Qu’est-ce que la scalabilité ?

La scalabilité est un enjeu majeur pour le développement et l’adoption massive des cryptomonnaies. Alors que ces dernières gagnent en popularité et que leur utilisation se démocratise, il devient crucial d’optimiser leur capacité à traiter un grand nombre de transactions rapidement et efficacement.

Définition de la scalabilité

La scalabilité, ou passage à l’échelle, désigne la capacité d’un système à s’adapter à une augmentation de la charge de travail sans compromettre ses performances. Dans le contexte des blockchains et des cryptomonnaies, la scalabilité se réfère à la capacité du réseau à traiter un nombre croissant de transactions rapidement et efficacement.

Pour mieux comprendre la scalabilité, il est important de différencier la scalabilité horizontale de la scalabilité verticale. La scalabilité horizontale fait référence à l’ajout de nouvelles machines ou nœuds au réseau pour gérer une charge de travail accrue, tandis que la scalabilité verticale implique d’augmenter les ressources d’une machine ou d’un nœud existant, comme la puissance de traitement ou la capacité de stockage.

Dans le domaine des cryptomonnaies, la scalabilité est souvent mesurée en termes de transactions par seconde (TPS). Un réseau plus scalable est capable de traiter un nombre plus élevé de transactions simultanément, réduisant ainsi les temps d’attente et les coûts de transaction pour les utilisateurs. La scalabilité est donc un élément clé pour assurer une expérience utilisateur fluide et pour favoriser l’adoption des cryptomonnaies par un public plus large.

Problématique de la scalabilité pour les cryptomonnaies

La scalabilité est un enjeu crucial pour les cryptomonnaies, car les blockchains sous-jacentes ont des limitations inhérentes en termes de transactions par seconde (TPS). Prenons l’exemple de Bitcoin et d’Ethereum, deux des cryptomonnaies les plus populaires et les plus utilisées.

Bitcoin peut traiter environ 7 TPS, tandis qu’Ethereum peut gérer environ 27 TPS. Ces chiffres peuvent sembler suffisants à première vue, mais ils deviennent rapidement insuffisants face à une demande croissante.

Pour mieux saisir ces limitations, il est utile de comparer ces TPS aux systèmes de paiement traditionnels comme Visa et Mastercard. Visa, par exemple, peut traiter jusqu’à 65 000 TPS, ce qui est malheureusement bien supérieur aux capacités actuelles de la plupart des blockchains.

Les conséquences des problèmes de scalabilité sont multiples. Tout d’abord, l’engorgement du réseau entraîne des temps de confirmation plus longs pour les transactions. En période de forte demande, cela peut signifier que les utilisateurs doivent attendre plusieurs minutes, voire des heures, avant que leurs transactions ne soient confirmées. En plus de ça, les frais de transaction peuvent augmenter considérablement, car les utilisateurs sont prêts à payer plus pour que leurs transactions soient traitées en priorité. Enfin, ces problèmes de scalabilité freinent l’adoption des cryptomonnaies par un public plus large, car ils rendent leur utilisation moins pratique et moins attrayante que les solutions de paiement traditionnelles.

Solutions de scalabilité on-chain

Les solutions on-chain visent à améliorer la scalabilité en modifiant directement la blockchain et ses protocoles. Voici quelques exemples de solutions on-chain :

SegWit (Segregated Witness)

SegWit est une mise à jour du protocole Bitcoin qui permet d’augmenter le nombre de transactions pouvant être traitées dans un bloc. En séparant les signatures numériques des données de transaction, SegWit réduit la taille des transactions et libère de l’espace pour en inclure davantage dans chaque bloc. Cette solution a permis d’améliorer légèrement la capacité de traitement des transactions de Bitcoin, sans pour autant résoudre entièrement le problème de scalabilité.

Ethereum son passage au Proof of Stake (PoS)

Ethereum a récemment effectué une mise à jour majeure de son réseau, passant du consensus Proof of Work (PoW) au Proof of Stake (PoS). Ce changement a permis de réduire la consommation d’énergie et d’augmenter le nombre de transactions traitées. Mais cette mise à jour significative ne constitue que la première étape, car quatre autres améliorations majeures sont prévues dans le futur. La prochaine vise à intégrer le Sharding, une technologie qui divise la blockchain en plusieurs chaînes parallèles, appelées « shards », permettant ainsi de traiter simultanément un plus grand nombre de transactions.

Ces solutions on-chain ont l’avantage d’améliorer directement la capacité de traitement des transactions du réseau, mais elles peuvent également impliquer des changements majeurs dans les protocoles existants et nécessiter un certain temps de développement et de déploiement.

