Chaînes d'État

Concept et fonctionnalité

Les canaux d'État sont une solution de mise à l'échelle de la couche 2 qui permet des transactions sécurisées et efficaces hors chaîne entre un nombre limité de participants, généralement deux. Les canaux de paiement, tels que le Lightning Network pour Bitcoin, sont des exemples populaires de canaux d'État conçus spécifiquement pour l'échange d'argent.

Pour en savoir plus : Qu'est-ce que le Lightning Network de Bitcoin ?

Dans un canal d'État, les participants déposent d'abord un certain montant de crypto-monnaie sur la chaîne, créant ainsi un portefeuille multi-signature en dehors de la blockchain. Tant que leurs soldes ne sont pas négatifs, ils peuvent effectuer des transactions directement entre eux sans impliquer les mineurs ou la chaîne principale, en envoyant des mises à jour d'état sous la forme de [numéro de tour, montant, signature].

Lorsque les participants souhaitent fermer le canal, ils effectuent une "sortie" en soumettant la dernière mise à jour de l'état à la chaîne principale, qui valide la mise à jour et transfère les soldes finaux aux parties. Pour garantir la sécurité et empêcher les sorties frauduleuses, il existe une période de défi au cours de laquelle l'autre participant peut présenter une mise à jour de l'état avec un nombre de tours plus élevé, remettant ainsi en question la sortie initiale. Des tours de guet peuvent être utilisées pour surveiller la chaîne principale afin de détecter de telles tentatives.

Les canaux d'état peuvent être appliqués à d'autres types de transitions d'état, comme les jeux ou l'exécution de contrats intelligents, tant que la chaîne principale peut valider leur exactitude. Ils offrent une finalité immédiate, des frais peu élevés et une construction relativement simple, ce qui les rend adaptés à divers cas d'utilisation tels que les paiements et les jeux.

Cas d'utilisation et exemples

Les canaux d'État ont été largement adoptés pour plusieurs cas d'utilisation, principalement en raison de leur finalité instantanée, de leurs faibles frais et de l'efficacité des transactions hors chaîne. Voici quelques-uns de ces cas d'utilisation :

• Paiements : Les canaux de paiement, comme le Lightning Network de Bitcoin, sont des solutions de niveau 2 populaires qui permettent des transactions rapides et sécurisées hors chaîne pour échanger de l'argent.

• Jeux : Les canaux d'État peuvent faciliter les expériences de jeu sécurisées hors chaîne, où les joueurs peuvent se soumettre mutuellement leurs mouvements sous forme de transactions sans interagir avec la chaîne principale.

• Contrats intelligents : Les canaux d'État peuvent également être utilisés pour exécuter des contrats intelligents hors chaîne, réduisant ainsi la charge sur la chaîne principale tout en maintenant le niveau de sécurité et d'efficacité souhaité.
  Malgré leurs nombreux avantages, la mise en œuvre sécurisée des canaux d'État peut s'avérer une entreprise complexe, nécessitant une attention méticuleuse aux cas limites et aux vulnérabilités potentielles.

Chaînes latérales

Concept et fonctionnalité

Les chaînes latérales sont une forme de solution de mise à l'échelle pour les réseaux de blockchain, fonctionnant indépendamment de la chaîne principale pour améliorer ses performances. Elles possèdent leurs propres validateurs et opérateurs, ainsi que des passerelles qui permettent de transférer des actifs entre la chaîne principale et les chaînes secondaires. Les chaînes latérales peuvent également bloquer la chaîne principale pour éviter les fourches.

Pour déplacer des actifs de la chaîne principale vers une chaîne secondaire, les participants verrouillent leurs actifs sur la chaîne principale et fournissent la preuve du verrouillage sur la chaîne secondaire. Pour débloquer les actifs sur la chaîne principale, ils initient une sortie sur la chaîne secondaire et fournissent la preuve de la sortie une fois qu'elle est incluse dans un bloc de la chaîne secondaire.

