💭 La réflexion du mercredi - 🌐🌐🌐 Ethereum, un réseau Ultra Scalable - Partie II

Ou pourquoi les blockchains modulaires sont la meilleure solution de mise à l'échelle pour les cryptos

Nov 10, 2021

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Chère Nation Bankless,

Après la Partie I, où nous avons étudié le trilemme des blockchains, détaillé leurs composants et dressé un relativement bref état de l’art des blockchains monolithiques, David passe au futur de ces technologies, c’est-à-dire les blockchains modulaires.

Bonne lecture et à bientôt,

Let’s be Bankless 🏴 ,

- Jon & Brice

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🌐🌐🌐 Ethereum, un réseau Ultra Scalable - Partie II

Rédacteur Bankless : David Hoffman, cofondateur de BanklessHQ.

Graphique par Logan Craig

Les blockchains modulaires

Les blockchains modulaires séparent les trois composants que les blockchains monolithiques hébergent actuellement sur le L1 et les compartimentent. Comme pour la division du travail, le fait de dégrouper chaque composant permet d'optimiser chacun d'eux et de produire un bien meilleur résultat dans lequel le tout est supérieur à la somme des parties.

L’exécution modulaire grâce aux Rollups

Les rollups peuvent traiter les transactions beaucoup plus rapidement que la chaîne principale !

Les rollups sont déchargés de la responsabilité du consensus et de la disponibilité des données en créant un environnement d'exécution des transactions distinct d'Ethereum, et en traitant les transactions avant d'effectuer une mise à jour de l'état du L1.

Les rollups n'ont pas à se préoccuper du consensus ou de la disponibilité des données comme le fait un L1 hautement décentralisé ; ils sont libres de faire n'importe quel sacrifice sur ces propriétés, car les rollups sont cryptographiquement liés à Ethereum. En d'autres termes, les rollups sont créés en effectuant une transaction sur Ethereum selon un ensemble de règles que ce rollup s'engage à suivre.

Au moment où un rollup est initialisé, il fait la promesse cryptographique, à Ethereum, qu'il suivra les règles.

Ce "vœu initial" des rollups fixe leurs propres limites sur la façon dont les transactions sont gérées (c'est-à-dire que le rollup s'engage à présenter des preuves mathématiques montrant que toutes les transactions sont légitimes), et c'est ainsi que la sécurité du L1 d'Ethereum est reliée à un rollup, sans pour autant transférer les difficultés qui vont avec le consensus et les difficultés liées à la disponibilité limitée des données.

Cette transaction d'initialisation du rollup permet à tout utilisateur de sortir tout son argent de celui-ci. C'est ce qu'on appelle "l’issue de de secours", et cela signifie que lorsqu'un rollup se "brise" ou devient malveillant, vous pouvez simplement sortir via l’issue de secours, par une transaction sur le L1. Un rollup brisé est comme un escalator en panne ; il se transforme simplement en escalier.

Le pont entre un rollup et Ethereum existe indépendamment du fait qu’un rollup soit en ligne et fonctionne. Ce pont permet aux garanties de règlement d'Ethereum de s'étendre aux rollups qui se trouvent au-dessus.

Ce pont fait le lien entre la sécurité et la décentralisation d'Ethereum, et l'environnement d'exécution des transactions du rollup.

Grâce à ce pont, chaque module d'Ethereum complète l'autre ; le module de sécurité (la Preuve d’Enjeu, ou PoS) s'ajoute au module d'extensibilité (les rollups). Les propriétés d'un module s'imprègnent des propriétés de l'autre et c'est ainsi que nous atteignons à la fois la scalabilité et la décentralisation sans compromettre l'une ou l'autre.

Les rollups ne coûtent presque rien à maintenir et très peu de nœuds doivent être en fonction à un moment donné. Ils ne sont pas non plus encombrés par des mécanismes de consensus coûteux qui sont nécessaires pour la sécurité. Le L1 d'Ethereum paie pour la sécurité et maintient la décentralisation, le rollup n'a donc pas à le faire.

Certains types de rollups peuvent même être aussi performants qu'un serveur centralisé (comme Coinbase, Fortnite et Facebook, mais maintenant avec la décentralisation !). D'autres innovations apportées aux rollups peuvent même les rendre encore plus performants qu'une base de données centralisée.

Une Sécurité modulaire grâce aux Validateurs de la Preuve d’Enjeu

Un mécanisme de consensus à Preuve d’Enjeu crée un objet immatériel qui est chargé d'assurer la sécurité du système. Cet objet est la monnaie virtuelle qui est stakée sur le réseau PoS. Le fait d'utiliser la monnaie native pour valider la chaîne dissocie le matériel physique de la sécurité du réseau.

Des ordinateurs spécifiques ne sont plus nécessaires pour le sécuriser. Désormais, tous les ordinateurs peuvent devenir responsables de sa sécurité. Comme l'ETH peut être staké sur n'importe quel ordinateur connecté à Internet, cela instancie formellement la valeur de la sécurité au sein de l'actif lui-même.