Solutions de scalabilité off-chain

Les solutions off-chain visent à améliorer la scalabilité en déplaçant certaines transactions en dehors de la blockchain principale. Ces solutions permettent d’alléger la charge sur la blockchain et d’accélérer le traitement des transactions. Voici quelques exemples de solutions off-chain :

Lightning Network

Le Lightning Network est un protocole de paiement de couche 2 qui fonctionne au-dessus de la blockchain Bitcoin. Il permet de créer des canaux de paiement privés entre les utilisateurs, facilitant ainsi les transactions rapides et à faible coût en dehors de la blockchain principale. Une fois les transactions effectuées sur le Lightning Network, les soldes finaux sont enregistrés sur la blockchain Bitcoin. Cette solution a le potentiel d’améliorer considérablement la scalabilité de Bitcoin.

Rollups

Les Rollups sont des solutions de couche 2 qui permettent d’effectuer des transactions hors chaîne en les regroupant avant de les soumettre à la blockchain principale. En regroupant plusieurs transactions en une seule, les Rollups réduisent la charge sur la blockchain Ethereum et améliorent sa capacité à traiter un plus grand nombre de transactions. Il existe deux types principaux de Rollups : les zk-Rollups et les Optimistic Rollups.

zk-Rollups :

Les zk-Rollups utilisent la cryptographie à preuve à divulgation nulle de connaissance (zk-SNARKs) pour valider les transactions hors chaîne. Les zk-SNARKs permettent de prouver qu’une transaction est valide sans révéler les détails de celle-ci. Ainsi, les zk-Rollups compressent les transactions (un peu comme un fichier zip.) et les soumettent à la blockchain principale sous forme de preuves cryptographiques succinctes, permettant un traitement rapide et une confidentialité accrue.

Le processus de zk-Rollups se déroule comme suit :

a. Les transactions sont regroupées et traitées hors chaîne par un opérateur.

b. L’opérateur génère une preuve zk-SNARK pour chaque transaction regroupée.

c. La preuve est soumise à la blockchain principale, prouvant ainsi la validité des transactions sans révéler leurs détails.

d. Les soldes finaux sont mis à jour sur la blockchain principale en fonction des transactions validées.

Optimistic Rollups :

Les Optimistic Rollups reposent sur un mécanisme de défi-réponse pour valider les transactions hors chaîne. Contrairement aux zk-Rollups, les Optimistic Rollups ne nécessitent pas de preuves cryptographiques complexes. Ils soumettent plutôt les transactions à la blockchain principale avec l’hypothèse qu’elles sont valides. Si quelqu’un conteste la validité d’une transaction, un processus de vérification est déclenché pour résoudre le conflit. Les Optimistic Rollups offrent une amélioration significative de la scalabilité, bien que leur niveau de confidentialité et de sûreté soit inférieur à celui des zk-Rollups.

Le processus de Optimistic Rollups se déroule comme suit :

a. Les transactions sont regroupées et traitées hors chaîne par un opérateur.

b. L’opérateur soumet les transactions groupées à la blockchain principale, en supposant qu’elles sont valides.

c. Si personne ne conteste la validité des transactions dans un délai déterminé, elles sont considérées comme valides et les soldes finaux sont mis à jour sur la blockchain principale.

d. Si une transaction est contestée, un processus de vérification est déclenché pour résoudre le conflit et déterminer si la transaction est valide ou non.

Autres solutions de scalabilité : Avalanche, Cosmos et Solana

Avalanche

Avalanche est une plateforme innovante conçue pour offrir une scalabilité et une décentralisation accrues en utilisant un protocole de consensus unique appelé « Avalanche Consensus ». Cette approche vise à surmonter les limitations rencontrées par d’autres protocoles de consensus tels que Proof of Work (PoW) et Proof of Stake (PoS), qui peuvent être limités en termes de débit de transactions et de temps de confirmation.

Le protocole de consensus Avalanche repose sur un mécanisme de « gossip » rapide et léger qui permet aux nœuds du réseau de partager des informations sur les transactions de manière très efficace. Dans ce mécanisme, les nœuds échangent des informations sur les transactions avec leurs voisins, qui, à leur tour, propagent ces informations à leurs voisins, et ainsi de suite. Ce processus permet de propager rapidement les informations sur les transactions à travers le réseau, garantissant ainsi un faible temps de confirmation et une forte sécurité.

