Qu'est-ce qu'une blockchain modulaire ?

Une blockchain modulaire est un type de blockchain dont l'architecture est divisée en plusieurs couches, ce qui permet d'augmenter la scalabilité sans compromettre la décentralisation et la sécurité. L'ensemble de l'industrie semble peu à peu se diriger vers une architecture modulaire, dont la blockchain Ethereum. Alors, pourquoi et comment est-ce possible ? En quoi est-ce différent d'une blockchain classique ? Tour d'horizon de la blockchain modulaire.

Qu'est-ce qu'une blockchain modulaire ?

Le trilemme de la blockchain, point de départ

Une blockchain modulaire est un type de blockchain qui repose non pas sur une seule couche comme les blockchains monolithiques, mais sur une architecture divisée en plusieurs couches indépendantes.

Pour mieux comprendre ce dont nous allons parler, il convient de revenir vers le célèbre trilemme de la blockchain, puisque l'évolution de la technologie de la blockchain est en lien étroit avec celui-ci.

Ce trilemme stipule qu'une blockchain ne peut pas atteindre à la fois un haut niveau de scalabilité, de décentralisation et de sécurité. En effet, lors du développement d'une nouvelle blockchain, les développeurs doivent alors faire un compromis sur l'un de ces trois piliers pour atteindre les deux autres.

Le trilemme de la blockchain

Figure 1 – Le trilemme de la blockchain

 

Ainsi, il existe des blockchains scalables, qui sont en contrepartie peu décentralisées et sécurisées comme la BNB Chain. D'autres sont décentralisées et sécurisées, mais sont peu scalables, comme Ethereum.

Depuis plus de 10 ans, ce trilemme est l'obstacle majeur à la conception d'une blockchain classique, aussi appelée blockchain monolithique.

Concentrons-nous tout d'abord sur ce qu'est une blockchain monolithique et les trois concepts fondamentaux sous-jacents à la blockchain :

  • Le consensus : le processus par lequel l'ensemble des noeuds d'un réseau s'accorde sur la validité du contenu d'un nouveau bloc et du nouvel état de la blockchain ;
  • Le stockage des données : les données de transactions publiées par les producteurs de blocs dans un bloc, avec la garantie que ces données soient disponibles pour tous les participants du réseau ;
  • L'exécution des transactions.

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Les blockchains monolithiques

Les blockchains monolithiques existent depuis la création du Bitcoin en 2009 et la vaste majorité des blockchains créées ensuite le sont également. Celles-ci traitent le consensus, le stockage des informations et l'exécution des transactions sur le même réseau, autrement dit, sur une seule couche.

Une telle blockchain possède donc des nœuds qui traitent les trois concepts fondamentaux dans un seul bloc, et cela implique des concessions.

Ces dernières années toutefois, l'objectif de nombreuses blockchains est d'atteindre un haut niveau de scalabilité sans compromettre la décentralisation et la sécurité.

Si l'on désire qu'une blockchain monolithique soit plus scalable, la taille d'un bloc doit être augmentée pour publier davantage de transactions dans un même bloc. Si les noeuds n'arrivent pas à suivre en augmentant leur capacité de stockage, ils sont alors coupés du réseau. La conséquence est une baisse du niveau de décentralisation et donc de la sécurité.

Aussi, réduire le nombre de noeuds permet au réseau de gérer un débit plus élevé de transactions. Moins il y a de noeuds, plus il est rapide de valider les transactions puisque les noeuds arrivent au consensus plus rapidement, mais cela baisse le niveau de décentralisation et la sécurité.

La blockchain Solana, par exemple, a pris cette direction pour résoudre le problème de scalabilité. Mais comme nous venons de l'expliquer, cela ne permet pas de résoudre le trilemme puisqu'il y a toujours des concessions à faire.

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C'est quoi une blockchain modulaire ?

En essayant de faire fonctionner les trois concepts fondamentaux sur une seule couche, une blockchain monolithique est limitée par le trilemme.

Ainsi, l'architecture modulaire offre un nouveau moyen de concevoir les blockchains pour tenter de résoudre ce trilemme.

Le point clé à noter concernant ce type de blockchain est que les concepts fondamentaux sont séparés en plusieurs couches, ou blockchains, au lieu de tous les traiter en même temps sur une seule couche.

