Qu'est-ce que le paradoxe tripartite de la blockchain ?

La capacité de traitement des transactions par seconde sur une blockchain est limitée. Par exemple, le réseau Bitcoin peut traiter environ sept transactions par seconde. Après une adoption généralisée de la technologie blockchain, la capacité de traitement des données et la vitesse s’amélioreront considérablement, et l’augmentation du nombre d’utilisateurs ne ralentira pas le réseau ni n’augmentera les frais. Cependant, les principes fondamentaux de conception de nombreux réseaux décentralisés mettent souvent l’accent sur l’amélioration de la scalabilité, ce qui tend à affaiblir la décentralisation ou la sécurité. C’est ce qu’on appelle le « paradoxe de la trinité de la blockchain ». Les développeurs expérimentent différents mécanismes de consensus, ainsi que des solutions de scalabilité telles que le sharding, les sidechains et les canaux d’état, dans l’espoir de résoudre ce problème.

Introduction

En résumé, la blockchain est une base de données numérique distribuée. Les blocs de données sont organisés par ordre chronologique. Chaque bloc est relié par une preuve cryptographique et bénéficie d’une protection sécuritaire. Cette technologie est mise en œuvre dans divers secteurs, en train de transformer nos modes de travail et de vie.

Ce concept signifie qu’après l’émergence d’une blockchain décentralisée et sécurisée, il n’est plus nécessaire de dépendre d’un réseau ou d’un marché tiers pour faire fonctionner le monde. Cependant, la majorité des experts estiment que pour une large adoption, il faut d’abord résoudre une question centrale, à savoir le fameux « paradoxe de la trinité de la blockchain ».

Vitalik Buterin, co-fondateur d’Ethereum, a popularisé ce terme. Pour comprendre ce concept, il faut connaître les trois éléments clés de la blockchain : décentralisation, sécurité et scalabilité. Le « paradoxe de la trinité de la blockchain » indique qu’il est difficile d’atteindre simultanément un niveau optimal pour ces trois attributs. L’amélioration d’un aspect tend généralement à affaiblir un autre.

Cet article étudiera ces trois éléments du paradoxe, en les détaillant un par un. Une analyse approfondie de chaque facteur et de leurs interactions aidera à mieux comprendre comment et pourquoi le paradoxe de la trinité de la blockchain existe. L’article mettra également en avant plusieurs solutions proposées par les développeurs.

Qu’est-ce que la décentralisation ?

Selon la conception, Bitcoin et d’autres réseaux blockchain similaires sont décentralisés. L’architecture globale de ces réseaux n’est pas contrôlée par une personne ou une organisation unique, mais est décentralisée. Le réseau est ouvert à tous les participants. Par conséquent, le contrôle est entièrement dispersé, et non concentré entre les mains d’une seule entité. Tout le monde peut accéder aux mêmes données. Si quelqu’un tente de falsifier des enregistrements ou de tricher dans le système, les autres participants peuvent rejeter ces données erronées.

Ce mode de fonctionnement est techniquement complexe. Prenons l’exemple du réseau Bitcoin, qui ne dépend pas d’un tiers de contrôle. Comparons cela au système financier traditionnel, qui repose sur la confiance entre les banques. Les banques renforcent la confiance entre les parties et garantissent la conservation correcte de tous les enregistrements. En revanche, la blockchain Bitcoin partage les données avec tous les membres du réseau pour vérifier et confirmer les données avant leur ajout à la base de données numérique. Cela donne naissance à un système sans intervention tierce.

La décentralisation ouvre la voie à ce que l’on appelle le Web3. Notre Internet actuel est en phase Web2. Les sites et applications Web2 sont contrôlés par de grandes entreprises, mais le contenu est créé par les utilisateurs. Le Web3 représente la prochaine étape de développement. Sur Internet Web3, les utilisateurs contrôlent leurs données et leur vie en ligne grâce à la technologie blockchain décentralisée.

Cependant, il faut noter que le fonctionnement de ces systèmes distribués nécessite que de nombreux participants s’accordent sur la validité de toutes les données, ce qui implique un partage et un traitement d’informations, pouvant ralentir les transactions. Ainsi, la blockchain doit être scalable, c’est-à-dire capable de traiter plus de données à une vitesse plus élevée. Nous en parlerons plus en détail lors de la discussion sur la scalabilité.