Avalanche se distingue également par sa prise en charge des sous-réseaux, qui sont des réseaux parallèles spécialisés permettant de traiter des transactions en parallèle. Les sous-réseaux d’Avalanche peuvent être personnalisés pour répondre à des exigences spécifiques en matière de sécurité, de confidentialité et de gouvernance, ce qui rend la plateforme très adaptable et polyvalente. Cette fonctionnalité réduit la charge sur le réseau principal, permettant à Avalanche de traiter des milliers de transactions par seconde.

Avalanche est également compatible avec l’écosystème Ethereum, ce qui facilite la migration des applications décentralisées (dApps) et des smart contracts existants vers la plateforme Avalanche. Les développeurs peuvent ainsi bénéficier de la scalabilité et des performances améliorées d’Avalanche tout en conservant les outils et les langages de programmation qu’ils connaissent déjà.

Cosmos

Cosmos est une plateforme décentralisée qui vise à résoudre les problèmes de scalabilité et d’interopérabilité entre différentes blockchains. L’objectif principal de Cosmos est de créer un écosystème de blockchains interconnectées, permettant aux utilisateurs d’effectuer des transactions et d’échanger des informations entre différentes chaînes de manière transparente et sécurisée.

Pour atteindre cet objectif, Cosmos utilise une architecture unique basée sur des « zones » et des « hubs ». Les hubs sont des blockchains dédiées qui servent de point de connexion central pour les zones. Les zones, quant à elles, sont des blockchains indépendantes qui se connectent aux hubs pour bénéficier de l’interopérabilité et de la scalabilité offertes par le réseau Cosmos.

Le hub Cosmos est construit sur le protocole de consensus Tendermint, qui est un algorithme de consensus Byzantine Fault Tolerant (BFT) basé sur le Proof of Stake (PoS). Tendermint garantit une sécurité élevée et une rapidité de transaction tout en étant économe en énergie par rapport aux mécanismes de consensus traditionnels tels que Proof of Work (PoW).

Les zones, d’autre part, peuvent utiliser n’importe quel protocole de consensus compatible et sont libres de mettre en œuvre leurs propres règles de gouvernance et de gestion des tokens.

Solana

Solana est une blockchain de nouvelle génération conçue pour offrir une scalabilité et une rapidité exceptionnelles pour les transactions et les applications décentralisées (dApps). L’un des principaux objectifs de Solana est de résoudre les problèmes de performance et de latence rencontrés par d’autres blockchains, qui peuvent devenir des goulets d’étranglement pour les applications nécessitant un grand nombre de transactions par seconde.

Pour atteindre cet objectif, Solana utilise un mécanisme unique appelé « Proof of History » (PoH). Le PoH permet de créer une horloge cryptographiquement sécurisée et décentralisée à l’intérieur de la blockchain. Cette horloge permet de valider l’ordre et le moment des transactions de manière rapide et précise, sans avoir à recourir à des mécanismes de consensus plus lourds tels que le Proof of Work (PoW) ou le Proof of Stake (PoS).

En combinant le PoH avec le protocole de consensus Proof of Stake (PoS) de Solana, la blockchain est capable de traiter des dizaines de milliers de transactions par seconde avec des temps de confirmation de l’ordre de quelques secondes seulement. Cela représente une amélioration significative par rapport aux blockchains traditionnelles, qui peuvent souvent prendre plusieurs minutes, voire des heures, pour confirmer les transactions.

Solana est également conçue pour prendre en charge des applications décentralisées (dApps) à grande échelle et des smart contracts complexes. Les développeurs peuvent créer et déployer des dApps sur Solana en utilisant des langages de programmation familiers tels que Rust et JavaScript, ce qui facilite l’adoption et le développement de nouvelles applications sur la plateforme.

Conclusion

La scalabilité est un enjeu majeur dans le monde des cryptomonnaies, car elle détermine la capacité des blockchains à traiter un grand nombre de transactions simultanément et de manière rapide. Les solutions telles que les mises à jour du protocole, le sharding et les rollups sont autant de moyens d’améliorer la scalabilité des plateformes existantes comme Ethereum.

De nouvelles plateformes de blockchain, comme Cosmos, Solana et Avalanche, promettent d’offrir une meilleure scalabilité en utilisant des protocoles de consensus innovants et des mécanismes uniques pour accélérer le traitement des transactions. Mais notez que ces plateformes n’ont pas encore été soumises à une charge de transactions aussi importante qu’Ethereum, ce qui soulève des questions quant à leur capacité à maintenir leur performance dans des conditions de charge extrême.

En fin de compte, il sera essentiel de continuer à surveiller et à évaluer les progrès réalisés en matière de scalabilité pour déterminer quelles solutions offrent les meilleures performances et la meilleure fiabilité à mesure que le secteur des cryptomonnaies continue de croître et d’évoluer.

Restez éclairés,