore les détails des smart contracts. Cette couche est essentielle pour permettre aux validateurs et aux utilisateurs de vérifier indépendamment la validité des blocs.

Dans les blockchains modulaires, des solutions comme Celestia innovent en utilisant des techniques avancées telles que le Data Availability Sampling. Cette méthode permet de vérifier que les données sont disponibles sans avoir à les télécharger intégralement, ce qui améliore la scalabilité et réduit les besoins en stockage.

Avantages d’une blockchain modulaire

Meilleure scalabilité :
En répartissant les tâches entre des couches spécialisées, chaque fonction peut évoluer indépendamment, permettant de gérer plus de transactions sans saturer le réseau.
Flexibilité accrue :
Les développeurs peuvent choisir les solutions les mieux adaptées pour chaque couche, créant des architectures sur mesure pour leurs applications.
Interopérabilité :
Les couches peuvent interagir avec différentes blockchains, facilitant les échanges et la collaboration entre réseaux.

Comment fonctionne une blockchain modulaire ?

Prenons l’exemple de Celestia, un pionnier des blockchains modulaires. Ce réseau se concentre sur deux fonctions : le consensus et la disponibilité des données. Voici comment il fonctionne :

1. Gestion de la disponibilité des données

Celestia utilise le Data Availability Sampling (DAS), une méthode qui divise les blocs de données en fragments appelés shares. Ces fragments sont distribués sur le réseau et vérifiés par des nœuds légers. Plutôt que de stocker l’intégralité du bloc, chaque nœud échantillonne une partie des données, réduisant ainsi les besoins en stockage tout en garantissant que l’ensemble des données est disponible.

2. Consensus décentralisé

Le consensus sur Celestia repose sur l’algorithme Tendermint (Proof of Stake), où les validateurs s’assurent que les blocs respectent les règles du protocole. Cela permet à Celestia de rester sécurisé tout en déléguant l’exécution des transactions à d’autres couches.

3. Intégration avec des couches d’exécution

Les développeurs peuvent connecter leurs couches d’exécution, comme des rollups ou des chaînes spécifiques à une application (appchains), à Celestia. Ces couches traitent les transactions hors chaîne et soumettent des preuves de validité à Celestia pour stockage et validation.

4. Interopérabilité et personnalisation

Grâce à cette architecture, Celestia facilite l’interopérabilité entre différents réseaux. Les développeurs peuvent combiner des solutions pour répondre aux besoins spécifiques de leurs applications, comme des plateformes DeFi ou des jeux blockchain.

Un exemple concret de synchronisation des couches d’une blockchain modulaire

Imaginons une dApp déployée sur un rollup connecté à Celestia :

Les transactions sont traitées par le rollup (couche d’exécution).
Le rollup soumet des preuves de validité à Celestia (couche de consensus).
Celestia stocke les données associées (couche de disponibilité des données), garantissant leur accessibilité pour vérification.

Cette séparation permet à chaque couche d’exceller dans sa spécialité, offrant un réseau plus rapide, sécurisé et évolutif.

Conclusion : vers un avenir modulaire pour la blockchain

Les blockchains modulaires redéfinissent les bases de la technologie blockchain en répondant directement aux limites des systèmes monolithiques. En séparant les fonctions essentielles en couches spécialisées, elles offrent une solution au trilemme blockchain, équilibrant scalabilité, sécurité et décentralisation.

Des projets comme Celestia ouvrent la voie à un écosystème modulaire, où chaque composant peut évoluer indépendamment, facilitant ainsi l’adoption de la blockchain dans des domaines variés. Alors que le Web3 continue de croître, cette approche pourrait bien être la clé pour construire une infrastructure décentralisée durable.

FAQ sur la blockchain modulaire

Qu’est-ce qu’une blockchain modulaire ?
C’est une architecture qui sépare les fonctions principales (exécution, consensus, disponibilité des données) en couches gérées indépendamment pour améliorer scalabilité et flexibilité.
Quelle différence entre monolithique et modulaire ?
Une blockchain monolithique regroupe toutes ses fonctions dans une seule structure, tandis qu’une blockchain modulaire les répartit entre des couches spécialisées.
Pourquoi Celestia est-elle importante ?
Celestia se concentre sur le consensus et la disponibilité des données, permettant aux développeurs de créer des solutions d’exécution sur mesure.
Quels sont les avantages pour les dApps ?
Les dApps bénéficient d’une infrastructure plus rapide, personnalisable et interopérable, réduisant les coûts et améliorant l’expérience utilisateur.

Lectures complémentaires sur la blockchain : pour approfondir vos connaissances, cliquez sur les mots en gras pour découvrir nos articles sur les layer 2, le trilemme blockchain et le sharding.

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Yohan Uzzan