Les layer 1, des blockchains souveraines et fondamentales

Un layer 1, c’est quoi ?

Lorsque l’on parle de blockchains, on entend souvent le terme « layer 1 » (couche de niveau 1). Ce terme peut paraître complexe ou ambigu, mais sa signification ne peut être plus simple. Un layer 1, c’est ni plus ni moins qu’une blockchain souveraine. Ethereum et Bitcoin sont les deux exemples les plus connus.

On peut visualiser la technologie de la blockchain comme une pyramide alimentaire avec plusieurs couches. Chacune d’entre elles dépend de celles qui la précèdent, l’inverse n’étant pas vrai. La couche de niveau 0 pose les fondations de toute la pyramide. Elle inclut des protocoles de réseau, d’Internet et même l’ensemble des mineurs, validateurs et nœuds. Ce n’est donc pas une blockchain à proprement parler, mais uniquement un socle.

Les layer 1 sont donc les premières entités à être indépendantes de toute autre blockchain. En effet, les layer 2 comme Arbitrum ou StarkNet sont dépendants de leur blockchain mère, dans ce cas Ethereum, pour fonctionner. Ce n’est pas le cas d’Ethereum ou de Bitcoin, qui sont des layer 1.

Les caractéristiques d’une blockchain de layer 1

Le trilemme de la blockchain

Lors du développement d’une blockchain, il est nécessaire de faire des choix d’architecture et de vision. La création d’un réseau distribué décuple les divergences entre les solutions provenant de différentes voies. Le plus important d’entre eux est le trilemme de la blockchain. 

Figure 1 : Représentation du trilemme de la blockchain

Comme le montre le schéma ci-dessus, il existe trois axes lors du développement d’une blockchain : scalabilité, sécurité et décentralisation. La notoriété de ce trilemme provient de l’incapacité à en trouver la solution. C’est un peu comme des points de caractéristiques qu’il faut attribuer à un personnage dans un jeu. Métaphoriquement, les développeurs disposent de 20 points qu’il faut ensuite répartir selon l’utilisation qu’ils envisagent pour leur blockchain.

Le pôle de la sécurité est souvent privilégié

Les blockchains de niveau 1 sont celles chargées du règlement de toutes les transactions du réseau. Et ce, non seulement pour celles envoyées sur sa propre couche, mais également celles de toutes les surcouches. Ainsi, les layer 1 doivent traiter et finaliser toutes les transactions de la pyramide.

C’est principalement pour cette raison que la grande majorité des blockchains de niveau 1, notamment les plus utilisées, ont choisi de se focaliser sur le pôle de la sécurité. En effet, cette sécurité est pleinement nécessaire étant donné la valeur potentielle mise en jeu. Il existe cependant une divergence quant à l’importance des deux autres pôles.

En effet, la scalabilité d’une blockchain peut être améliorée par le biais de surcouches, qui ne fonctionnent que si le réseau mère est suffisamment sécurisé. Ainsi, des blockchains comme Bitcoin ou Ethereum se servent de solutions de niveau 2 ou 3 pour surmonter leur faible scalabilité de moins de 15 transactions par seconde.

De son côté, la décentralisation est un sujet pointilleux qui divise beaucoup. En effet, certains ne comprennent pas l’idée d’une blockchain relativement centralisée tandis que d’autres n’y voient pas d’inconvénients. Des blockchains comme Ripple ou Solana ont fait le pari d’une telle solution.

On remarque cependant que pour ces layer 1, la sécurité est un pôle primordial qui n’est jamais délaissé par les blockchains viables et utilisées. Les blockchains n’ayant pas fait ce choix comme VeChain ou Nano ne sont que très peu utilisées, ou uniquement par des entreprises ou autres institutionnels.

L’architecture d’un layer 1

Les blockchains de layer 1 ont toutes plus ou moins la même architecture interne. On y retrouve plusieurs couches contenant des instances et entités permettant à une blockchain de fonctionner correctement. Comme pour la pyramide de la blockchain, chacune de ces couches dépend de la précédente en raison du développement d’outils ou de a mise à disposition de données.

Figure 2 : Différentes couches dans une blockchain de layer 1

La couche d’infrastructure 

On retrouve sur cette couche tout ce qui repose sur le niveau 0 des blockchains. Les machines virtuelles (comme l’Ethereum Virtual Machine), les conteneurs (des machines virtuelles plus simples et moins encombrantes) et divers outils de communication composent cette première couche des layer 1.

