Analyse approfondie de la modularité : solutions plug-and-play pour les goulets d'étranglement de performance du Blockchain

La blockchain monolithique est connue pour sa complétude, prenant en charge tous les aspects du réseau, de la stockage des données à la validation des transactions, etc. En revanche, la blockchain modulaire, en séparant différentes fonctions de la blockchain en modules indépendants, peut offrir un soutien en termes de performance et une expérience utilisateur fluide pour des fonctions spécifiques, résolvant dans une certaine mesure le problème du "triangle impossible".

Ethereum, en tant que première plateforme Blockchain à prendre en charge les contrats intelligents, a fourni un terreau fertile pour la conception modulaire. Avec le développement de la technologie Blockchain, l'écosystème Bitcoin a également commencé à explorer les possibilités de modularité, en ajoutant de nouveaux modules pour réaliser des fonctionnalités plus avancées, telles que l'amélioration de la protection de la vie privée, un traitement des transactions plus efficace ou des fonctionnalités de contrats intelligents renforcées.

La technologie modulaire représente une approche de produit "plus spirituelle" et plug-and-play, où des solutions Blockchain plus flexibles et personnalisables émergeront à l'avenir, et divers services et fonctionnalités pourront être facilement insérés et retirés comme des blocs Lego. Cette flexibilité permet aux développeurs de construire et déployer rapidement des solutions Blockchain en fonction des besoins de scénarios d'application spécifiques.

Blockchain monolithique et blockchain modulaire

Lorsqu'on explore les blockchains modulaires, il est essentiel de comprendre d'abord le concept de blockchain monolithique. Les chaînes monolithiques, comme Bitcoin et Ethereum, sont réputées pour leur exhaustivité, prenant en charge tous les aspects du réseau, du stockage des données à la validation des transactions, en passant par l'exécution des contrats intelligents. Dans ce processus, la chaîne monolithique joue le rôle d'un généraliste, touchant à tous les aspects.

Prenons l'exemple d'Ethereum, une blockchain monolithique mature peut généralement être divisée en quatre architectures.

• Couche d'exécution (Execution Layer)
• Couche de règlement (Settlement Layer)
• Couche de disponibilité des données / couche DA (Data Availability Layer)
• Couche de consensus (Consensus Layer)

Grâce à cette analogie, nous pouvons mieux comprendre comment les différentes architectures de Blockchain travaillent ensemble. Une Blockchain monolithique concentre toutes les fonctionnalités sur une seule chaîne, tandis qu'une Blockchain modulaire est un type nouveau d'architecture Blockchain qui décompose le système Blockchain en plusieurs composants ou couches spécialisés, chaque composant étant responsable du traitement de tâches spécifiques telles que le consensus, la disponibilité des données, l'exécution et le règlement.

La Blockchain modulaire ressemble à un groupe d'experts, se concentrant sur l'exploration approfondie et l'innovation technologique dans leurs domaines respectifs. Cette concentration permet à la Blockchain modulaire d'offrir des performances et une expérience utilisateur exceptionnelles sur des fonctionnalités spécifiques, par exemple, elle peut fournir une vitesse de traitement des transactions plus rapide à un coût inférieur.

En termes d'architecture de nœuds, une chaîne monolithique repose sur des nœuds complets, qui doivent télécharger et traiter une copie complète des données de la Blockchain. Cela pose non seulement des exigences élevées en matière de stockage et de ressources de calcul, mais limite également la vitesse d'expansion du réseau. En revanche, la Blockchain modulaire adopte un design de nœuds légers, qui n'ont besoin de traiter que les informations d'en-tête de bloc, ce qui améliore considérablement la vitesse des transactions et l'efficacité du réseau.

Un avantage notable des Blockchains modulaires est leur flexibilité et leur coopération. Elles peuvent externaliser des fonctions non essentielles à d'autres experts, formant ainsi un effet de synergie qui améliore considérablement les performances globales. Cette philosophie de conception est similaire à celle des blocs Lego, permettant aux développeurs de combiner librement différents modules en fonction des besoins du projet, créant ainsi des solutions diversifiées.

Bien que les chaînes monolithiques présentent des avantages en termes de contrôle global, de sécurité et de stabilité, elles font également face à des défis en matière d'évolutivité, de difficulté de mise à niveau et d'adaptation aux nouvelles exigences. Les blockchains modulaires se distinguent par leur grande flexibilité et leur personnalisation, simplifiant ainsi le processus de création et d'optimisation de nouvelles blockchains.