Par exemple, une blockchain modulaire peut avoir une couche d'exécution indépendante des couches de consensus et du stockage des données. Concrètement, cela permet aux noeuds d'exécuter les transactions séparément, ce qui augmente la scalabilité et simplifie la conception de la blockchain.

Il s'agit d'une fragmentation des tâches. Assigner une seule tâche à chaque couche permet d'augmenter la scalabilité du réseau.

Les solutions de seconde couche et de troisième couche, respectivement baptisées layer 2 et layer 3, sont des exemples parfaits pour illustrer l'apport d'une séparation des couches, comme peuvent l'être Lightning Network pour Bitcoin et Polygon pour Ethereum.

Au même titre que les layer 2 et 3, les sidechains sont également utilisées pour compenser les compromis pris par la blockchain principale en optimisant et en se concentrant uniquement sur l'exécution des transactions par exemple.

Blockchain Celestia

Figure 2 – Représentation de la structure d'une blockchain monolithique et d'une blockchain modulaire

 

Voici quelques exemples de blockchains modulaires.

Le layer 0 Cosmos

Cosmos est un écosystème de blockchains indépendantes et d'applications décentralisées interopérables.

Les développeurs créant une application sur le réseau Cosmos peuvent se servir de modules open-source pour créer facilement une blockchain spécifique à leurs besoins.

Ainsi, le module Cosmos SDK permet de développer une blockchain spécifique à une application. Le module Tendermint Core est la couche de consensus qui permet d'y intégrer une couche de décentralisation, et l'IBC est un protocole de communication inter-blockchain.

Enfin, avec l'Interchain Security, les blockchains indépendantes (sidechains) du réseau Cosmos peuvent, pour assurer leur sécurité, emprunter les validateurs de la chaîne principale du réseau, Cosmos Hub.

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L'écosystème modulaire de Celestia

L'écosystème modulaire de Celestia est développé sur le réseau Cosmos, ce qui permet à sa blockchain de se débarrasser de la couche d’exécution.

En effet, Celestia fait le choix de développer seulement les couches de consensus et de stockage des données : rien ne peut y être exécuté puisqu’il n’y a pas de couche d’exécution.

Ainsi, les projets qui se concentrent uniquement sur la couche d’exécution peuvent se brancher sur Celestia. En ce sens, la blockchain Celestia sert de socle à ces projets qui n’ont pas besoin de se soucier des couches de consensus et de stockage de données.

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Le sharding d'Ethereum

Le sharding, ou partitionnement, est une technique de gestion des données qui pourrait permettre à Ethereum d'atteindre un haut niveau de scalabilité en séparant la couche de stockage des données des deux autres couches.

Il s'agit de diviser le réseau Ethereum en plusieurs shards, chacune possédant ses propres validateurs. Ceux-ci peuvent alors opérer un noeud pour leur shard et fonctionner en tant que clients légers pour les autres shards du réseau.

Le stockage des données est donc divisé en plusieurs fragments, ce qui augmente l'espace de données disponibles et octroie un débit de transactions supérieur. La sharding permettra au réseau Ethereum d'accélérer sa transition vers une blockchain modulaire pour résoudre le trilemme.

👉 Pour aller plus loin - À quoi ressemblera le futur d'Ethereum après The Merge ?

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Conclusion sur les blockchains modulaires

L'architecture modulaire est l'évolution logique de la blockchain pour se libérer du fameux trilemme de la blockchain évoqué pour la première fois par Vitalik Buterin.

Les solutions de seconde couche combinées aux rollups, deviennent de plus en plus populaires et utilisées. La blockchain Ethereum a pour objectif d'utiliser le sharding dans un futur proche. D'autres blockchains majeures comme Tezos et NEAR Protocol ont des plans similaires.

Enfin, avec l'évolution proposée par des projets comme Celestia, le futur de la technologie blockchain est certainement modulaire.

Les blockchains monolithiques ont fait leur temps, et les meilleurs développeurs de l'industrie tentent de résoudre le trilemme de la blockchain grâce à l'architecture modulaire.

Ce n'est donc peut-être qu'une question de temps, et ce serait une véritable victoire pour l'industrie dans son ensemble.

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Sources - Figure 1 : Vitalik.ca ; Figure 2 : Celestia

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