La couche de données

Lorsque vous naviguez sur les explorateurs de blockchains Etherscan ou Blockchair, vous avez accès à tous les blocs, et donc, tous les smart contracts, toutes les transactions et adresses du réseau. Pour faire simple, la couche de données est celle où sont stockées toutes les informations liées à une blockchain. C’est dans cette couche que se trouve l’historique des blocs (et son lot de caractéristiques) traités en permanence.

La couche réseau

La couche réseau, ou couche peer-to-peer (P2P), est très simple. Elle contient des outils permettant aux nœuds de communiquer entre eux. De cette façon, chacun de ces nœuds est en mesure de savoir quels blocs ont été traités, dans quel ordre et avec quelles informations. C’est cette couche qui veille à ce que l’état actuel de la blockchain soit respecté à travers le monde par tous les nœuds.

La couche de consensus

Il s’agit certainement de la couche la plus connue, car elle est souvent impliquée dans les débats houleux autour de la scalabilité et la décentralisation. Comme son nom l’indique, elle contient les méthodes de consensus. Les deux plus connues étant :

• la preuve de travail (PoW), utilisée par Bitcoin et Ethereum (avant The Merge) notamment. Lente et chère, elle nécessite des calculs complexes (minage), ce qui lui donne un avantage conséquent en matière de décentralisation et de sécurité ;
• la preuve d’enjeu (PoS), utilisée par des blockchains comme Avalanche ou Polkadot, est une alternative moins chère et plus scalable du PoW, car elle ne requiert pas de minage. Les validateurs sont choisis au hasard, et les récompenses dépendent des fonds mis en jeu. Des alternatives comme la preuve d’enjeu déléguée permettent aux investisseurs plus modestes de participer.

Il existe bien d’autres méthodes de consensus comme la preuve d’autorité dans les blockchains privées, la preuve d’historique chez Solana ou la preuve d’accès chez Arweave. Cependant, celles-ci sont bien souvent uniques à leurs blockchains respectives, et donc utilisées par très peu de blockchains, contrairement au PoW et au PoS.

? En savoir plus sur les différentes méthodes de consensus

La couche d’application

Cette couche contient tous les smart contracts ou applications décentralisées qui interagissent avec la blockchain. Celle-ci peut elle-même être divisée entre une partie utilisateur et une partie d’exécution, ou les smart contracts sont exécutés. Cette couche ressemble fortement aux applications classiques avec un « Front-End » et « Back-End », en y ajoutant une connexion à la blockchain.

L’évolution des blockchains de niveau 1

Au fil des années, et ce, depuis 2009, de nombreuses blockchains de layer 1 ont été créées. Avec le temps, la technologie s’est bien sûr améliorée et a donc donné lieu à plusieurs générations de blockchains. À l’heure d’écriture de ces lignes, il en existe 3. Ce chiffre est amené à augmenter dans les années à venir.

Figure 3 : Chronologie des différentes générations de blockchain

Bitcoin, la génération 1 des blockchains

Bien que l’idée d’un layer 1 n’existe pas encore à cette époque, conformément au manque d’autres couches, la première génération de ces blockchains naît en 2009 avec le réseau Bitcoin (BTC).

Celui-ci est très simple et ne permet à ses utilisateurs de n’effectuer que des transactions peer-to-peer entre plusieurs adresses. Initialement, cette génération introduit un idéal unique : révolutionner le système monétaire mondial, alors critiqué suite à la crise des subprimes de 2008. 

La méthode de consensus utilisée, à savoir le PoW, est classique et peu efficace en termes de scalabilité, bien que très décentralisée. Cependant, l’émergence de nombreux autres cas d’utilisation voit naître les blockchains de seconde génération.

La seconde génération, ou comment améliorer l’utilité des blockchains

Envoyer 1 BTC à un ami, c’est bien, mais comment faire si je veux envoyer 1 BTC si, et seulement si, je reçois 5 000 $ en échange ? Avec la blockchain Bitcoin, il est impossible de réaliser une telle opération sans invoquer un contrat de confiance. 

C’est là que la deuxième génération des blockchains entre en jeu. Celles-ci implémentent des smart contracts permettant aux transactions de se complexifier et aux utilités de se décupler. L’accessibilité de ces smart contracts par le biais de langages de programmation permet aux développeurs de créer non seulement des applications décentralisées (dApps), mais également de nouvelles cryptomonnaies, et ce, pour la première fois.  

