L'avenir de la blockchain est une vision grandiose : décentralisation, sécurité et évolutivité. Mais généralement, la blockchain ne peut réaliser que deux de ces trois objectifs, et satisfaire ces trois exigences est appelé le problème du triangle impossible de la blockchain. Depuis des années, les gens explorent comment résoudre ce dilemme, comment améliorer le débit et la vitesse des transactions de la blockchain tout en garantissant la décentralisation et la sécurité, c'est-à-dire résoudre le problème de l'évolutivité, qui est l'un des sujets les plus discutés dans le processus de développement actuel de la blockchain.
Définissons d'abord de manière générale la décentralisation, la sécurité et l'évolutivité de la blockchain :
Décentralisé : n'importe qui peut devenir un nœud participant à la production et à la vérification du système blockchain. Plus il y a de nœuds, plus le degré de décentralisation est élevé, garantissant ainsi que le réseau n'est pas contrôlé par un petit groupe de participants centralisés.
Sécurité : Plus le coût pour obtenir le contrôle d'un système blockchain est élevé, plus la sécurité est grande, alors la chaîne peut résister à un plus grand pourcentage d'attaques de participants.
Scalabilité : capacité de la blockchain à traiter un grand nombre de transactions.
La première grande scission de la blockchain Bitcoin est née d'un problème d'évolutivité. Avec l'augmentation du nombre d'utilisateurs et du volume des transactions sur le réseau Bitcoin, la limite de 1 Mo par bloc a commencé à entraîner des problèmes de congestion ; depuis 2015, la communauté Bitcoin a divergé sur la question de l'évolutivité. D'un côté, il y a le camp des pro-évolutivité représenté par Bitcoin ABC, qui soutient l'augmentation de la taille des blocs, et de l'autre, il y a le camp des petits blocs représenté par Bitcoin Core, qui pense qu'il faut optimiser la structure de la chaîne principale en utilisant le mécanisme Segwit. Le 1er août 2017, Bitcoin ABC a lancé son système client développé jusqu'à 8 Mo, ce qui a conduit à la première grande scission de l'histoire de Bitcoin, donnant également naissance à la nouvelle cryptomonnaie BCH.
De même, le réseau Ethereum a également choisi de sacrifier une partie de l'évolutivité pour garantir la sécurité et la décentralisation du réseau ; bien que le réseau Ethereum ne limite pas le volume des transactions comme le fait le réseau Bitcoin en restreignant la taille des blocs, il a en quelque sorte évolué vers la mise en place d'un plafond sur les frais de carburant pouvant être accueillis dans un seul bloc, mais l'objectif reste de réaliser un consensus sans confiance et d'assurer une large distribution des nœuds ( que ce soit en annulant ou en augmentant la limite, cela éliminera de nombreux petits nœuds qui manquent de bande passante, de stockage et de capacité de calcul ).
Depuis CryptoKitties en 2017, l'été DeFi, jusqu'à l'émergence ultérieure des applications on-chain telles que GameFi et NFT, la demande du marché pour le débit ne cesse d'augmenter. Cependant, même Ethereum, qui est Turing-complet, ne peut traiter que 15 à 45 transactions par seconde ( TPS ), ce qui entraîne une augmentation continue des coûts de transaction, des temps de règlement plus longs, rendant la plupart des Dapps difficilement viables économiquement. L'ensemble du réseau devient également lent et coûteux pour les utilisateurs, et le problème de l'évolutivité de la blockchain doit être résolu de toute urgence. L'idéal en matière de solution d'évolutivité est d'augmenter autant que possible la vitesse des transactions du réseau blockchain ( un temps de finalité ) plus court et un débit de transactions ( un TPS ) plus élevé, sans sacrifier la décentralisation et la sécurité.
2. Catégories des solutions d'extension
Nous avons classé les solutions d'extension en deux grandes catégories : l'extension on-chain et l'extension off-chain, en nous basant sur le critère "s'il y a un changement de couche de la blockchain principale".
2.1 Scalabilité on-chain
Concept clé : solution visant à atteindre un effet d'extension en modifiant une couche de protocole de la chaîne principale, la principale solution actuelle étant le sharding.
