Ethereum est devenue une plateforme essentielle pour de nombreuses applications décentralisées. Cependant, à mesure que son adoption augmente, elle doit relever des défis majeurs, principalement en matière de scalabilité et de frais de transaction. Lors de pics de trafic, les frais peuvent atteindre des centaines d’euros pour une seule transaction. Pour résoudre ces problèmes, des solutions de Layer 2 ont été développées. Elles permettent d’accélérer les transactions tout en réduisant les coûts. Cet article explore en profondeur le fonctionnement du Layer 2, ses types et les défis associés.
Table des matières
Comprendre le concept du Layer 2
Définition et différences avec le Layer 1
Le Layer 1 désigne la couche principale d’une blockchain, comme Ethereum ou Bitcoin. C’est sur cette couche que toutes les transactions sont enregistrées et vérifiées. La vérification d’une transaction consiste à valider qu’elle respecte les règles du réseau, comme la disponibilité des fonds, l’autorisation de la signature numérique et l’absence de double dépense. Les validateurs (ou mineurs) sur le Layer 1 se basent sur ces règles et des mécanismes de consensus, comme la preuve de travail (Proof of Work) ou la preuve d’enjeu (Proof of Stake), pour confirmer ou rejeter une transaction.
Cependant, le Layer 1 présente des limites en termes de scalabilité. Ethereum, par exemple, peut traiter environ 15 transactions par seconde (TPS), ce qui devient rapidement insuffisant lorsque des milliers de dApps et services DeFi sollicitent le réseau. Pendant les périodes de forte demande, les frais de transaction augmentent considérablement. C’est là que les solutions Layer 2 interviennent.
Le Layer 2 est une couche supplémentaire qui repose sur la blockchain principale (Layer 1) mais traite les transactions de manière externe pour soulager cette dernière. Une fois les transactions traitées, elles sont soumises au Layer 1 sous forme de lots ou de résumés, réduisant ainsi la charge sur le réseau principal et diminuant les frais.
Pourquoi le Layer 2 a-t-il émergé comme solution ?
Avec le développement exponentiel des dApps et des services DeFi, le réseau Ethereum a rapidement atteint ses limites. Les transactions devenaient non seulement plus lentes, mais aussi coûteuses, rendant certaines applications peu viables.
Les solutions Layer 2, en particulier les rollups et les sidechains, ont été développées pour répondre à ces besoins pressants. Elles augmentent la capacité de traitement des transactions tout en maintenant des coûts beaucoup plus bas, rendant ainsi la blockchain plus accessible.
Les différents types de solutions Layer 2
Rollups : Optimistic Rollups et ZK-Rollups
Les rollups sont l’une des technologies de Layer 2 les plus utilisées. Elles permettent de traiter les transactions hors chaîne avant de soumettre un résumé de ces transactions à la chaîne principale (Layer 1).
Optimistic Rollups : Ces rollups fonctionnent en supposant que toutes les transactions sont valides par défaut. Toutefois, si un participant au réseau suspecte une fraude ou une erreur, il peut contester la validité d’une transaction en fournissant une « preuve de fraude » (fraud proof). Ce mécanisme de contestation entraîne un délai d’attente (généralement entre une et deux semaines) pour permettre à toute personne de remettre en question la validité de la transaction. Ce délai explique pourquoi le retrait des fonds depuis les Optimistic Rollups peut être long : la blockchain principale doit attendre la fin de la période de contestation avant de confirmer la transaction.
ZK-Rollups : Contrairement aux Optimistic Rollups, les ZK-Rollups (Zero Knowledge Rollups) utilisent des preuves cryptographiques pour prouver la validité des transactions hors chaîne. Ces preuves, appelées ZK-SNARKs ou ZK-STARKs, sont soumises à la chaîne principale, garantissant que les transactions sont conformes sans avoir besoin d’exécuter chaque transaction sur le Layer 1. Cela permet de valider les transactions quasi instantanément, sans délai de contestation, comme c’est le cas pour les Optimistic Rollups. Un projet notable utilisant les ZK-Rollups est zkSync, qui se distingue par sa rapidité et son faible coût pour les transferts de fonds.