Bien qu'elles tirent parti de la sécurité de la chaîne principale pour éviter les bifurcations, les chaînes parallèles sont vulnérables aux attaques par transition d'état non valide, dans lesquelles des validateurs de connivence créent des blocs non valides et volent des fonds à d'autres participants. La plupart des chaînes latérales sont conçues en partant du principe que la grande majorité des validateurs ne seront pas corrompus.

Cas d'utilisation et exemples

Les chaînes latérales sont utilisées pour améliorer l'évolutivité et l'efficacité de la chaîne principale, et elles peuvent être utilisées dans différents scénarios, tels que :

• Décharger les transactions de la chaîne principale : Les chaînes parallèles peuvent traiter une partie des transactions de la chaîne principale, ce qui réduit la charge globale de la chaîne principale et améliore ses performances.

• Mise en œuvre de fonctionnalités expérimentales : Les chaînes latérales peuvent servir de terrain d'essai pour de nouvelles fonctionnalités et améliorations sans affecter la stabilité de la chaîne principale.

• Applications blockchain personnalisables : Les chaînes latérales peuvent être adaptées à des cas d'utilisation ou à des secteurs spécifiques, ce qui permet de créer des applications blockchain personnalisées sans surcharger la chaîne principale.
  Bien que les chaînes latérales soient une forme de solution de mise à l'échelle pour les réseaux de blockchain, elles ne sont pas considérées comme une solution de mise à l'échelle de couche 2 (L2), qui est un type spécifique de solution de mise à l'échelle qui fonctionne au-dessus de la chaîne principale.

Malgré les risques potentiels qu'elles présentent pour la sécurité, les chaînes parallèles restent un élément essentiel de l'écosystème de la blockchain, car elles améliorent l'évolutivité et la flexibilité des chaînes principales.

Rollups (Optimiste et ZK-Rollups)

Concept et fonctionnalité

Les rollups sont une solution de mise à l'échelle de niveau 2 qui combine ou "roule" plusieurs transactions en une seule preuve avant de la soumettre à la chaîne principale. Ils sont disponibles en deux types : Rollups optimistes et ZK-Rollups. Les deux types de rollups augmentent le débit des transactions et réduisent les coûts de gaz, mais ils diffèrent dans leur approche de la validation et de la sécurité.

Rollups optimistes

Les rollups optimistes reposent sur un système d'hypothèses "optimistes", dans lequel les transactions sont présumées valides jusqu'à preuve du contraire. Ils utilisent un mécanisme de résolution des litiges appelé "preuve de fraude" qui permet aux utilisateurs de contester les transactions non valides. Si une transaction s'avère non valide, le rollup est annulé et le challenger est récompensé.

ZK-Rollups

Les ZK-Rollups, quant à eux, utilisent des preuves à connaissance nulle (zk-SNARK) pour fournir une assurance cryptographique de la validité des transactions avant qu'elles ne soient soumises à la chaîne principale. Cela élimine la nécessité d'un mécanisme de résolution des litiges, puisque les transactions non valides ne peuvent pas être incluses dans le récapitulatif.

Cas d'utilisation et exemples

Les rollups sont l'une des solutions de mise à l'échelle de la couche 2 les plus prometteuses à l'heure actuelle en raison de leurs propriétés en matière de sécurité et d'efficacité. Voici quelques avantages et cas d'utilisation des rollups :

• Amélioration de la disponibilité des données : Les rollups garantissent que les données ne sont pas retenues en exigeant que le bloc ou l'état complet soit transmis en tant qu'argument lors de l'instantané d'un bloc.

• Validation des transitions d'état : Les rollups fournissent un zk-SNARK (pour les rollups ZK) ou une preuve de fraude (pour les rollups optimistes) pour attester de l'exactitude des transitions d'état, empêchant ainsi la création de blocs non valides.

• Pas de fourches : La règle de choix de la fourche dans les rollups privilégie toujours la chaîne contenant le dernier bloc instantané, ce qui empêche la création de fourches.