Il existe plusieurs solutions pour l'extension on-chain, cet article ne les développera pas, voici un bref aperçu de deux solutions :
La solution un est d'élargir l'espace des blocs, c'est-à-dire d'augmenter le nombre de transactions emballées dans chaque bloc, mais cela augmentera les exigences pour les équipements de nœuds à haute performance, augmentant le seuil d'entrée des nœuds et réduisant le degré de "décentralisation".
La solution deux est le sharding, qui consiste à diviser le livre de la blockchain en plusieurs parties. Au lieu que chaque nœud participe à tous les enregistrements, différents shards, c'est-à-dire différents nœuds, sont responsables de différents enregistrements, et le calcul parallèle peut traiter plusieurs transactions simultanément ; cela permet de réduire la pression de calcul sur les nœuds et le seuil d'entrée, tout en augmentant la vitesse de traitement des transactions et le degré de décentralisation ; mais cela signifie que la puissance de calcul de l'ensemble du réseau est dispersée, ce qui réduira la "sécurité" de l'ensemble du réseau.
Modifier le code d'un protocole principal peut avoir des conséquences négatives imprévisibles, car toute faille de sécurité mineure dans la couche sous-jacente peut gravement menacer la sécurité de l'ensemble du réseau, ce qui peut entraîner un fork ou une interruption pour des mises à jour de réparation. Par exemple, l'incident de l'inflation de Zcash en 2018 : le code de Zcash est basé sur une version modifiée du code de Bitcoin 0.11.2, et en 2018, un ingénieur a découvert une vulnérabilité critique dans le code sous-jacent, à savoir que les tokens pouvaient être émis indéfiniment. L'équipe a ensuite passé 8 mois à corriger secrètement cette vulnérabilité, qui n'a été rendue publique qu'après sa réparation.
2.2 off-chain expansion
Concept clé : solution d'extension qui ne modifie pas le protocole de la couche principale existante.
Les solutions d'extension off-chain peuvent être subdivisées en Layer2 et autres solutions :
3. Solution d'extension off-chain
3.1 Canaux d'État
3.1.1 Résumé
Les canaux d'état stipulent que les utilisateurs n'ont besoin d'interagir avec la chaîne principale que lors de l'ouverture, de la fermeture ou de la résolution de litiges, et que les interactions entre utilisateurs se déroulent hors chaîne afin de réduire le temps et le coût des transactions pour les utilisateurs, tout en permettant un nombre illimité de transactions.
Les canaux d'état sont un protocole P2P simple, adapté aux "applications basées sur des tours", comme un jeu d'échecs à deux. Chaque canal est géré par un contrat intelligent multi-signatures fonctionnant sur la blockchain principale, lequel contrôle les actifs déposés dans le canal, vérifie les mises à jour d'état et arbitre les litiges entre participants ( selon des preuves de fraude ) accompagnées de signatures et de timestamps. Après le déploiement du contrat sur le réseau blockchain, les participants déposent une certaine somme d'argent et la verrouillent; après confirmation par les signatures des deux parties, le canal est officiellement ouvert. Le canal permet des transactions off-chain gratuites illimitées ( entre les participants tant que la valeur nette de leurs transferts ne dépasse pas le montant total des jetons déposés ). Les participants envoient alternativement des mises à jour d'état à l'autre, attendant la confirmation de la signature de l'autre partie. Une fois la signature de l'autre partie confirmée, la mise à jour d'état est considérée comme complète. En règle normale, les mises à jour d'état acceptées par les deux parties ne sont pas téléchargées sur la blockchain principale; seule une dispute ou une fermeture de canal nécessiterait une confirmation de la blockchain principale. Lorsque la fermeture du canal est nécessaire, n'importe quel participant peut soumettre une demande de transaction sur la blockchain principale; si la demande de retrait reçoit l'approbation de toutes les signatures, elle est immédiatement exécutée sur la chaîne, c'est-à-dire que le contrat intelligent distribue les fonds verrouillés restants en fonction du solde final de chaque participant; si d'autres participants n'ont pas approuvé la signature, alors tous doivent attendre la fin de la "période de défi" pour recevoir les fonds restants.