Cette génération voit l’arrivée de nombreuses blockchains comme Neo (NEO) ou Icon (ICX). La démocratisation des méthodes de consensus à preuve d’enjeu, déléguée ou non (DPoS et PoS) intervient par ailleurs avec l’avènement de ces nouvelles blockchains.

Cependant, le grand champion sorti de cette période est bien évidemment Ethereum (ETH). Bien que cette blockchain utilise encore la preuve de travail (PoW), celle-ci a su capturer, en très peu de temps, une quantité abondante d’utilisateurs, de valeur monétaire et de développeurs avec son langage de programmation Solidity.

À tel point que cela a conduit à une surcharge de la blockchain Ethereum, et des frais exorbitants. Ainsi, la scalabilité de ces blockchains devint un problème grandissant, impliquant la naissance d’une troisième génération de blockchains.

Résoudre les problèmes de scalabilité avec les blockchains de troisième génération

L’arrivée de la génération 3 des blockchains pourrait presque définitivement sceller le destin de la preuve de travail. En effet, cette méthode de consensus, jugée par beaucoup comme trop énergivore et trop lente, ne subvient plus aux besoins d’une base d’utilisateur grandissante et à des transactions de plus en plus régulières.

Ainsi, les méthodes DPoS et PoS deviennent le standard avec le développement de Tendermint (aujourd’hui Ignite) utilisé par de nombreuses blockchains comme Cosmos (ATOM) et la BNB Chain (BNB), Subtrate utilisé notamment par Polkadot (DOT), ou Ouroboros chez Cardano (ADA). On retrouve également des méthodes plus exotiques comme la preuve d’historique de Solana (SOL).

Ces blockchains, certes moins décentralisées, sont bien plus scalables et technologiquement supérieures aux générations précédentes. Par exemple, la BNB Chain de Binance est parvenue à dépasser Ethereum en nombre de transactions quotidiennes en février 2022 grâce à ses faibles frais et une expérience utilisateur largement améliorée. Cependant, cette migration n’est que temporaire, comme en témoigne la place de leader confortée par Ethereum jour après jour en termes de liquidités, d’utilisateurs et d’activité de développement.

Les layer 1, des blockchains indépendantes, mais insuffisantes

Les layer 1 ne sont ni plus ni moins que des blockchains souveraines. Autrement dit, elles ne dépendent d’aucun autre réseau pour fonctionner (hormis la couche fondamentale, commune à toutes les blockchains). Étant l’endroit où sont finalisées et traitées toutes les transactions, ces blockchains favorisent généralement l’aspect sécurité du réseau.

Le problème étant que les développeurs sont laissés en face d’un dilemme : faut-il se tourner vers une blockchain décentralisée ou scalable ? Les blockchains scalables étant arrivées bien plus tard, elles manquent encore d’une adoption massive, surtout lorsqu’elles sont comparées à leurs concurrentes directes comme Ethereum. Cependant, celle-ci manque toujours d’une expérience utilisateur digne de ce nom, en témoignent les frais exorbitants et le débit insuffisant.

Ainsi, ces deux catégories de blockchains sont insuffisantes pour les utilisateurs de demain. C’est alors que l’idée de blockchains en couches prend tout son sens. Une surcouche, layer 2, permet aux blockchains très utilisées, mais peu utilisables par les masses, comme Ethereum, d’être allégées en déchargeant certaines transactions sur des réseaux plus rapides, dépendants de la sécurité de la blockchain mère.

De leur côté, les blockchains de génération 3, rapides, mais relativement peu adoptées, peuvent s’unir grâce à une complexification de la couche de niveau 0. Celle-ci peut alors intégrer de services de communication comme l’IBC, permettant ainsi l’interopérabilité des blockchains l’utilisant.

À noter cependant que ces deux solutions ne sont pas mutuellement exclusives. En effet, des bridges connectant Ethereum aux autres blockchains existent déjà et continuent d’être améliorés. 

? Pour aller plus loin – Les layer 0, les fondations de la blockchain où règne l’interopérabilité

Sources graphiques : Figure 1 : Fingo ; Figure 2 : InBlock ; Figure 3 : OriginalMy

Ingénieur de formation, je découvre la blockchain fin 2018. J’adore expliquer les concepts techniques et compliqués avec des mots simples.

Victor Morizon

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