Chaînes latérales (Sidechains) : Fonctionnement et exemples
Les sidechains sont des blockchains indépendantes qui fonctionnent parallèlement à la chaîne principale (Layer 1). Elles ont leur propre mécanisme de consensus, ce qui leur permet de traiter les transactions de manière autonome. Cependant, cela signifie qu’elles ne bénéficient pas directement de la sécurité du Layer 1. Les utilisateurs peuvent transférer des actifs entre la sidechain et la chaîne principale via des ponts (bridges).
Ces ponts permettent de lier les deux chaînes, mais ils introduisent également des risques de sécurité supplémentaires, notamment en cas de piratage ou de compromission des validateurs du bridge.
Bien que Polygon ait son propre mécanisme de consensus basé sur le Proof of Stake (PoS), elle repose sur Ethereum pour la finalité et la sécurité des transactions d’une manière spécifique. Voici comment cela fonctionne :
1. Ancrage périodique des checkpoints sur Ethereum
Polygon envoie régulièrement des checkpoints à Ethereum. Ces checkpoints représentent des états agrégés de la sidechain (ou Plasma chain dans certaines implémentations) et incluent un résumé des transactions qui ont été validées sur Polygon. Bien que les transactions soient traitées et validées sur Polygon de manière autonome, l’ancrage sur Ethereum assure une forme de « finalité » des transactions.
Cela signifie que, même si les transactions sont d’abord validées via le mécanisme PoS de Polygon, l’état final de la blockchain (ou au moins une partie de cet état) est sécurisé sur Ethereum via ces checkpoints, créant une couche de validation supplémentaire.
2. Sécurité accrue grâce à Ethereum
En utilisant Ethereum pour l’ancrage de ces checkpoints, Polygon bénéficie de la sécurité du réseau Ethereum, notamment de son immuabilité et de la puissance de son réseau décentralisé. Cela assure que même si un problème survient sur Polygon (comme une attaque 51% sur le mécanisme PoS de Polygon), les données ancrées sur Ethereum restent fiables et peuvent servir de base pour restaurer les transactions dans un état cohérent.
La principale différence entre les sidechains et les rollups réside dans le mécanisme de consensus. Les sidechains gèrent leur propre sécurité et consensus, tandis que les rollups se reposent sur la sécurité de la chaîne principale (Layer 1) pour valider les transactions finales. Un exemple de sidechain bien connu est Polygon, une sidechain d’Ethereum qui permet des transactions à faible coût et à haute vitesse, mais qui nécessite l’utilisation de bridges pour interagir avec Ethereum.
Canaux d’état (State Channels) : Utilité et fonctionnement
Les State Channels sont une autre solution Layer 2 qui permet à deux parties de traiter des transactions hors chaîne. Elles fonctionnent en ouvrant un canal où les transactions sont effectuées directement entre les parties. Ce n’est qu’à la fermeture du canal que l’état final des transactions est enregistré sur la chaîne principale. Cela permet d’effectuer plusieurs transactions de manière rapide et sans frais, tant que le canal reste ouvert.
Un exemple populaire de State Channel est le Lightning Network de Bitcoin, qui permet d’effectuer des paiements rapides et peu coûteux sans surcharger la blockchain principale. Les transactions sont traitées hors chaîne, et seules les interactions finales, comme la fermeture du canal, sont soumises à la blockchain.
Les avantages de l’utilisation du Layer 2
Réduction des frais de transaction
Les solutions Layer 2 permettent de réduire significativement les frais de transaction en déplaçant les opérations hors de la chaîne principale. Plutôt que de payer des frais élevés pour chaque transaction sur le Layer 1, les utilisateurs ne paient que pour la validation des transactions groupées sur le Layer 2. Cela est particulièrement important pour les applications DeFi ou les jeux blockchain, où de nombreuses petites transactions sont nécessaires.
Amélioration de la scalabilité
Le Layer 2 permet d’augmenter la capacité du réseau en augmentant le nombre de transactions pouvant être traitées simultanément. Par exemple, Ethereum peut traiter environ 15 TPS sur le Layer 1. Avec des solutions comme zkSync ou Optimism, ce chiffre peut grimper à plusieurs milliers de TPS, rendant les transactions plus rapides et plus accessibles.
