Que sont les couches 2 et pourquoi sont-elles importantes ?

Pour commencer, nous devons définir ce qu'est une couche 1 : un réseau de couche 1 est la couche de base, ou l'infrastructure sous-jacente d'une blockchain . Également connu sous le nom de réseau principal ou « mainnet », il définit non seulement les règles Core de l'écosystème, mais peut également valider et finaliser les transactions, comme le montrent des exemples comme Ethereum, Bitcoin et Solana.

Les blockchains de couche 1 commencent souvent par mettre l'accent sur la décentralisation et la sécurité – qui sont toutes deux des principes Core de tout réseau solide et (à quelques exceptions près) sont maintenues par un réseau mondial diversifié de développeurs et de participants tels que les validateurs.

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En raison de l’absence d’autorité centrale ou de surveillance, ces plates-formes nécessitent que la technologie elle-même dispose d’un niveau de sécurité inné pour protéger les utilisateurs contre les escroqueries et les attaques. Et en raison de cette priorité en matière de conception, sans parler des immenses ressources nécessaires pour maintenir un écosystème pleinement fonctionnel, ils ont souvent manqué d'évolutivité.

Alors que certains développeurs estiment que l'incapacité d'atteindre un état d'équilibre entre sécurité, décentralisation et évolutivité est un défaut inexorable de la Technologies (surnommé le trilemme de la blockchain ), les solutions de couche 2, telles que les rollups sur Ethereum , et le réseau Lightning sur Bitcoin sont une solution utilisée pour résoudre ces problèmes.

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La couche 2 fait référence à un ensemble de solutions hors chaîne (blockchains distinctes) construites au-dessus des couches 1 qui réduisent les goulots d'étranglement liés à la mise à l'échelle et aux données. Pensez-y comme à la cuisine d'un restaurant : si chaque commande devait être passée par une seule personne du début à la fin avant que la commande ne soit confirmée et livrée, ce serait un processus très lent qui ne pourrait traiter que quelques commandes par heure. Mais les couches 2 sont comme des stations de préparation – il y a une station pour nettoyer et couper les aliments, une station pour cuisiner, une station pour assembler la vaisselle – qui est capable de se concentrer et d'accomplir chaque tâche beaucoup plus efficacement. Lorsque le moment est venu, une dernière personne peut associer chaque plat assemblé à la commande et la confirmer avant qu'elle ne soit envoyée à la destination finale (le client).

Les plateformes de paiement comme Visa utilisent également un système similaire. Au lieu de gérer séparément des milliers de micro-transactions quotidiennes d'un fournisseur comme Starbucks qui engorgeraient le réseau en quelques minutes, Visa les regroupe en lots à régler dans le système bancaire à intervalles réguliers. Les banques stockent et trient ensuite les transactions via leur équivalent interne d'une couche de règlement. Dans ce cas, Visa serait une couche 2 et le réseau plus large d’institutions et de gouvernements qui KEEP un registre des transactions et définissent les règles du secteur financier comme une couche 1.

Ethereum utilise également une méthode similaire via des fonctionnalités telles que les cumuls optimistes et sans connaissance (ZK) qui déchargent le fardeau de la gestion des transactions du réseau principal et permettent ainsi une plus grande inclusion et un plus grand débit de transactions (transactions par seconde plus élevées). Tout cela permet une expérience utilisateur plus fluide et plus pratique. Des exemples de couches 2 sur Ethereum incluent des solutions comme ARBITRUM , Optimism , Loopring et zkSync .

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Alors que la décentralisation et la sécurité sont un mode opératoire de la couche 1, ou réseau principal, d' Ethereum, la popularité du marché qui en a résulté au fil des années a permis au réseau d'atteindre sa capacité actuelle d'un peu plus de 1,5 million de transactions quotidiennes . De plus, comme le réseau principal ne peut traiter qu'environ 15 transactions par seconde , les périodes de forte activité du réseau entraînent souvent une congestion des données. Ceci, à son tour, entraîne une augmentation du Gas (frais de transaction) et ralentit les performances des applications, comme cela a été récemment observé lors de la vente de terrains virtuels de Yuga Labs Otherside et lors du marché haussier de 2021.