En résumé, le schéma des canaux d'état peut considérablement réduire la charge de calcul sur la chaîne principale, améliorer la vitesse des transactions et diminuer les coûts de transaction.
3.1.2 Chronologie
2015/02, Joseph Poon et Thaddeus Dryja ont publié un projet de livre blanc sur le réseau Lightning.
2015/11, Jeff Coleman a d'abord résumé de manière systématique le concept de State Channel, en proposant que le Payment Channel de Bitcoin est un sous-cas du concept de State Channel.
2016/01, Joseph Poon et Thaddeus Dryja ont officiellement publié le livre blanc « The Bitcoin Lightning Network: Scalable Off-Chain Instant Payments » proposant un plan d'extension du réseau Lightning Bitcoin : Payment Channel( paiement par canal), ce plan est uniquement destiné à traiter les paiements de transfert sur le réseau Bitcoin.
Novembre 2017, la première spécification de conception concernant les State Channels basée sur le cadre Payment Channel, Sprites, a été proposée.
2018/06, Counterfactual a proposé un design très détaillé des Generalized State Channels, qui est le premier design entièrement lié aux canaux d'état.
2018/10, l'article Generalised State Channel Networks a proposé les concepts de State Channel Networks et de Virtual Channels.
2019/02, le concept de canaux d'état a été étendu aux canaux à N parties, Nitro est le premier protocole établi sur cette idée.
2019/10, Pisa a élargi le concept de Watchtowers pour résoudre le problème de la nécessité pour tous les participants d'être en ligne en permanence.
2020/03, Hydra a proposé des Fast Isomorphic Channels.
3.1.3 Principes techniques
Le processus principal du canal d'état est le suivant :
Alice et Bob déposent des fonds de leurs propres EOA dans l'adresse du contrat on-chain, ces fonds sont verrouillés dans le contrat jusqu'à ce que le canal soit fermé, moment auquel le solde sera retourné aux utilisateurs ; après confirmation par leur signature, le canal d'état entre les deux est officiellement ouvert.
Alice et Bob peuvent théoriquement effectuer un nombre illimité de transactions hors chaîne par ce canal, les participants communiquant entre eux par des messages signés cryptés ( plutôt qu'avec le réseau blockchain ). Chaque utilisateur doit signer chaque transaction pour prévenir les malversations de double dépense. À travers ces messages, ils proposent la mise à jour de l'état de leurs comptes et acceptent les mises à jour d'état proposées par l'autre.
Si Alice souhaite fermer le canal de transaction avec Bob, elle doit soumettre l'état final de son compte au contrat. Si Bob signe pour approuver, le contrat libérera les fonds verrouillés en fonction de l'état final et les renverra à l'utilisateur correspondant. Si Bob ne répond pas par une signature, le contrat libérera les fonds verrouillés et les renverra à l'utilisateur correspondant après la fin de la période de contestation.
3.1.4 Avantages et inconvénients
Avantages :
Peut réaliser un nombre illimité de transactions off-chain
Vitesse de transaction rapide, confirmation presque instantanée
Coûts de transaction bas
Bonne confidentialité, seulement en chaîne lors de l'activation du canal.
Inconvénients :
Il est nécessaire de verrouiller les fonds
Tous les participants doivent rester en ligne
Les transactions peuvent être confirmées sur la chaîne uniquement lorsque le canal est fermé.
La complexité des transactions multipartites à grande échelle est élevée.
La mise à jour de l'état nécessite la signature de tous les participants
3.1.5 Application
Réseau Lightning de Bitcoin
Le réseau Lightning de Bitcoin est un canal de paiement à faible montant sur le réseau Bitcoin, qui utilise des canaux de paiement hors chaîne et crée un réseau de transactions grâce à des intermédiaires, permettant de résoudre le problème de mise à l'échelle du réseau Bitcoin. Théoriquement, le réseau Lightning peut traiter un million de transactions par seconde.
Principale chronologie:
Publication d'un projet de livre blanc en février 2015
La première version du réseau principal a été publiée en mars 2018.
En 2021, le Salvador a adopté le Bitcoin comme monnaie légale et a lancé un portefeuille basé sur le réseau Lightning.
