Le trilemme de la blockchain : Peut-on un jour résoudre ce problème ?

Le monde qui nous entoure est fait de compromis que nous faisons pour atteindre certains résultats. Le trilemme de la blockchain ne fait pas exception, il est donc crucial de comprendre si les problèmes associés aux blockchains peuvent un jour être résolus. Les développeurs consacrent beaucoup de temps et d'énergie à la résolution de ce problème, et nous examinerons comment l'évolutivité, la sécurité et la décentralisation de la blockchain peuvent fonctionner ensemble. Ces trois caractéristiques sont fondamentales au fonctionnement des blockchains, et il est de plus en plus admis qu'on ne peut en obtenir que deux sur trois. Cela signifie que chaque blockchain doit faire des sacrifices pour fonctionner aussi efficacement que possible.

Qu’est-ce que le trilemme de la blockchain ?

Le trilemme de la blockchain est le concept selon lequel la décentralisation, la sécurité et l'évolutivité ne peuvent pas toutes être représentées dans une seule blockchain.

Le terme « trilemme de la blockchain » a été inventé par Vitalik Buterin, cofondateur d'Ethereum. Il a proposé ce terme en raison de son expérience de travail sur Ethereum, la deuxième cryptomonnaie la plus populaire sur Internet, qui souffre de problèmes similaires à ceux du réseau Bitcoin . Le principal problème avec Bitcoin est que son réseau n'est pas aussi évolutif que beaucoup le souhaiteraient. Le trilemme de la blockchain repose sur les trois éléments que souhaitent les développeurs — la décentralisation, la scalabilité et la sécurité — et sur la nécessité épineuse d'en choisir deux parmi les trois.

Un exemple du trilemme de la blockchain : Évolutivité du Bitcoin

Bitcoin est une innovation formidable, mais sa plateforme n'est pas la plus évolutive. Cependant, Bitcoin possède l'une des plateformes les plus sécurisées et décentralisées d'Internet. En termes d' évolutivité, elle a malheureusement acquis une mauvaise réputation en raison de ses vitesses de transaction loin d'être idéales. Cela la rend sous-optimale si vous essayez de l'utiliser comme monnaie. Comparé aux processeurs de cartes comme Visa et Mastercard, Bitcoin est à la traîne car la concurrence traite les transactions en millisecondes. Bien que cette situation ait été remédiée grâce au Lightning Network, cette solution de mise à l'échelle de couche 2 introduit son lot de problèmes. En définitive, toute cryptomonnaie qui aspire à être utilisée comme monnaie fiduciaire doit pouvoir évoluer de manière suffisamment rapide.

La question dont parlait Vitalik Buterin est de savoir s'il est possible de réunir ces trois fonctionnalités au sein d'un même réseau. De nombreux développeurs ont conclu qu'il était impossible de réaliser simultanément ces trois fonctionnalités et qu'il fallait se contenter de ce que permet la technologie actuelle, et trouver le bon compromis dans un environnement réel. Même si chaque projet s'efforce d'optimiser son réseau, chaque conception de blockchain présentera inévitablement certaines lacunes. La clé pour les développeurs est donc de déterminer dans quelle mesure ils sont prêts à sacrifier chaque caractéristique afin d'obtenir des performances optimales.

Décentralisation dans une blockchain

La décentralisation de la blockchain est une des principales raisons pour lesquelles les gens préfèrent les cryptomonnaies aux monnaies fiduciairesactuelles. Lorsque votre monnaie est contrôlée par un seul individu ou une seule entité, vous êtes toujours à sa merci. Le gouvernement américain et son monopole sur le dollar américain en sont un exemple. Si vous êtes inscrit sur une liste noire ou sanctionné, vos avoirs en dollars pourraient alors être gelés. Vous n'avez jamais vraiment un contrôle total sur votre monnaie. La décentralisation de la blockchain résout ce problème en garantissant qu'aucun individu ni aucune entité ne contrôle jamais l'actif. Le Bitcoin en est l'exemple le plus célèbre. En résumé, personne ne contrôle votre accès au Bitcoin, et vous pouvez librement posséder et transporter vos Bitcoins en toutes circonstances.