Pour lutter contre ces problèmes, la couche 2 étend Ethereum en tant que blockchain distincte au-dessus du réseau de couche 1. Comme mentionné, il communique et aide à alléger le lourd fardeau des transactions du réseau principal grâce à des contrats intelligents qui intègrent et bénéficient du solide modèle de sécurité décentralisé d'Ethereum. Essentiellement, la couche 1 gère la sécurité, la disponibilité des données et la décentralisation, tandis que les couches 2 gèrent la mise à l'échelle liée aux transactions.

Pour la plupart, les blockchains de couche 1 ont :

La couche 2 diffère en offrant :

Comme mentionné, la plupart des problèmes d'évolutivité sont liés à la décentralisation. Contrairement aux banques traditionnelles qui disposent d'une méthode fermée et plus efficace de régulation des paiements, les transactions et la gestion des données avec les blockchains doivent passer par une série d'étapes systématiques, telles que l'acceptation, la vérification et la distribution sur un réseau (avec des milliers de participants), tout en préservant la sécurité. et la transparence.

En tant que tels, les réseaux comme Ethereum doivent inclure une conception en couches et évolutive qui peut rivaliser (et éventuellement remplacer) les canaux plus rationalisés, mais restreints, de systèmes comme Visa et Mastercard. Les couches 1 et 2 sont importantes car elles travaillent ensemble dans le but de rendre le réseau plus rapide et plus convivial.

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Les protocoles de couche 2 fournissent un deuxième cadre dans lequel les transactions peuvent avoir lieu séparément de la couche 1. Cela signifie qu'une quantité décente du travail qui serait effectué par la chaîne principale peut être déplacée vers la deuxième couche. Les applications de couche 2 publient ensuite les données des transactions sur la couche 1 où elles sont sécurisées dans le grand livre et l'historique de la blockchain.

Comme pour toute autre plate-forme ouverte ou fermée, l’accessibilité des couches 2 varie également. Certains peuvent être utilisés par toute une gamme d’applications, tandis que d’autres ne répondent qu’aux caprices d’un projet spécifique. Cela dit, plusieurs des composants clés exploités par la couche 2 incluent les rollups et les sidechains .

Un rollup est une solution spécifique de couche 2 qui exécute des centaines de transactions en dehors de la couche 1, les regroupe en un seul élément de données compressées, puis renvoie les données sur le réseau principal pour que quiconque puisse les examiner et les contester s'il est jugé suspect. Ce faisant, les rollups utilisent non seulement la sécurité d’ Ethereum , mais peuvent également réduire les frais de Gas jusqu’à 10 à 100 fois.

Bien que les cumuls facilitent tous les dépôts, les retraits et la vérification des preuves, il existe des variations subtiles dans la manière dont les cumuls, tels que les cumuls Optimism et ZK, renvoient les données à la couche 1.

Les cumuls optimistes sont parallèles à la chaîne principale Ethereum , exécutent toutes les transactions, puis renvoient les données à la couche 1. Les utilisateurs sont incités à effectuer des transactions sur ces couches 2 en raison des frais compétitifs. Si une transaction frauduleuse est suspectée, elle peut être contestée et évaluée au moyen de preuves de fraude . Dans ce scénario, le cumul exécutera le calcul de la transaction en utilisant les données d'état disponibles. Par rapport aux rollups ZK (expliqués ci-dessous), cela signifie que le temps nécessaire pour quitter le rollup et retirer les fonds vers la couche 1 sera légèrement plus long. Cependant, « à l’intérieur » du rollup, les utilisateurs recevront toujours une confirmation rapide de la transaction.

En général, les cumuls optimistes sont compatibles avec la machine virtuelle Ethereum (EVM) et la solidité, ce qui signifie que tout ce qui est possible sur la couche 1 d' Ethereum peut être répliqué sur la couche 2.

Plusieurs exemples de cumuls optimistes incluent ARBITRUM , Optimism et BOBA .