Le capital nécessaire à la maintenance d'un réseau à Preuve de Travail (PoW) physique peut être investi dans l'achat de “l'ASIC virtuel" (le token PoS), ce qui augmente l'efficacité du capital de l'actif. Contrairement au matériel physique, les actifs PoS ne se détériorent pas au fil du temps, si bien qu'il n'y a que peu ou pas de frais d'exploitation à payer.

En réduisant les coûts économiques de fonctionnement d'un nœud de validation aux coûts du capital (32 ETH) et d'un ordinateur (celui sur lequel vous êtes !), on augmente le nombre total potentiel (et viable) de validateurs de la blockchain. Bien que 32 ETH représente une somme importante (actuellement ~128 000 $), c'est de plusieurs ordres de grandeur inférieurs à la plus petite opération de mining viable pour la Preuve de Travail/PoW (des dizaines de millions de dollars). De plus, les protocoles de staking décentralisés comme Lido ou Rocketpool permettent de mettre en commun des ETH et d’en staker n'importe quelle quantité, ce qui fait de la limite de 32 un nombre arbitraire. Le rendement que l’on obtient en possédant 3,2 ETH par rapport à 320 ETH est pratiquement le même et se rapprochera de la parité avec le temps.

Un réseau à Preuve d’Enjeu élimine les exigences matérielles pour valider la chaîne, rendant l'appareil du consommateur moyen suffisamment puissant pour la valider. Cela optimise le lien entre le réseau et le matériel.

En minimisant le rôle du matériel, vous maximisez l'accessibilité de la chaîne, et vous ouvrez à un maximum de personnes la possibilité de la valider. La Preuve d’Enjeu réduit les exigences de la validation du réseau au strict minimum : le capital.

Grâce à la Preuve d’Enjeu, Ethereum dispose désormais de deux pools homogènes qui, une fois combinés, deviennent un pool modulaire de sécurité du réseau. C'est ce qu'on appelle le "pool de validateurs", et c'est de là qu'Ethereum tire sa sécurité.

Les développeurs d'Ethereum ont déclaré souhaiter que 10 millions d'ETH soient stakés pour être considérés comme "sûrs". 10M / 32ETH = 312 500 validateurs.

Le fait d’avoir rendu granulaire la sécurité d'Ethereum via des instances de validation individuelles permet à ces instances d'être aiguillées, par la beacon chain, vers l'endroit où ces ressources doivent aller, donnant à Ethereum un choix maximal sur la façon d'allouer ses moyens de sécurité.

Le fait de disposer d'un pool modulaire de ressources de sécurité permet à Ethereum de moduler sa capacité de stockage de données via le sharding.

La Maximisation de la disponibilité des données via le Sharding

Les shards maximisent le blockspace disponible au sein du L1 !

Toutes les blockchains ont une certaine réserve de sécurité à leur disposition. La sécurité de Bitcoin est la quantité de hachages SHA256 que le monde peut produire. La sécurité de la PoS d’Ethereum est la quantité de validateurs Ethereum qui existent dans le pool de validateurs.

Ethereum dispose, pour valider un bloc Ethereum, d’un "pool de validateurs" qui sont sélectionnés au hasard parmi tous les validateurs . Lorsque davantage de validateurs se lient à Ethereum et fournissent leur sécurité (32 ETH et la promesse de suivre les règles), Ethereum devient plus sûr.

Si vous ajoutez le sharding, Ethereum sera également plus extensible. Le sharding permet une "redistribution de la sécurité" sur un plus grand nombre de chaînes, plutôt que de concentrer toute la sécurité du système sur une seule chaîne.

Avoir 300 000 validateurs (300 000 instances de 32 ETH en staking) sécurisant tous une chaîne monolithique est un excès de sécurité, et une allocation inefficace des ressources. En répartissant les validateurs sur plusieurs chaînes, la L1 d'Ethereum peut se mettre à l’échelle par la création de 64 chaines Ethereum ayant ~4 500 validateurs chacunes.

Cela rend l'extensibilité d'Ethereum positivement corrélée à sa sécurité. Alors qu'une blockchain monolithique approche des limites déterminées par le trilemme de la blockchain, une blockchain shardée inverse la relation entre la mise à l’échelle et la sécurité ; elle transforme ses facteurs limitatifs en facteurs de croissance.

Ethereum en version shardée est prévu pour avoir 64 shards au départ, mais l'objectif est de le faire passer à 1024 shards. De plus, au fur et à mesure que la loi de Moore progresse et que tous nos ordinateurs domestiques deviennent plus puissants, les shards peuvent augmenter en quantité et en capacité.

Avoir 64 shards à la genèse du sharding ne signifie pas que nous multiplions la capacité d'Ethereum par 64. Au contraire, le nombre de "chaînes Ethereum" dont nous disposerons sera multiplié par 64, mais la taille de chaque chaîne sera d’environ ⅓ de la chaine de base, donc nous observerons une multiplication de la taille d’Ethereum par environ 18, et non pas par 64.

Mais, comme indiqué ci-dessus, à mesure que le matériel physique s'améliore et que le pool de validateurs d'Ethereum augmente, nous pouvons augmenter à la fois la taille des shards et leur quantité, ce qui lie en conséquence l'extensibilité d'Ethereum à la loi de Moore.