En 2022, plusieurs échanges ont soutenu le réseau Lightning
L'écosystème comprend principalement : le réseau BTC de base, la solution de réseau Lightning (, les services de nœuds et de liquidité ), ainsi que diverses applications de services de paiement et financiers de niveau supérieur.
Réseau Lightning Ethereum
Le réseau Lightning est un canal de paiement à faible montant basé sur Ethereum, très similaire au réseau Lightning, dont l'objectif est de réaliser des paiements de jetons ERC20 quasi instantanés, à faible coût et évolutifs sur Ethereum.
Chronologie principale:
Fondé en 2017
Première publication du client principal en mai 2020
En raison du développement technologique lent, il n'a pas encore été largement adopté.
Celer Network
Celer Network est essentiellement un réseau Lightning amélioré avec une couche d'incitation ( de jetons $CELR), capable de construire des Dapps blockchain à interactions haute fréquence rapides, faciles à utiliser, à faible coût et sécurisées, comme des plateformes de jeux électroniques, grâce à des techniques d'expansion off-chain et à un modèle économique incitatif.
3.1.6 Comparaison des applications
Les principales différences entre le réseau Lightning de Bitcoin, le réseau Lightning d'Ethereum et Celer Network :
Réseau de base : basé respectivement sur Bitcoin, Ethereum et multichaînes
Fonctionnalité : le réseau Lightning ne prend en charge que les paiements, tandis que le réseau Raiden et Celer prennent en charge des applications plus complexes.
Niveau de développement : le réseau Lightning est le plus mature, le réseau Thunder se développe lentement, Celer est au milieu.
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AirdropHunter007
· 07-26 03:25
Encore en train de parler de tps, n'est-ce pas ?
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ForkThisDAO
· 07-26 03:21
Hehe maintenant, même l'augmentation de capacité utilise la Trinité impie pour tromper.
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BrokenDAO
· 07-26 03:19
Encore un article sur la Trinité impie. Plus il y a de nœuds, plus c'est vraiment décentralisé ? Ce n'est pas encore la centralisation de la puissance de calcul par le Mining...
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ValidatorViking
· 07-26 03:07
l'évolutivité éprouvée a toujours été le boss final à vrai dire
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TommyTeacher1
· 07-26 03:03
D'abord, concentrons-nous sur le TPS pour assurer la sécurité.
Solutions d'extension off-chain : historique des State Channels, Sidechains et Layer2
Analyse approfondie de l'extension off-chain
Auteur : Équipe Cobo Ventures
1. La nécessité d'augmenter la capacité
L'avenir de la blockchain est une vision grandiose : décentralisation, sécurité et évolutivité. Mais généralement, la blockchain ne peut réaliser que deux de ces trois objectifs, et satisfaire ces trois exigences est appelé le problème du triangle impossible de la blockchain. Depuis des années, les gens explorent comment résoudre ce dilemme, comment améliorer le débit et la vitesse des transactions de la blockchain tout en garantissant la décentralisation et la sécurité, c'est-à-dire résoudre le problème de l'évolutivité, qui est l'un des sujets les plus discutés dans le processus de développement actuel de la blockchain.
Définissons d'abord de manière générale la décentralisation, la sécurité et l'évolutivité de la blockchain :
La première grande scission de la blockchain Bitcoin est née d'un problème d'évolutivité. Avec l'augmentation du nombre d'utilisateurs et du volume des transactions sur le réseau Bitcoin, la limite de 1 Mo par bloc a commencé à entraîner des problèmes de congestion ; depuis 2015, la communauté Bitcoin a divergé sur la question de l'évolutivité. D'un côté, il y a le camp des pro-évolutivité représenté par Bitcoin ABC, qui soutient l'augmentation de la taille des blocs, et de l'autre, il y a le camp des petits blocs représenté par Bitcoin Core, qui pense qu'il faut optimiser la structure de la chaîne principale en utilisant le mécanisme Segwit. Le 1er août 2017, Bitcoin ABC a lancé son système client développé jusqu'à 8 Mo, ce qui a conduit à la première grande scission de l'histoire de Bitcoin, donnant également naissance à la nouvelle cryptomonnaie BCH.