Malheureusement, l'un des principaux problèmes liés à la décentralisation à grande échelle de la blockchain est de savoir comment y parvenir. L'un des principaux obstacles est la gestion du réseau. Le réseau Visa est un exemple de ce à quoi ressemble une monnaie virtuelle qui n'est pas décentralisée. Chaque transaction effectuée via VisaNet doit être traitée par l'un des nombreux serveurs que Visa possède à travers le monde. Visa est responsable de garantir la résilience du réseau et son fonctionnement permanent sans interruption. 

Cependant, de ce fait, ils contrôlent tout pour vous garantir des temps de transaction inférieurs à une seconde. De plus, les frais de transaction sont relativement bas comparés à ceux de nombreux autres réseaux. C’est pourquoi de nombreuses personnes se tournent vers une société sans espèces, ce qui supprimera la nécessité de transporter de l’argent liquide.

Comme vous pouvez le constater, la décentralisation de la blockchain a un impact négatif sur la sécurité et l'évolutivité d'un réseau. La décentralisation de la blockchain est cruciale, car elle exige de sacrifier une autre fonctionnalité pour obtenir le réseau le plus optimal possible. En définitive, la décentralisation de la blockchain est préférable lorsqu'aucune entité ou aucun individu ne contrôle l'intégralité du réseau. Cependant, la scalabilité ou la sécurité de la blockchain sont sacrifiées lorsqu'on privilégie la décentralisation de la blockchain.

Évolutivité dans une blockchain

Malheureusement, la scalabilité de la blockchain constitue un problème majeur qui a empêché l'utilisation à grande échelle de nombreuses cryptomonnaies. Pour qu'une blockchain soit pratique, elle doit progresser jusqu'à un stade où elle est soumise à des milliers de demandes de transactions et capable de les traiter rapidement.

Idéalement, les projets souhaiteraient que leur blockchain puisse évoluer jusqu'à des millions de transactions par seconde (TPS). C’est l’une des nombreuses raisons pour lesquelles Visa et MasterCard sont utilisées partout dans le monde. Après tout, personne n'utiliserait ces cartes s'il fallait attendre 20 minutes ou plus pour que la transaction soit traitée — et aucun magasin ne voudrait utiliser ce réseau s'il y avait de longues files d'attente en raison du temps de traitement des transactions. La scalabilité de la blockchain doit être intégrée dès sa conception, car les développeurs doivent trouver comment l'adapter à des cas d'utilisation spécifiques, plutôt que de simplement se concentrer sur le nombre de transactions par seconde.

La sécurité dans une blockchain

La sécurité de la blockchain est le troisième aspect que de nombreux réseaux pourraient choisir de négliger face au trilemme de la blockchain. Une bonne sécurité blockchain implique que tout soit robuste afin que personne ne puisse prendre le contrôle du réseau — par exemple, en exploitant les vulnérabilités du réseau pour y insérer des transactions. 

Le principal inconvénient du maintien de la sécurité de la blockchain est qu'il nécessite une puissance de traitement considérable. Cela pourrait poser problème si la décentralisation de la blockchain venait à être mise en œuvre. Si l'on combine cette nécessité avec les réalités de la décentralisation et de l'évolutivité de la blockchain, cela signifie qu'il faut considérablement augmenter la puissance de traitement pour obtenir une légère amélioration du taux de TPS. Voici les éléments que les développeurs de blockchain doivent prendre en compte lorsqu'ils tentent de construire un réseau. Ils doivent déterminer lequel des trois ils veulent sacrifier.

Avec la décentralisation de la blockchain, un autre problème se pose : celui du consensus. Quelle est la transaction correcte pour chaque registre ? Lorsque vous inscrivez une transaction dans le registre blockchain, comment vous assurez-vous que la transaction est correctement mise à jour sur tous les nœuds ? Cela nécessite une puissance de traitement considérable — c'est pourquoi il est important de comprendre comment équilibrer la sécurité avec les autres fonctionnalités d'un réseau blockchain. La sécurité de la blockchain ne fera que gagner en importance à mesure que son utilité augmentera. Un exemple de faille de sécurité concerne les blockchains utilisant des contrats intelligents.

