Quelles sont les différences entre la Layer 1 et la Layer 2 ?

Qu'est-ce que le trilemme de la blockchain ?

Le trilemme de la scalabilité de la blockchain met en lumière la difficulté fondamentale de concilier simultanément sécurité, décentralisation et scalabilité—trois attributs essentiels—dans les systèmes blockchain. Ce concept représente un cadre théorique majeur pour l’évolution de la technologie blockchain.

Selon ce trilemme, une blockchain ne peut optimiser que deux de ces trois propriétés à la fois, et il est techniquement très difficile de maximiser les trois simultanément. De ce fait, les blockchains actuelles sacrifient l’un de ces attributs fondamentaux pour garantir leur fonctionnement pratique. Cette contrainte constitue un dilemme central dans la conception des blockchains.

Bitcoin illustre parfaitement ce trilemme : sa blockchain privilégie la forte décentralisation et la sécurité, mais au détriment de la scalabilité. Par exemple, Bitcoin traite environ sept transactions par seconde, un débit nettement inférieur à celui des systèmes de paiement classiques.

En raison de contraintes techniques, aucune cryptomonnaie ne parvient à réunir au plus haut niveau ces trois attributs. Chaque projet privilégie deux ou trois caractéristiques selon son usage, sacrifiant intentionnellement l’une d’elles pour optimiser sa conception.

Les développeurs ont déjà proposé des technologies et des concepts innovants pour répondre aux enjeux de scalabilité et au trilemme de la blockchain. Selon la méthode retenue, ces solutions prennent la forme d’approches Layer 1 ou Layer 2, chacune offrant des stratégies distinctes pour surmonter le trilemme.

Certaines cryptomonnaies offrent une scalabilité élevée, traitant plusieurs milliers de transactions par seconde, mais compromettent souvent la décentralisation ou la sécurité. Bitcoin et Ethereum restent les monnaies numériques les plus sécurisées et décentralisées, avec des architectures qui misent sur la sécurité et la décentralisation. Des projets Layer 1 tels que Cardano, Avalanche et Solana ont attiré l’attention du marché grâce à leur réponse technique aux limites de scalabilité de Bitcoin et Ethereum.

Solutions de scalabilité Layer 1

Pour saisir la différence entre les solutions de scalabilité Layer 1 et Layer 2, il convient d’abord de définir les blockchains Layer 1. Comme leur nom l’indique, les réseaux blockchain Layer 1 sont les protocoles fondamentaux qui forment l’infrastructure des systèmes blockchain. Cela inclut les chaînes principales telles que Bitcoin, Ethereum et Cardano, qui constituent la couche de base où toutes les transactions sont enregistrées.

Les solutions Layer 1 visent à améliorer le protocole central de la blockchain afin d’optimiser la scalabilité. Elles proposent plusieurs méthodes pour augmenter la capacité du réseau, comme la modification directe des règles fondamentales du protocole afin d’accroître le débit transactionnel et la vitesse de traitement. Ces changements ayant un impact sur le cœur même de la blockchain, ils exigent une conception et une mise en œuvre rigoureuses.

La scalabilité Layer 1 permet également d’augmenter la capacité à intégrer davantage de données et d’utilisateurs, souvent grâce à des blocs plus volumineux ou des intervalles de génération de blocs plus courts.

En comparant les blockchains Layer 1 et Layer 2, deux solutions majeures de scalabilité Layer 1 se distinguent : la modification du protocole de consensus et le sharding. Ces deux stratégies sont reconnues comme fondamentales et efficaces pour améliorer la scalabilité des réseaux blockchain au niveau Layer 1.

Les mécanismes de consensus comme le Proof of Stake (PoS) sont jugés plus performants au niveau du protocole que le Proof of Work (PoW). Le PoS offre un débit élevé avec une consommation d’énergie nettement réduite. Le sharding, à l’inverse, répartit la charge du réseau sur plusieurs ensembles de données—appelés shards—permettant un traitement parallèle et une efficacité accrue.

Avantages

• Amélioration fondamentale de la scalabilité : Le principal avantage des solutions Layer 1 réside dans l’optimisation de la scalabilité au niveau du protocole. Grâce à des évolutions structurelles, les solutions Layer 1 permettent une amélioration durable.

