Layer 2, des solutions pour proposer les services des blockchains au plus grand nombre

Layer 2 Definition

Les Layer 2, qu’est ce que c’est?

Le Layer 2 désigne un ensemble de solutions visant à améliorer les performances et l’évolutivité des blockchains, en particulier Ethereum. Il s’agit d’un réseau secondaire construit au-dessus de la blockchain principale (Layer 1), permettant de décharger une partie des transactions et du traitement des données.

Le principe fondamental du Layer 2 est de réaliser des transactions hors chaîne, c’est-à-dire sans les enregistrer directement sur la blockchain principale. Les transactions sont regroupées et validées sur le réseau secondaire, puis finalisées en une seule transaction sur le Layer 1

En utilisant des protocoles Layer 2, il devient possible d’augmenter considérablement le nombre de transactions traitées par seconde, tout en bénéficiant de la sécurité de la blockchain sous-jacente. Les utilisateurs peuvent ainsi profiter de transactions plus rapides et moins coûteuses, sans compromettre la décentralisation et la résilience du réseau principal.

Le fonctionnement du Layer 2

Le Layer 2 repose sur différents mécanismes pour optimiser les performances et la scalabilité des transactions. Voici les principaux aspects de son fonctionnement :

La scalabilité

Le Layer 2 permet de traiter un grand nombre de transactions en parallèle, sans surcharger la blockchain principale. Les transactions sont regroupées et validées sur le réseau secondaire, puis soumises en une seule transaction sur le Layer 1. Cela réduit considérablement la congestion et augmente le débit global du réseau.

La sécurité

Bien que les transactions soient traitées hors chaîne, le Layer 2 s’appuie sur la sécurité de la blockchain sous-jacente. Les protocoles Layer 2 utilisent des preuves cryptographiques pour garantir l’intégrité des transactions et permettre une finalité rapide sur le Layer 1 en cas de litige.

Des coûts de transaction réduits

En traitant les transactions hors chaîne, le Layer 2 permet de réduire considérablement les frais de gas nécessaires pour chaque transaction. Les utilisateurs peuvent ainsi effectuer des micro-transactions à moindre coût, ouvrant la voie à de nouveaux cas d’utilisation et à une adoption plus large des applications décentralisées (dApps).

Le fonctionnement du Layer 2 repose sur une interaction étroite avec la blockchain principale, tout en offrant une couche supplémentaire d’optimisation. Les protocoles Layer 2 s’efforcent de trouver un équilibre entre scalabilité, sécurité et décentralisation, afin de répondre aux besoins croissants des utilisateurs de la blockchain.

💡Les frais de gas font référence aux frais payés par certains utilisateurs aux validateurs, c’est le nom donné sur Ethereum et Polygon, du côté de Bitcoin ou Solana on utilise davantage le terme “frais de transaction”. On utilise le terme “gas” comme un parallèle avec le carburant (gas en anglais) car ils alimentent les validateurs qui fournissent la puissance de calcul aux réseaux.

Les principaux protocoles de Layer 2

Il existe plusieurs protocoles de Layer 2, chacun ayant ses propres caractéristiques et avantages. Voici les principaux types de protocoles utilisés :

Les rollups

Fonctionnement Rollups Layer 2
Fonctionnement des Rollups

Les rollups sont des protocoles de mise à l’échelle de la blockchain qui permettent de regrouper (ou « enrouler ») de multiples transactions off-chain (en dehors de la blockchain principale) en une seule transaction on-chain (sur la blockchain principale). Cela a pour avantage d’améliorer la scalabilité du réseau en réduisant la charge sur la blockchain tout en maintenant la sécurité.

Il existe deux types principaux de rollups :

Les rollups optimistes (Optimistic Rollups)

  • Ils supposent que les transactions off-chain sont valides par défaut, sans avoir besoin de les vérifier immédiatement.
  • Seule une preuve de fraude est nécessaire si une transaction est contestée par un validateur.
  • Cette approche permet d’accélérer les transactions et de réduire les coûts, mais nécessite une période d’attente avant la validation finale des transactions.
  • Exemples de projets utilisant des rollups optimistes : Optimism, Arbitrum.

Les rollups ZK (Zero-Knowledge Rollups)

  • Ils utilisent des preuves cryptographiques à connaissance nulle (zero-knowledge proofs) pour valider les transactions off-chain.
  • Ces preuves permettent de vérifier la validité des transactions sans avoir à révéler tous les détails de ces transactions.
  • Cette approche offre une sécurité et une scalabilité plus élevées que les rollups optimistes, car les transactions sont vérifiées de manière beaucoup plus rigoureuse.
  • Cependant, les rollups ZK peuvent être plus complexes à mettre en œuvre et nécessitent plus de calculs.
  • Exemples de projets utilisant des rollups ZK : Starkware, Loopring, zkSync.

Les rollups, qu’ils soient optimistes ou basés sur des preuves à connaissance nulle, jouent un rôle crucial dans l’amélioration de la scalabilité des blockchains, tout en préservant leur sécurité et leur décentralisation.

Les state channels

Fonctionnement des State Channels Layer 2
Fonctionnement des State Channels

Les state channels permettent à deux ou plusieurs participants d’effectuer des transactions hors chaîne, en n’enregistrant que l’état final sur la blockchain. Cela permet des transactions quasi-instantanées et des frais réduits. Les state channels sont particulièrement adaptés aux micropaiements et aux applications nécessitant une faible latence.

Plasma

Fonctionnement Plasma Layer 2
Fonctionnement de Plasma

Plasma est un framework qui permet la création de blockchains enfants, ancrées à la blockchain principale Ethereum. Les transactions sont effectuées sur les chaînes enfants, ou chaînes filles, avec des mécanismes de preuve de fraude pour garantir la sécurité. Plasma offre une scalabilité élevée, mais peut présenter des défis en termes de finalité des transactions.