Cependant, la blockchain modulaire fait également face à des défis qui lui sont propres. Sa structure complexe augmente la charge de travail des développeurs en matière de conception, de développement et de maintenance. En tant que technologie émergente, la blockchain modulaire n'a pas encore subi de tests de sécurité complets ni d'épreuves de volatilité du marché, et sa stabilité et sa sécurité à long terme doivent encore être vérifiées.

Comment la Blockchain modulable résout le "triangle impossible"

Pourquoi la technologie des blockchains modulaires suscite-t-elle un large intérêt et est-elle considérée comme une "tendance future" ? Cela est étroitement lié à la célèbre théorie du "triangle impossible" dans le domaine de la blockchain.

Le "triangle impossibile" de la Blockchain fait référence à la difficulté pour un réseau blockchain d'atteindre simultanément un état optimal en matière de sécurité, de décentralisation et d'évolutivité.

• L'évolutivité concerne la capacité du réseau à traiter un grand nombre de transactions et sa capacité à fonctionner de manière efficace et à faible coût lors de l'augmentation du nombre d'utilisateurs et de transactions. Elle est généralement mesurée par le TPS (transactions par seconde) et la latence (le temps nécessaire à la confirmation des transactions).
• La sécurité concerne le coût et la difficulté de protéger le réseau Blockchain contre les attaques. Par exemple, le mécanisme POW de Bitcoin exige que les attaquants contrôlent plus de 51 % de la puissance de calcul du réseau, tandis que le mécanisme POS d'Ethereum nécessite que plus d'un tiers des nœuds conspirent.
• La décentralisation décrit le fonctionnement d'un réseau qui ne dépend pas d'un unique nœud central, mais qui est réparti sur de nombreux nœuds. Plus il y a de nœuds et plus la répartition géographique est large, plus le degré de décentralisation du réseau est élevé.

Le point central du "triangle impossible" est qu'un système de blockchain a du mal à optimiser ces trois caractéristiques. Par exemple : parmi de nombreuses blockchains publiques, Bitcoin et Ethereum se distinguent par leur large distribution de nœuds et un nombre suffisant de nœuds, en matière de décentralisation et de sécurité.

Cependant, ils sacrifient une certaine évolutivité, ce qui entraîne des vitesses de transaction plus lentes et des frais de transaction plus élevés : le temps de génération d'un bloc de Bitcoin est d'environ 10 minutes, le TPS d'Ethereum est d'environ 13, et lors d'une forte augmentation du volume des transactions, les frais de transaction d'Ethereum peuvent atteindre plusieurs centaines de dollars.

C'est dans ce contexte que la technologie Blockchain modulaire a vu le jour, en attribuant différentes fonctions à des modules spécialisés, elle résout les défis de scalabilité et de coûts de transaction des chaînes publiques traditionnelles. Par exemple, le réseau Lightning de Bitcoin et la technologie Rollup d'Ethereum sont tous deux des exemples de la pensée modulaire.

Les avantages des blockchains modulaires résident dans leur architecture en couches, permettant à chaque couche d'être optimisée pour des besoins spécifiques. La couche de données peut se concentrer sur le stockage et la validation des données, tandis que la couche d'exécution peut traiter la logique des contrats intelligents. Cette séparation améliore non seulement les performances et l'efficacité, mais favorise également l'interopérabilité entre différentes blockchains, fournissant une base pour construire un écosystème ouvert et interconnecté.

En résumé, la technologie de Blockchain modulaire offre une nouvelle voie pour résoudre les limitations des chaînes publiques traditionnelles. Elle réalise une plus grande évolutivité et des coûts de transaction plus bas tout en maintenant la décentralisation et la sécurité, ce qui a des implications profondes pour l'application généralisée et le développement à long terme de la technologie Blockchain.

Classification des Blockchains Modulaires

Les blockchains modulaires peuvent être classées en différents types en fonction de leurs caractéristiques architecturales. Parmi ces types, la couche de disponibilité des données et la couche de consensus sont souvent conçues comme un tout unifié en raison de leur interdépendance étroite. En effet, lorsque les nœuds reçoivent des données de transaction, ils déterminent généralement également l'ordre des transactions, ce qui est au cœur de la sécurité et de l'immutabilité des blockchains.

Sur la base de ce principe de conception, nous pouvons comprendre les différents projets de blockchain modulaire à partir de trois aspects : la couche d'exécution, la couche de disponibilité des données et la couche de consensus, ainsi que la couche de règlement.