• Réduction des coûts de gaz : Les rollups réduisent considérablement le coût en gaz des vérifications sur la chaîne, ce qui les rend plus efficaces que les transactions sur la chaîne.

• Sorties instantanées : Si les opérateurs de rollup coopèrent, les sorties peuvent être exécutées instantanément sans qu'il soit nécessaire d'organiser un jeu de sortie.

Exemples de mise en œuvre de rollups

Optimism est une implémentation populaire d'Optimistic Rollup sur le réseau Ethereum, conçue pour mettre à l'échelle les contrats intelligents et les applications décentralisées (dApps).

zkSync est une solution ZK-Rollup pour Ethereum qui se concentre sur la fourniture de transferts de jetons peu coûteux, rapides et sécurisés.

Plasma

Concept et fonctionnalité

En 2017, Joseph Poon et Vitalik Buterin ont proposé pour la première fois Plasma comme solution de mise à l'échelle de la couche 2. Elle crée une arborescence de chaînes enfantines ancrées dans la chaîne principale, chaque chaîne enfantine fonctionnant comme une blockchain distincte pouvant traiter des transactions de manière indépendante. Le traitement est ainsi déchargé de la chaîne principale, ce qui augmente le débit global. Les actifs peuvent être transférés entre la chaîne principale et les chaînes enfants grâce à un système de contrats intelligents.

Les chaînes de plasma s'appuient sur une combinaison d'arbres de Merkle et de preuves de fraude pour garantir la sécurité et l'intégrité des transactions hors chaîne. Les conceptions de plasma peuvent être classées en plusieurs types, tels que le plasma minimum viable (MVP), le plasma en espèces, le plasma en débit et le plasma plus viable (MoreVP). Chaque type offre des compromis différents en termes de sécurité, d'efficacité et de facilité d'utilisation, pour répondre à des cas d'utilisation spécifiques et aux exigences de l'application.

Avantages du plasma

• Évolutivité : Les chaînes plasma peuvent traiter un grand nombre de transactions indépendamment de la chaîne principale, ce qui augmente considérablement le débit global.

• Diminution des frais de transaction : Le transfert des transactions vers les chaînes Plasma peut réduire les frais associés aux transactions sur la chaîne.

• Personnalisation : Chaque chaîne Plasma peut avoir son propre mécanisme de consensus et ses propres règles, ce qui permet de trouver des solutions adaptées à des cas d'utilisation spécifiques.

• Sécurité : Les chaînes plasma héritent de la sécurité de la chaîne principale tout en utilisant des preuves de fraude pour garantir l'intégrité des transactions hors chaîne.

Cas d'utilisation et exemples

Le plasma offre plusieurs avantages, ce qui le rend adapté à différents cas d'utilisation :

• Bourses décentralisées (DEX) : Plasma peut être utilisé pour créer des échanges décentralisés à haut débit et à faible latence sans encombrer la chaîne principale.

• Jeux et NFT : Les chaînes de plasma peuvent soutenir des plateformes de jeux et des marchés de jetons non fongibles (NFT) évolutifs et efficaces.

• IoT et chaîne d'approvisionnement : Le plasma peut permettre le traitement des données en temps réel et le suivi des actifs dans les écosystèmes complexes de la chaîne d'approvisionnement.
  Exemples de mise en œuvre de Plasma

• OMG Network (anciennement OmiseGo) : Une solution de mise à l'échelle d'Ethereum basée sur Plasma, axée sur des transferts de jetons rapides et peu coûteux et sur des fonctionnalités d'échange décentralisées.

• Matic Network (aujourd'hui Polygon) : Une sidechain basée sur Plasma pour Ethereum qui fournit une plateforme pour créer des dApps évolutives et efficaces. Polygon a depuis évolué vers une solution de mise à l'échelle multi-chaînes qui prend également en charge d'autres techniques de la couche 2, telles que les ZK-Rollups et les Optimistic Rollups.