Sécurité vs. Évolutivité

L'idée générale concernant la sécurité de la blockchain est qu'elle fonctionne en sens inverse de la scalabilité de la blockchain. La sécurité de la blockchain exige l'utilisation d'une puissance de traitement supplémentaire afin de garantir que personne n'exploite le réseau. Le principal problème est toutefois que, par conséquent, la capacité de traitement des transactions est réduite. Les développeurs doivent choisir entre traiter davantage de transactions ou maintenir une sécurité renforcée. De plus, plus un réseau est décentralisé, plus il faudra de temps pour parvenir à un consensus, ce qui rend encore plus difficile d'atteindre simultanément une décentralisation et une sécurité idéales de la blockchain. De nombreuses personnes tentent actuellement de trouver comment faire fonctionner correctement ces deux concepts, sans inconvénients majeurs pour le réseau.

Visa, mentionné plus haut, est un exemple de réseau sécurisé. Elle offre un réseau de traitement des cartes de crédit qui effectue des millions de transactions par seconde. Malgré cela, la sécurité de la blockchain n'est jamais un problème pour eux. On n'entend presque jamais parler d'exploitation. Cependant, lorsqu'un incident se produit, c'est généralement parce que le vendeur a commis un acte interdit. Ce n'est jamais la société de traitement des cartes de crédit elle-même qui pose problème. 

La plupart des blockchains sont assez sécurisées, et les failles de sécurité ne constituent pas un problème récurrent pour la plupart des réseaux. Cependant, comme mentionné précédemment, la sécurité a un coût : la capacité d'adaptation. Cela amène de nombreuses personnes à réfléchir à différentes manières d'améliorer la sécurité et la capacité de traitement des transactions, sans pour autant détruire l'essence même du réseau.

Différentes approches du trilemme de la blockchain

Solana (SOL)





Pois (DOT)





Cardano (ADA)





Fantom (FTM)





Avalanche (AVAX)

Le réseau Avalanche propose une autre approche efficace pour limiter les contraintes du trilemme de la blockchain. Leur décentralisation de la blockchain est principalement obtenue en offrant des récompenses aux personnes qui misent et exploitent un nœud validateur. Ces récompenses sont assez impressionnantes, ce qui signifie que les validateurs potentiels n'ont pas besoin d'investir beaucoup de jetons pour commencer. 

De plus, les exigences matérielles minimales d'Avalanche sont impressionnantes. On peut commencer comme validateur avec du matériel peu coûteux, pour moins d'un dixième du prix du matériel nécessaire pour devenir validateur sur le réseau Solana.

Il est clair qu'être validateur est important à la fois pour la décentralisation et la scalabilité de la blockchain. Cependant, peu de personnes sont incitées à devenir validateurs. Cela s'avère souvent trop coûteux ou trop compliqué pour être efficace, limitant ainsi ses avantages à quelques rares exceptions.

Solutions potentielles au trilemme de la blockchain

Il existe quelques solutions potentielles au trilemme de la blockchain, qui doivent être mises en œuvre indépendamment. De nombreux développeurs cherchent également à résoudre le trilemme de la blockchain pour chaque partie d'un réseau.

Couche 0





Chaînes de relais

La Relay Chain de Polkadot permet à plusieurs réseaux blockchain de se connecter très facilement entre eux, car ils peuvent se connecter à de nombreux réseaux sans les inconvénients inhérents au trilemme de la blockchain. Les parachains fonctionnent en parallèle de la blockchain Polkadot. Ils utilisent la chaîne de relais Polkadot pour obtenir une évolutivité, une sécurité et une gouvernance maximales.

Couche 1

Le principal enjeu pour la couche 1 est de déterminer comment passer à l'échelle. Cela implique de peaufiner le mécanisme de consensus ou d'autres aspects de la blockchain afin d'améliorer son évolutivité. La couche 1 fournit les bases nécessaires pour garantir le bon fonctionnement du réseau. Les réseaux qui ne disposent pas d'une couche 1 solide finissent invariablement par rencontrer des problèmes par la suite.