Le choix du protocole de Layer 2 dépend des besoins spécifiques de l’application, en termes de scalabilité, de sécurité et de facilité d’utilisation. Les développeurs et les utilisateurs ont ainsi accès à un éventail de solutions pour optimiser leurs transactions et tirer parti des avantages offerts par le Layer 2.

Les avantages du Layer 2 pour Ethereum

Le Layer 2 apporte de nombreux avantages à l’écosystème Ethereum, en répondant à certains des défis majeurs auxquels la blockchain est confrontée. Voici les principaux bénéfices :

L’augmentation du nombre de transactions par seconde

En déchargeant une partie des transactions vers le réseau secondaire, le Layer 2 permet à Ethereum de traiter un volume nettement supérieur de transactions par seconde. Cela ouvre la voie à des applications plus complexes et à une adoption à plus grande échelle.

La réduction de la congestion du réseau

Avec l’augmentation du nombre d’utilisateurs et de dApps sur le réseau Ethereum, le réseau principal peut rapidement devenir saturé, entraînant des temps de confirmation plus longs et des frais de gas élevés. Le Layer 2 contribue à alléger cette congestion en absorbant une partie de la charge transactionnelle.

L’accélération de l’adoption à grande échelle

En offrant des transactions plus rapides, moins coûteuses et plus accessibles, le Layer 2 favorise l’adoption d’Ethereum par un public plus large. Les utilisateurs peuvent interagir avec les dApps (des applications décentralisées) de manière plus fluide, sans être freinés par les limitations techniques de la blockchain principale.

Le Layer 2 joue un rôle crucial dans l’évolution d’Ethereum vers une blockchain plus évolutive et adaptée aux besoins croissants des utilisateurs et des développeurs. 

En combinant les atouts du Layer 1 et du Layer 2, Ethereum renforce sa position de plateforme de référence pour les applications décentralisées et ouvre la voie à de nouvelles opportunités d’innovation.

Des exemples de projets Layer 2

Plusieurs projets ont émergé pour proposer des solutions de Layer 2 sur Ethereum. Voici quelques exemples notables :

Arbitrum

Logo Layer 2 Arbitrum

Développé par Offchain Labs, Arbitrum est un protocole de rollup optimiste qui permet d’exécuter des contrats intelligents (smart contracts) et des transactions hors chaîne. Il offre une scalabilité élevée et une compatibilité avec les outils de développement Ethereum existants.

Optimism

Logo Layer 2 Optimism

Optimism est un autre protocole de rollup optimiste qui vise à améliorer l’évolutivité d’Ethereum. Il utilise un mécanisme de preuve de fraude pour garantir la sécurité des transactions hors chaîne et permet aux développeurs de créer des dApps évolutives.

Polygon (anciennement Matic Network)

Logo Layer 2 Polygon

Polygon est une solution de mise à l’échelle de couche 2 qui utilise une combinaison de sidechains et de plasma pour offrir des transactions rapides et peu coûteuses. Il est compatible avec les outils de développement Ethereum et prend en charge une large gamme de dApps.

Lightning

Logo Layer 2 Lightining

Le Lightning Network est une solution de Layer 2 construite au-dessus de la blockchain Bitcoin pour permettre des transactions quasi-instantanées et à très faible coût. Il fonctionne en créant des canaux de paiement hors-chaîne entre les utilisateurs. Les transactions sont effectuées à travers ces canaux, sans avoir besoin d’être inscrites immédiatement sur la blockchain. 

Cela décharge le réseau principal et augmente massivement la scalabilité. Les canaux peuvent être reliés pour acheminer des paiements de façon sécurisée à travers le réseau. Seules l’ouverture et la fermeture des canaux sont enregistrées sur la blockchain Bitcoin

Ces projets, parmi d’autres, contribuent activement à l’écosystème Layer 2 d’Ethereum en proposant des solutions concrètes pour améliorer les performances et l’accessibilité de la blockchain

Les limites du Layer 2

Malgré les avantages considérables qu’il apporte, le Layer 2 présente également certaines limites et défis qui doivent être pris en compte :

La sécurité des fonds

Bien que les protocoles de Layer 2 s’appuient sur la sécurité de la blockchain principale, ils introduisent un niveau de risque supplémentaire. Les utilisateurs doivent faire confiance aux opérateurs des solutions Layer 2 pour gérer correctement leurs fonds lorsqu’ils sont hors chaîne.

Le temps de retrait vers la blockchain principale

Lorsque les utilisateurs souhaitent retirer leurs fonds du Layer 2 vers la blockchain principale, il peut y avoir un délai d’attente. Ce délai varie selon le protocole utilisé et peut parfois prendre plusieurs jours, ce qui peut être contraignant pour les utilisateurs ayant besoin d’un accès immédiat à leurs fonds.

La fragmentation de la liquidité

Avec l’émergence de nombreux projets de Layer 2, il existe un risque de fragmentation de la liquidité. Les utilisateurs peuvent avoir leurs fonds répartis sur différents protocoles, ce qui peut rendre plus complexe la gestion de leur portefeuille et limiter les opportunités d’échange et d’interaction entre les différents Layer 2.

Pour relever ces défis, les développeurs de protocoles Layer 2 travaillent en permanence à l’amélioration de la sécurité, de l’interopérabilité et de l’expérience utilisateur. Des solutions telles que les preuves de fraude optimisées, les mécanismes de sortie rapide et les ponts inter-Layer 2 sont en cours de développement pour résoudre ces problèmes et offrir une expérience transparente aux utilisateurs.

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