La Beacon Chain est le "contrôleur de trafic" des ressources du système. La Beacon Chain, via un échantillonnage aléatoire, dirige chaque validateur vers un shard spécifique dans lequel il est responsable de la validation. Tous les validateurs sont mélangés à chaque epoch, soit toutes les 6,4 minutes. Le nombre plus faible de validateurs sur les shards supérieurs illustre simplement le concept de validateurs "alignés" dans des groupes à nombre fixe. "Très bien, classe 64, alignez-vous par groupes de 10 !". Plus la classe est grande, plus il y a de groupes de 10.

Synergies entre modules optimisés

La beauté de la conception modulaire est que les optimisations de chaque module amplifient les optimisations des autres.

Il existe trois synergies :

La sécurité modulaire de la PoS peut redistribuer les validateurs sur un plus grand nombre de shards, au fur et à mesure que davantage de validateurs sont mis en ligne et peuvent supporter en toute sécurité des données supplémentaires. ➕ de décentralisation ➡️ ➕ d'extensibilité.
Les shards supplémentaires sur le L1 présentent un effet d’amplification pour la capacité d'exécution des rollups. Les rollups peuvent compresser beaucoup de données avant de les ajouter à un shard L1, donc tout espace supplémentaire dont disposent les shards a des impacts surdimensionnés sur l'espace disponible sur les rollups. ➕ d'extensibilité ➡️ exécution ➕ rapide.
Plus l'activité transactionnelle nette est importante sur les rollups, plus les frais totaux payés pour l'achat de blockspace sur le L1 sont élevés. Plus il y a de frais globalement payés pour le blockspace, plus les revenus versés aux validateurs du L1 augmentent. Plus les validateurs sont payés, plus ils sont incités à mettre en service des validateurs supplémentaires. L'ajout de validateurs supplémentaires au L1 ajoute des ressources informatiques qui peuvent créer davantage de shards. Plus de shard ? Voir l'étape 2.

Plus de scalabilité implique une exécution plus rapide

En shardant Ethereum en 64 couches différentes de disponibilité des données, nous créons un écosystème beaucoup plus important pour que les rollups puissent déployer leurs paquets de milliers et de milliers de transactions. Le sharding du L1 a un impact considérable sur l'extensibilité des rollups sur le L2. Comme les rollups compressent les transactions en paquets compacts, toute augmentation de la disponibilité des données sur le L1 crée des ordres de grandeur d'espace supplémentaire sur le L2.

C'est là qu'Ethereum devient capable de réaliser des micro-transactions. L’arrivée d’un Ethereum shardé est le moment où les vannes s'ouvrent pour tous les rollups. L'augmentation de la quantité de blockspace disponible à la consommation permet de réduire massivement les frais des rollups qui se reposent sur les shards.

Les transactions compressées des rollups (pensez au fichier zip !) ont maintenant beaucoup plus de blockspace disponible. Les rollups amortissent le coût de leurs transactions L1 sur tous leurs utilisateurs. S'il coûte 1 ETH pour déployer un gros paquet de transactions sur Ethereum, ce coût de 1 ETH sera réparti sur les milliers de transactions du paquet. Lorsque nous aurons 64 fois plus de shards sur lesquels déployer les transactions, les coûts par transaction devraient chuter de plusieurs ordres de grandeur. Cela augmenterait le nombre d'utilisateurs qui payent pour cet amortissement.

Une fois que cela se produira, les rollups seront libres d'arrêter de restreindre leur propre quantité de blockspace disponible comme ils le font actuellement, et ils seront libres de laisser le moteur tourner à plein régime.

La combinaison des shards et des rollups permet aux ressources informatiques de faire partie de l’actif du réseau, plutôt que du passif. Plus d'ordinateurs, quelle que soit leur puissance de calcul, peuvent toujours apporter leurs ressources au réseau et faire en sorte que ces ressources soient effectivement utilisées, quelle que soit la quantité de ressources dont ils disposent. Un ordinateur peut soit être un validateur de rollup, et aider à compresser les données envoyées au L1, soit contribuer au pool de validateurs du L1 et aider à créer plus de shards.

L'ajout de votre nœud à une blockchain monolithique ajoute un nouveau goulot d'étranglement que le réseau doit franchir. Une blockchain monolithique ne peut pas traiter plus de transactions qu'un seul nœud. Étant donné que tous les nœuds de la chaîne monolithique traitent toutes les transactions, l'ajout de votre ordinateur au réseau monolithique ne fait qu'ajouter un autre ordinateur qui doit être capable de suivre le rythme du réseau.

Fin de cette série la semaine prochaine !

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🔺 Comprendre les contraintes du trilemme des blockchains
🛣️ Reconnaître pourquoi une conception modulaire est la feuille de route optimale pour la scalabilité

🇬🇧 💬 🇫🇷 Cet article est une traduction d'un contenu original publié sur BanklessHQ le 27 octobre 2021. Ce contenu a été traduit et édité par Jon.

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