Couche d'exécution

La technologie Layer 2, en tant qu'extension de la couche d'exécution dans l'architecture de la blockchain, est une manifestation du concept de blockchain modulaire. Elle vise à améliorer l'évolutivité de la chaîne principale en construisant des réseaux, systèmes ou technologies hors chaîne sur la blockchain sous-jacente.

Les solutions de niveau 2 permettent un traitement des transactions plus rapide et plus rentable, tout en maintenant la sécurité et la décentralisation de la blockchain sous-jacente. Selon le tableau de bord dune créé par @0xning, on peut voir que la consommation de gas pour la validation et le règlement de Layer 2 sur l'écosystème Ethereum est en moyenne inférieure à 10%, ce qui permet d'économiser considérablement les coûts de transaction pour les utilisateurs.

La technologie Rollup est actuellement la solution Layer 2 la plus populaire, dont le concept central est "exécution hors chaîne, vérification sur chaîne", en effectuant des calculs et d'autres travaux hors chaîne, puis en téléchargeant les données calldata sur la chaîne principale.

Exécution hors chaîne

Dans le modèle Rollup, les transactions sont exécutées hors chaîne, tandis que la blockchain sous-jacente est uniquement responsable de la vérification des preuves de transaction dans les contrats intelligents et du stockage des données de transaction brutes. Ce design allège considérablement la charge de calcul de la chaîne principale, réduit les besoins de stockage, permettant ainsi un traitement des transactions plus efficace.

Pour réduire davantage les coûts, le Rollup utilise la technologie de regroupement des transactions. On peut le comparer à l'assemblage de marchandises dans la logistique, où l'envoi individuel de chaque marchandise entraîne des frais d'expédition élevés. La technologie Rollup, en regroupant plusieurs transactions, nécessite seulement un "transport", ce qui réduit considérablement le coût de chaque transaction.

Validation sur la blockchain

La vérification sur chaîne est la clé de la sécurité des réseaux de Layer 2. Les réseaux de Layer 2 doivent fournir des preuves cryptographiques pour résoudre les divergences potentielles sur la blockchain sous-jacente. Actuellement, les deux mécanismes de preuve dominants sont la preuve d'erreur et la preuve de validité, qui soutiennent respectivement les Optimistic Rollups et les ZK Rollups.

Preuve d'erreur des Optimistic Rollups

Les Optimistic Rollups adoptent une hypothèse optimiste, à savoir que toutes les transactions sont par défaut valides, sauf preuve explicite du contraire. Ce modèle repose sur la preuve d'erreur (preuve de fraude) pendant la période de contestation, où tout participant au réseau peut soumettre une preuve pour contester l'état du contrat intelligent, garantissant ainsi l'équité et la transparence du réseau.

Selon les données de L2BEAT, il y a actuellement 16 Layer 2 utilisant le mécanisme des Optimistic Rollups, tels que : Arbitrum, OP, Base, Blast, etc.

La preuve de validité des ZK Rollups

Contrairement aux Optimistic Rollups, les ZK Rollups adoptent une approche plus prudente, exigeant que toutes les transactions passent par une preuve de validité avant d'être acceptées. Ce mécanisme de preuve est similaire à un processus de vérification, garantissant que chaque transaction et calcul sur le réseau Layer 2 sont exacts.

En résumé, la preuve d'efficacité est la pierre angulaire des ZK-Rollups, qui exige que chaque lot de transactions soit accompagné de preuves correspondantes, garantissant ainsi que les contrats intelligents sur la blockchain sous-jacente puissent vérifier et approuver les changements d'état. Pour les nœuds de validation, les ZK Rollups offrent un mécanisme de règlement sans erreur, car chaque transaction doit passer par une validation d'efficacité rigoureuse.

Selon les données de L2BEAT, il existe actuellement 11 Layer 2 utilisant le mécanisme ZK Rollups, tels que : Linea, Starknet, zkSync, etc.

couche de disponibilité des données et couche de consensus

Celestia, en tant que pionnier du domaine des blockchains modulaires, est essentiellement une couche de disponibilité des données, fournissant une base solide pour le développement des dApps et des Rollups. En déployant sur la couche de disponibilité des données et la couche de consensus de Celestia, les développeurs d'applications peuvent se concentrer sur l'optimisation de la logique d'exécution, tandis que la complexité de la disponibilité des données et du mécanisme de consensus est laissée à Celestia pour être gérée.

L'architecture de Celestia offre une variété de solutions pour une extensibilité modulaire, et son architecture se compose principalement des trois types suivants :

• Rollup souverain : Celestia fournit une couche de disponibilité des données et une couche de consensus, tandis que la couche de règlement et la couche d'exécution sont gérées par leurs propres souverains.