Contrairement aux rollups optimistes, les rollups ZK génèrent des preuves cryptographiques pour valider l'authenticité des transactions. Ces preuves (publiées sur la couche 1) sont appelées preuves de validité ou SNARK (argument succinct non interactif de connaissance), ou STARK (argument transparent évolutif de connaissance).

Les cumuls ZK sont plus efficaces car ils conservent l'état de tous les transferts sur la couche 2, qui sont mis à jour uniquement via des preuves de validité. Comme les rollups ZK n'ont T besoin de l'intégralité des données de transaction, il est plus facile de valider les blocs et de transférer l'éther ( ETH ), le jeton principal de la blockchain Ethereum , vers la couche 1. La preuve de validité (acceptée par le contrat de rollup ZK) a déjà été vérifiée. l'authenticité des transactions. Cela dit, ils ne disposent pas d’un support EVM complet et sont plus intensifs pour exécuter des calculs pour des applications avec peu d’activité en chaîne.

Plusieurs exemples de cumuls ZK incluent DYDX , Loopring et zkSync .

Comme le montrent des projets comme XDai et Polygon PoS , une sidechain est une blockchain indépendante et compatible EVM qui fonctionne en parallèle et interagit avec le réseau principal via des ponts . Comme ils utilisent un mécanisme de consensus distinct et ne sont pas sécurisés par la couche 1, ils ne sont pas techniquement considérés comme la couche 2. Cependant, la chaîne fonctionne de la même manière Ethereum car elle modélise l'EVM. Cela dit, les opérateurs de sidechain présentent des niveaux de risques plus élevés, car les utilisateurs leur font confiance avec des fonds, plutôt qu'avec le protocole Ethereum (ou une couche 2 appropriée).

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Les validiums , tels que StarkWare , utilisent des preuves de validité (similaires aux cumuls ZK) mais ne stockent T les données sur la couche 1. Plusieurs chaînes de validité peuvent fonctionner en parallèle les ONE avec les autres et sont chacune capables de traiter environ 10 000 transactions par seconde. Cependant, comme des langages plus spécialisés sont nécessaires, la prise en charge des contrats intelligents généraux est limitée.

Les sidechains et les validiums sont des blockchains qui fonctionnent en parallèle avec Ethereum et interagissent avec les actifs via des ponts qui se connectent au réseau principal. Ils ne bénéficient pas de sécurité ni de données d' Ethereum lui-même et ne sont donc T considérés comme une couche 2 appropriée comme les cumuls Optimistes ou ZK. C’est particulièrement le cas étant donné les implications potentielles en matière de sécurité et de confiance. Cependant, les deux évoluent de la même manière que les couches 2 en offrant des frais de transaction inférieurs et un débit élevé.

Différents canaux de couche 2 ont été créés pour éviter toute dépendance excessive ou l'effondrement potentiel d'une seule partie du réseau. Cependant, comme nous avons couvert les couches 2 principales (rollups optimistes, rollups ZK et sidechains), l'écosystème est en constante évolution et certaines applications finissent par être abandonnées, comme Plasma et State Channels.

Dans l’ensemble, à mesure que les couches 2 s’harmonisent et fonctionnent avec l’ensemble de l’écosystème Ethereum , les différentes options, que tout le monde peut créer, offrent une gamme d’options plus large et plus équilibrée pour les utilisateurs finaux. Ce qui manque à une blockchain de couche 2 peut être compensé par les avantages d’une autre et vice versa. Ce qui suit est un résumé des couches 2 les plus couramment utilisées :

Un projet général de couche 2 reflète les performances et les fonctionnalités du réseau principal d'Ethereum, avec des frais moins chers (Gas). Voici quelques exemples :

Bien qu'un nouveau système anti-fraude soit encore en cours de construction , Optimism est un système équivalent à EVM qui utilise les cumuls Optimistic pour rendre les transactions rapides, simples et sécurisées.

Risque et analyse : Optimism

ARBITRUM est un autre cumul optimiste qui reflète la dynamique du réseau principal Ethereum mais avec des frais de transaction moins chers.

Risque et analyse : ARBITRUM

Initialement dérivé d' Optimism, BOBA est un rollup Optimistic qui vise à réduire les frais, à améliorer le débit des transactions et à renforcer la capacité des contrats intelligents.