De plus, pour réaliser la décentralisation, il faut d’abord assurer la sécurité de la blockchain sous-jacente. Si la blockchain n’est pas sécurisée, les acteurs malveillants peuvent en profiter pour falsifier les données à leur avantage. Cela mène à la deuxième partie du paradoxe de la trinité : la sécurité.

Qu’est-ce que la sécurité de la blockchain ?

Sans sécurité, peu importe le degré de décentralisation d’une blockchain, cela ne sert à rien. Un réseau blockchain robuste doit pouvoir résister aux attaques d’entités malveillantes. Les systèmes centralisés sont fermés, ce qui leur permet de garantir la sécurité. Les contrôleurs peuvent assurer que les données ne sont pas altérées. Mais dans un système décentralisé où tout le monde peut participer, comment garantir la sécurité ?

C’est un sujet complexe. Prenons l’exemple de Bitcoin, dont la sécurité décentralisée repose sur la cryptographie et un mécanisme de consensus appelé « preuve de travail (PoW) ». D’un point de vue cryptographique, chaque bloc possède une signature numérique, ou « hachage ». Toute modification modifiera le hachage du bloc, ce qui relie chaque bloc de manière immuable. Toute tentative de modification sera rapidement détectée par le reste du réseau.

Le mécanisme de preuve de travail joue également un rôle crucial pour assurer la sécurité du registre de la cryptomonnaie. Comprendre la preuve de travail en soi est complexe, mais pour faire simple, il suffit de retenir que les membres du réseau ne peuvent que vérifier les nouvelles transactions et les ajouter au registre via une activité appelée « minage ». Cela implique de résoudre des problèmes mathématiques à l’aide de puissance de calcul. Ce processus nécessite que ces ordinateurs effectuent de nombreuses opérations de hachage. Bien que sécurisé, ce mécanisme est relativement lent, ce qui soulève la question de la scalabilité.

Il faut aussi noter que plus il y a de participants (nœuds) dans le réseau, plus celui-ci est sécurisé. Un grand nombre de participants rend plus difficile pour un acteur malveillant de prendre le contrôle du système. Cela concerne notamment la « attaque à 51 % », où une entité ou un groupe malveillant contrôlant plus de 50 % de la puissance de hachage du réseau peut renverser le consensus et falsifier les données, comme dans le cas de la double dépense de tokens.

En résumé, la sécurité est la pierre angulaire du succès de la blockchain. Sans sécurité, le réseau devient vulnérable aux attaques, et la blockchain perd toute valeur.

Qu’est-ce que la scalabilité ?

La scalabilité désigne la capacité à faire évoluer la blockchain pour augmenter la vitesse des transactions par seconde. Si la technologie blockchain doit servir une société plus large ou des milliards d’utilisateurs, sa scalabilité est essentielle. Mais c’est aussi le défi majeur que rencontrent de nombreuses blockchains.

La raison en est que la décentralisation et la sécurité sont des enjeux fondamentaux, qui reçoivent toujours la priorité. La décentralisation est au cœur de la philosophie et des objectifs de la blockchain. La plupart des blockchains connues respectent cette priorité. Comme mentionné précédemment, la sécurité est une exigence essentielle pour le succès et la valeur de la blockchain.

Cependant, en privilégiant la décentralisation et la sécurité, la scalabilité devient un défi. Le traitement des transactions sur une seule chaîne est fortement limité. Par exemple, le système de paiement centralisé Visa prétend pouvoir traiter 24 000 transactions par seconde, car son réseau est fermé, sans dépendre de nœuds publics ou de consensus. Comparons cela à d’autres blockchains célèbres.

Selon un rapport de Bloomberg de 2022 : « En septembre, Bitcoin ne pouvait traiter que moins de 7 transactions par seconde, tandis que la deuxième plus populaire, Ethereum, plafonne à environ 15 transactions par seconde. Comparé aux plateformes de paiement traditionnelles, c’est lent à en faire douter de la vie. »

Comme mentionné, la limitation de la vitesse de transaction de ces blockchains résulte de la nécessité pour les participants de traiter l’information selon le mécanisme de preuve de travail, ainsi que de la nature même de ce mécanisme. Si de plus en plus de personnes utilisent la blockchain dans la société, la capacité de traitement limitée entraînera une congestion du réseau.