Améliorations du protocole consensuel

Il existe de nombreuses façons de parvenir à un consensus sur une blockchain, mais plus cela se fait rapidement, mieux on peut résoudre le trilemme de la blockchain. L'enjeu principal est de garantir que le consensus soit atteint correctement et pleinement. Plusieurs algorithmes utilisent des raccourcis, mais ils finissent généralement par arriver là où ils doivent être. Solana offre une preuve de consensus historique , ce qui garantit que les transactions sont effectuées dans l'ordre chronologique et proviennent du responsable approprié. Les dirigeants sont choisis à l'avance, ce qui permet de gagner du temps pour parvenir à un consensus au sein du réseau.

Sharding





Le sharding divise la blockchain et la répartit entre plusieurs validateurs. C'est une méthode risquée en raison de la possibilité théorique que tous les validateurs détenant un certain fragment tombent en panne. Dans ce cas, la totalité de la chaîne de blocs serait perdue. Il existe plusieurs algorithmes pour empêcher cela de se produire, ce qui constitue l'une des nombreuses façons d'améliorer le processus. Ethereum propose des chaînes de fragments comme moyen d'améliorer la scalabilité. Cette méthode divise l'ensemble de la blockchain horizontalement, répartissant la charge sur plusieurs serveurs et permettant ainsi une augmentation exponentielle de la participation au réseau et de la puissance de traitement.

Couche 2





Blockchains imbriquées

Une blockchain imbriquée existe au sein d'une autre blockchain. Les blockchains de couche 1 délèguent le traitement à une blockchain imbriquée, ce qui signifie que des solutions de traitement personnalisées peuvent être créées relativement facilement. C'est l'une des meilleures et des plus simples façons de résoudre le trilemme de la blockchain sans trop de difficultés. L'exemple le plus frappant est Ethereum Plasma, qui utilise une blockchain distincte ancrée à la chaîne principale, capable de fournir une preuve de fraude pour arbitrer les litiges.

Chaînes d'État

Un canal d'état possède essentiellement une capacité et un traitement des transactions délégués. Ses nœuds ne nécessitent pas de validation, ce qui signifie qu'il s'agit d'une ressource adjacente qui fait ce dont elle a besoin. Le réseau de couche 1 exige uniquement que l'état final du canal soit enregistré dans la blockchain.

Chaînes latérales

Une sidechain est essentiellement une blockchain distincte qui se connecte à la blockchain principale à l'aide d'un mécanisme de verrouillage bidirectionnel. Elle accroît l'interopérabilité et la puissance de traitement de la blockchain existante. Par exemple, le réseau Bitcoin peut utiliser des chaînes latérales pour traiter les transactions encore plus rapidement. C'est l'une des nombreuses façons dont les gens obtiennent de meilleures performances avec Bitcoin, même si, techniquement, cela ne devrait pas être possible.

Rollups

En résumé, les rollups traitent les transactions en dehors de la blockchain de couche 1 et les publient ultérieurement une fois le consensus atteint. Cela permet de dissocier une grande partie du processus qui intervient dans les performances de la couche 1. Un élément important du puzzle est le Zero-Knowledge Rollup (ZK-Rollup), qui traite des centaines de transferts de la blockchain actuelle et les publie à une date ultérieure. Cela accélère tout et constitue donc l'un des meilleurs moyens d'améliorer les performances.

Le trilemme de la blockchain peut-il être résolu ?

Il n'existe pas de solution unique pour résoudre le trilemme de la blockchain. Il est théoriquement impossible d'atteindre le Saint Graal. Le mieux que nous puissions faire jusqu'à présent est d'optimiser chaque blockchain autant que possible pour atteindre l'objectif qu'elle s'est fixé. Nous pourrions connaître un avenir avec une puissance de calcul quasi infinie et des vitesses de transfert réseau exponentiellement plus rapides. Dans ce contexte, le trilemme de la blockchain pourrait être résolu relativement facilement. Ce problème ne se poserait plus car la vitesse des transactions serait propulsée « vers la lune ».

Conclusion

Le trilemme de la blockchain constitue actuellement un problème majeur pour la plupart des développeurs. Cependant, comme pour toute autre chose, une fois que nous comprenons la nature du problème, nous avons beaucoup plus de chances d'y trouver une solution. De nombreux développeurs travaillent sur les complexités du trilemme de la blockchain, et ils sont plutôt optimistes — nous devrions l'être aussi.