Risque et analyse : https://l2beat.com/projects/bobanetwork/

En comparaison, les réseaux de couche 2 spécifiques aux applications sont plus spécialisés et se concentrent sur l’amélioration des performances d’un secteur de marché de niche. Les exemples comprennent:

Loopring est un rollup ZK qui vise à fournir la même sécurité que le réseau principal d'Ethereum avec plus d'évolutivité, comme un débit augmenté de 1 000 fois et des coûts de transaction réduits à 0,1 % de la couche 1.

Utilisé par des plateformes comme Binance, zkSync est un rollup ZK de Matter Labs. Il est déjà en ligne sur le réseau principal Ethereum et prend en charge les paiements, les échanges de jetons et la frappe de jetons non fongibles (NFT).

Toutes les expériences ou idées de couche 2 ne fonctionnent pas. Voici quelques exemples de projets qui visaient à résoudre un problème mais qui n’ont pas réussi à faire leur chemin.

Comme indiqué dans un article de blog publié en janvier 2020, l'organisation de recherche Ethereum Plasma Group a annoncé qu'elle avait cessé ses activités sous sa forme actuelle et avait fait don des fonds restants à Gitcoin. La décision a été prise de se concentrer plutôt sur les cumuls optimistes.

Comme le montrent des projets tels que Polygon , OMG Network et Gluon, les chaînes de plasma sont des blockchains distinctes liées au réseau principal Ethereum . Ils utilisent des preuves anti-fraude comme les cumuls optimistes pour régler les litiges et gérer la sécurité. Comme il s’agit de copies plus petites du réseau principal Ethereum , elles sont également connues sous le nom de « chaînes enfants ». Les arbres de Merkel permettent une pile infinie de ces chaînes qui peuvent contribuer à décharger une bande passante de données importante des chaînes mères, y compris le réseau principal. Cependant, le plasma n'est T utile pour les contrats arbitraires, mais uniquement pour les transferts. Et par conséquent, outre des problèmes tels que des coûts élevés et des difficultés à retirer des fonds d’une chaîne plasma, il a été abandonné au profit des cumuls optimistes.

Les canaux étatiques sont des voies ouvertes entre deux utilisateurs souhaitant communiquer entre eux via des transactions. En utilisant des contrats multi-signatures (un type de contrat qui nécessite la signature de plusieurs parties pour être exécuté), ils permettent aux participants d'effectuer librement des transactions hors chaîne et de régler avec le réseau principal. Cela permet un débit de transaction élevé et minimise la congestion et les frais. Il existe deux principaux types de canaux : les canaux publics et les canaux de paiement. Cependant, en raison de la rigidité requise par les utilisateurs pour bloquer les fonds, associée au manque de prise en charge des contrats intelligents à usage général et des applications DeFi en 2021, il a également été en grande partie abandonné. Selon Ethhub , les équipes qui y travaillent encore incluent CelerX Connext Network . Raiden Network peut également être NEAR ou en production.

En raison du caractère naissant de ces plates-formes de couche 2, il existe encore des risques et des hypothèses de confiance erronées à des degrés divers par rapport aux transactions sur le réseau principal. Il convient également de noter que même si elles exploitent la sécurité de la couche 1, les couches 2 ne sont vraiment sûres que si les preuves de fraude sont activées, ce qui n'est pas le cas (au moment d'écrire ces lignes).

Les ponts blockchain (que les gens peuvent utiliser pour transférer des actifs vers la couche 2) en sont également aux premiers stades de développement et comportent des degrés de risque élevés. En gardant tout cela à l'esprit, une diligence raisonnable approfondie via des ressources telles que L2BEAT est recommandée avant de s'engager dans une couche 2. L2BEAT est une plate-forme complète d'analyse et de risque engagée à éduquer les utilisateurs sur les projets qui correspondent à leurs normes élevées et à leurs définitions rigoureuses de ce que signifie être. une couche 2.

Lectures complémentaires : Une feuille de route Ethereum centrée sur le rollup et un guide incomplet des rollups par Vitalik Buterin