De même, le réseau Ethereum a également choisi de sacrifier une partie de l'évolutivité pour garantir la sécurité et la décentralisation du réseau ; bien que le réseau Ethereum ne limite pas le volume des transactions comme le fait le réseau Bitcoin en restreignant la taille des blocs, il a en quelque sorte évolué vers la mise en place d'un plafond sur les frais de carburant pouvant être accueillis dans un seul bloc, mais l'objectif reste de réaliser un consensus sans confiance et d'assurer une large distribution des nœuds ( que ce soit en annulant ou en augmentant la limite, cela éliminera de nombreux petits nœuds qui manquent de bande passante, de stockage et de capacité de calcul ).
Depuis CryptoKitties en 2017, l'été DeFi, jusqu'à l'émergence ultérieure des applications on-chain telles que GameFi et NFT, la demande du marché pour le débit ne cesse d'augmenter. Cependant, même Ethereum, qui est Turing-complet, ne peut traiter que 15 à 45 transactions par seconde ( TPS ), ce qui entraîne une augmentation continue des coûts de transaction, des temps de règlement plus longs, rendant la plupart des Dapps difficilement viables économiquement. L'ensemble du réseau devient également lent et coûteux pour les utilisateurs, et le problème de l'évolutivité de la blockchain doit être résolu de toute urgence. L'idéal en matière de solution d'évolutivité est d'augmenter autant que possible la vitesse des transactions du réseau blockchain ( un temps de finalité ) plus court et un débit de transactions ( un TPS ) plus élevé, sans sacrifier la décentralisation et la sécurité.
2. Catégories des solutions d'extension
Nous avons classé les solutions d'extension en deux grandes catégories : l'extension on-chain et l'extension off-chain, en nous basant sur le critère "s'il y a un changement de couche de la blockchain principale".
2.1 Scalabilité on-chain
Concept clé : solution visant à atteindre un effet d'extension en modifiant une couche de protocole de la chaîne principale, la principale solution actuelle étant le sharding.
Il existe plusieurs solutions pour l'extension on-chain, cet article ne les développera pas, voici un bref aperçu de deux solutions :
Modifier le code d'un protocole principal peut avoir des conséquences négatives imprévisibles, car toute faille de sécurité mineure dans la couche sous-jacente peut gravement menacer la sécurité de l'ensemble du réseau, ce qui peut entraîner un fork ou une interruption pour des mises à jour de réparation. Par exemple, l'incident de l'inflation de Zcash en 2018 : le code de Zcash est basé sur une version modifiée du code de Bitcoin 0.11.2, et en 2018, un ingénieur a découvert une vulnérabilité critique dans le code sous-jacent, à savoir que les tokens pouvaient être émis indéfiniment. L'équipe a ensuite passé 8 mois à corriger secrètement cette vulnérabilité, qui n'a été rendue publique qu'après sa réparation.
2.2 off-chain expansion
Concept clé : solution d'extension qui ne modifie pas le protocole de la couche principale existante.
Les solutions d'extension off-chain peuvent être subdivisées en Layer2 et autres solutions :
3. Solution d'extension off-chain
3.1 Canaux d'État
3.1.1 Résumé
Les canaux d'état stipulent que les utilisateurs n'ont besoin d'interagir avec la chaîne principale que lors de l'ouverture, de la fermeture ou de la résolution de litiges, et que les interactions entre utilisateurs se déroulent hors chaîne afin de réduire le temps et le coût des transactions pour les utilisateurs, tout en permettant un nombre illimité de transactions.