Pourquoi existe-t-il le paradoxe de la trinité de la blockchain ?

La solution la plus évidente à ce problème consiste à réduire le nombre de participants qui confirment et ajoutent des données au réseau, afin d’étendre le réseau et d’accélérer la vitesse. Mais cela réduit la décentralisation, en confiant le contrôle à un petit nombre de participants. Moins de participants signifie un risque accru d’attaque, et une sécurité affaiblie.

Le paradoxe de la trinité se forme ainsi : dans la conception fondamentale du fonctionnement de la blockchain, la décentralisation et la sécurité, deux attributs essentiels, sont étroitement liés, ce qui rend la scalabilité difficile à réaliser. Les trois éléments sont en état de compétition constante. Comment faire progresser la scalabilité sans compromettre la décentralisation ou la sécurité, ou les deux ?

Solutions au paradoxe de la trinité de la blockchain

Il n’existe pas de solution miracle pour le paradoxe de la trinité. Étant donné l’importance de résoudre ce problème, la communauté a proposé diverses approches, qui ont montré des résultats prometteurs. Voici un aperçu des tendances actuelles pour mieux comprendre les avancées récentes dans ce domaine.

1. Sharding

Le sharding consiste à diviser la blockchain ou une autre base de données en partitions plus petites, appelées « shards », pour gérer des segments spécifiques de données. Cette approche réduit la charge sur une seule chaîne pour traiter toutes les transactions et interactions du réseau. Chaque shard possède sa propre blockchain et son propre registre. Ces shards peuvent traiter les transactions indépendamment, tout en étant coordonnés par une chaîne de contrôle ou chaîne principale. Cela modifie la structure de la blockchain principale, faisant du sharding une mise à niveau pour la scalabilité Layer 1.

2. Divers mécanismes de consensus

Une des raisons principales du paradoxe de la trinité dans le réseau Bitcoin est la façon dont la preuve de travail garantit la sécurité. Pour assurer la sécurité du système, il faut des mineurs, un algorithme cryptographique et une puissance de calcul décentralisée considérables, ce qui ralentit le système. Chercher d’autres méthodes pour assurer le consensus est aussi une solution au paradoxe. C’est notamment la raison pour laquelle Ethereum est passé de la preuve de travail à la preuve d’enjeu (PoS).

Dans une blockchain à preuve d’enjeu, les participants doivent « staker » (verrouiller) leurs tokens pour participer à la validation des transactions, sans nécessiter de matériel spécialisé. Ajouter de nouveaux validateurs est plus simple et plus pratique. La preuve d’enjeu n’est qu’une des nombreuses méthodes pour améliorer la scalabilité.

3. Solutions Layer-2

Le sharding et divers mécanismes de consensus sont des solutions de couche 1, visant à modifier la conception fondamentale du réseau sous-jacent. D’autres développeurs étudient des solutions construites sur l’architecture existante, pour tenter de résoudre le paradoxe. En d’autres termes, ils pensent que la solution réside dans les réseaux de seconde couche, ou « Layer 2 ». Parmi ces exemples, on trouve les sidechains et les canaux d’état.

Les sidechains sont essentiellement des blockchains indépendantes connectées à la chaîne principale. Elles permettent la circulation libre d’actifs entre deux chaînes. L’intérêt est que les sidechains peuvent fonctionner selon des règles différentes, pour accélérer et étendre le réseau. De même, les canaux d’état déplacent les transactions hors de la chaîne principale, pour soulager la couche Layer 1. Les canaux d’état n’utilisent pas une chaîne séparée, mais des contrats intelligents permettant aux utilisateurs d’interagir sans publier de transactions sur la blockchain. La blockchain ne doit enregistrer que le début et la fin du canal.

Conclusion

Le paradoxe de la trinité de la blockchain freine le potentiel de cette technologie pour transformer le monde. Si le réseau ne peut traiter que peu de transactions par seconde pour maintenir la décentralisation et la sécurité, sa large adoption sera difficile. Cependant, selon les dernières propositions des développeurs pour résoudre ce problème, seul un progrès continu dans la technologie permettra à l’avenir à la blockchain d’atteindre une capacité de traitement des données en forte croissance. **$LAYER **