Comparaison entre Layer 1 et Layer 2
Différences majeures
Le Layer 1 offre une sécurité maximale en traitant chaque transaction directement sur la blockchain, mais au prix d’une faible scalabilité et de frais élevés. Le Layer 2 permet d’améliorer cette scalabilité et de réduire les coûts, mais il peut parfois compromettre la sécurité. Par exemple, les Optimistic Rollups introduisent un délai pour contester les transactions, ce qui peut exposer le réseau à des tentatives de fraude. De même, les sidechains peuvent être vulnérables si leur mécanisme de consensus ou les bridges utilisés pour transférer des actifs sont compromis.
Les principaux projets Layer 2 sur Ethereum
zkSync : Une solution prometteuse pour Ethereum
zkSync est une solution ZK-Rollup qui permet des transactions rapides et à faible coût sur Ethereum. En utilisant des preuves cryptographiques pour valider les transactions, zkSync garantit une sécurité élevée tout en réduisant les frais. C’est une plateforme idéale pour les applications nécessitant des transferts fréquents et rapides.
Optimism : Pourquoi est-ce une solution populaire ?
Optimism est l’une des principales implémentations des Optimistic Rollups sur Ethereum. Elle offre une compatibilité totale avec les contrats intelligents d’Ethereum, permettant aux dApps existantes de migrer facilement vers ce réseau tout en réduisant les frais. Les utilisateurs doivent cependant attendre la fin de la période de contestation avant de retirer leurs fonds du réseau.
Polygon : Un exemple de sidechain populaire
Polygon, anciennement Matic, est une sidechain d’Ethereum qui permet des transactions à haute vitesse et à faible coût. Cependant, étant donné qu’il fonctionne avec son propre mécanisme de consensus, il ne bénéficie pas directement de la sécurité d’Ethereum. Les utilisateurs doivent utiliser des bridges pour transférer des actifs entre Polygon et Ethereum, ce qui peut introduire des risques de sécurité supplémentaires.
Les défis du Layer 2
Risque de compromis de la sécurité
Bien que les solutions Layer 2 permettent d’améliorer la scalabilité et de réduire les frais, elles ne sont pas exemptes de risques. Les Optimistic Rollups introduisent des délais pour contester les transactions, ce qui peut donner lieu à des tentatives de fraude pendant cette période d’attente. De plus, les sidechains et leurs bridges sont vulnérables aux attaques, car ils n’utilisent pas directement la sécurité du Layer 1. Un piratage des validateurs d’une sidechain pourrait entraîner des pertes de fonds.
Complexité et délais pour le retrait des fonds
L’une des principales critiques des Optimistic Rollups concerne le temps d’attente nécessaire pour retirer des fonds. En effet, une fois qu’un utilisateur souhaite retirer ses fonds, il doit attendre que la période de contestation soit terminée avant que la transaction ne soit confirmée sur la chaîne principale. Cela peut prendre plusieurs jours, rendant le processus moins fluide.
L’avenir des solutions Layer 2
Vers une adoption plus large des rollups
Avec la popularité croissante des dApps et des services DeFi, les rollups sont en passe de devenir la solution de référence pour Ethereum. En particulier, les ZK-Rollups, comme zkSync, offrent une sécurité accrue et des temps de validation plus rapides, ce qui pourrait favoriser leur adoption à grande échelle.
FAQ
Qu’est-ce que le Layer 2 en termes simples ? Le Layer 2 est une solution technologique qui permet de traiter des transactions en dehors de la blockchain principale, réduisant ainsi les frais et accélérant les transactions tout en soumettant les résultats à la chaîne principale.
Pourquoi le Layer 2 est-il crucial pour Ethereum ? Il résout les problèmes de scalabilité et de frais élevés, permettant ainsi une adoption massive et une utilisation plus fluide des dApps et services DeFi.
Comment fonctionnent les preuves cryptographiques dans les ZK-Rollups ? Les ZK-Rollups utilisent des preuves cryptographiques appelées ZK-SNARKs pour prouver la validité des transactions sans avoir besoin de les exécuter sur la chaîne principale.
Quelle est la principale différence entre les rollups et les sidechains ? Les rollups reposent sur la sécurité de la chaîne principale pour valider les transactions, tandis que les sidechains ont leur propre mécanisme de consensus et fonctionnent de manière plus indépendante, ce qui peut introduire des risques supplémentaires.
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Yohan Uzzan
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.