Les canaux d'état sont un protocole P2P simple, adapté aux "applications basées sur des tours", comme un jeu d'échecs à deux. Chaque canal est géré par un contrat intelligent multi-signatures fonctionnant sur la blockchain principale, lequel contrôle les actifs déposés dans le canal, vérifie les mises à jour d'état et arbitre les litiges entre participants ( selon des preuves de fraude ) accompagnées de signatures et de timestamps. Après le déploiement du contrat sur le réseau blockchain, les participants déposent une certaine somme d'argent et la verrouillent; après confirmation par les signatures des deux parties, le canal est officiellement ouvert. Le canal permet des transactions off-chain gratuites illimitées ( entre les participants tant que la valeur nette de leurs transferts ne dépasse pas le montant total des jetons déposés ). Les participants envoient alternativement des mises à jour d'état à l'autre, attendant la confirmation de la signature de l'autre partie. Une fois la signature de l'autre partie confirmée, la mise à jour d'état est considérée comme complète. En règle normale, les mises à jour d'état acceptées par les deux parties ne sont pas téléchargées sur la blockchain principale; seule une dispute ou une fermeture de canal nécessiterait une confirmation de la blockchain principale. Lorsque la fermeture du canal est nécessaire, n'importe quel participant peut soumettre une demande de transaction sur la blockchain principale; si la demande de retrait reçoit l'approbation de toutes les signatures, elle est immédiatement exécutée sur la chaîne, c'est-à-dire que le contrat intelligent distribue les fonds verrouillés restants en fonction du solde final de chaque participant; si d'autres participants n'ont pas approuvé la signature, alors tous doivent attendre la fin de la "période de défi" pour recevoir les fonds restants.
En résumé, le schéma des canaux d'état peut considérablement réduire la charge de calcul sur la chaîne principale, améliorer la vitesse des transactions et diminuer les coûts de transaction.
3.1.2 Chronologie
3.1.3 Principes techniques
Le processus principal du canal d'état est le suivant :
Alice et Bob déposent des fonds de leurs propres EOA dans l'adresse du contrat on-chain, ces fonds sont verrouillés dans le contrat jusqu'à ce que le canal soit fermé, moment auquel le solde sera retourné aux utilisateurs ; après confirmation par leur signature, le canal d'état entre les deux est officiellement ouvert.
Alice et Bob peuvent théoriquement effectuer un nombre illimité de transactions hors chaîne par ce canal, les participants communiquant entre eux par des messages signés cryptés ( plutôt qu'avec le réseau blockchain ). Chaque utilisateur doit signer chaque transaction pour prévenir les malversations de double dépense. À travers ces messages, ils proposent la mise à jour de l'état de leurs comptes et acceptent les mises à jour d'état proposées par l'autre.
Si Alice souhaite fermer le canal de transaction avec Bob, elle doit soumettre l'état final de son compte au contrat. Si Bob signe pour approuver, le contrat libérera les fonds verrouillés en fonction de l'état final et les renverra à l'utilisateur correspondant. Si Bob ne répond pas par une signature, le contrat libérera les fonds verrouillés et les renverra à l'utilisateur correspondant après la fin de la période de contestation.
3.1.4 Avantages et inconvénients
Avantages :
Inconvénients :
3.1.5 Application
Le réseau Lightning de Bitcoin est un canal de paiement à faible montant sur le réseau Bitcoin, qui utilise des canaux de paiement hors chaîne et crée un réseau de transactions grâce à des intermédiaires, permettant de résoudre le problème de mise à l'échelle du réseau Bitcoin. Théoriquement, le réseau Lightning peut traiter un million de transactions par seconde.
Principale chronologie:
L'écosystème comprend principalement : le réseau BTC de base, la solution de réseau Lightning (, les services de nœuds et de liquidité ), ainsi que diverses applications de services de paiement et financiers de niveau supérieur.
Le réseau Lightning est un canal de paiement à faible montant basé sur Ethereum, très similaire au réseau Lightning, dont l'objectif est de réaliser des paiements de jetons ERC20 quasi instantanés, à faible coût et évolutifs sur Ethereum.
Chronologie principale:
En raison du développement technologique lent, il n'a pas encore été largement adopté.
Celer Network est essentiellement un réseau Lightning amélioré avec une couche d'incitation ( de jetons $CELR), capable de construire des Dapps blockchain à interactions haute fréquence rapides, faciles à utiliser, à faible coût et sécurisées, comme des plateformes de jeux électroniques, grâce à des techniques d'expansion off-chain et à un modèle économique incitatif.
3.1.6 Comparaison des applications
Les principales différences entre le réseau Lightning de Bitcoin, le réseau Lightning d'Ethereum et Celer Network :