• Performance équilibrée : Les solutions Layer 1 atteignent une scalabilité élevée et une viabilité économique tout en préservant la décentralisation et la sécurité, offrant ainsi une réponse équilibrée au trilemme de la blockchain.

• Croissance soutenue de l’écosystème : Les solutions Layer 1 peuvent intégrer de nouveaux outils, des avancées technologiques et d’autres innovations au protocole de base, soutenant le développement et la croissance de l’écosystème sur le long terme.

Inconvénients

Les réseaux Layer 1 présentent des limites connues en matière de capacité de scalabilité. Bitcoin et les principales blockchains rencontrent souvent des difficultés à traiter les transactions lors des périodes de forte demande. La congestion du réseau peut entraîner une hausse des frais de transaction et des délais importants.

Le protocole de consensus Proof of Work (PoW) utilisé par Bitcoin exige d’importantes ressources informatiques et énergétiques, ce qui soulève des enjeux environnementaux et des coûts d’exploitation, mettant en avant la nécessité d’une meilleure durabilité.

Faire face aux défis Layer 1

Pour faire évoluer les réseaux Layer 1, les blockchains nécessitent des mises à jour structurelles fondamentales. Ces changements améliorent significativement les performances et permettent de supporter un plus grand nombre d’utilisateurs et de transactions.

Amélioration des protocoles de consensus

Les algorithmes de consensus sont le socle de l’accord au sein des réseaux blockchain. Ils jouent un rôle clé dans la validation des transactions et la préservation de l’intégrité des réseaux décentralisés. Les algorithmes les plus répandus sont PoW (Proof of Work) et PoS (Proof of Stake), chacun avec des caractéristiques et avantages spécifiques.

PoW reste l’algorithme de consensus le plus utilisé dans les grandes blockchains comme Bitcoin, mais il souffre d’un débit limité et d’une forte consommation énergétique. Les mineurs mobilisent d’importantes ressources informatiques pour résoudre des problèmes complexes, ce qui limite la scalabilité.

PoS, en revanche, offre un débit supérieur. Dans ce modèle, les détenteurs de tokens qui placent leurs actifs en staking deviennent validateurs du réseau. Les systèmes PoS permettent de traiter et de vérifier les blocs de transactions sans computation énergivore, ce qui améliore l’efficacité énergétique et accélère les transactions.

Ethereum a achevé sa transition du PoW vers le PoS pour accroître la capacité du réseau, renforcer la décentralisation et maintenir la sécurité. Ce changement a permis de réduire la consommation énergétique d’Ethereum d’environ 99,95 % et d’améliorer considérablement son empreinte environnementale.

Sharding

Le sharding, concept emprunté aux bases de données distribuées, s’impose aujourd’hui comme l’une des solutions Layer 1 les plus innovantes et populaires. Le sharding divise l’état du réseau blockchain en ensembles de données séparés—appelés shards—permettant la parallélisation et une augmentation significative de la capacité de traitement.

Plutôt que d’imposer à chaque nœud le traitement de l’ensemble du réseau, le sharding répartit les tâches en portions gérables qui peuvent être traitées simultanément, ce qui accroît fortement le débit.

De plus, chaque nœud est associé à un shard spécifique au lieu de conserver une copie complète de la blockchain, réduisant ainsi les besoins en stockage et permettant à davantage de participants de rejoindre le réseau. Les shards transmettent des preuves à la chaîne principale et utilisent la communication inter-shards pour partager adresses, états et soldes.

Ethereum 2.0 (désormais couche de consensus d’Ethereum), Zilliqa, Qtum et Tezos comptent parmi les protocoles blockchain majeurs qui explorent et implémentent le sharding pour améliorer significativement la scalabilité.

Solutions de scalabilité Layer 2

La scalabilité Layer 2 vise à alléger la charge de la chaîne principale grâce à des réseaux ou technologies opérant au-dessus du protocole blockchain. Les protocoles ou réseaux off-chain peuvent fortement augmenter la scalabilité et l’efficacité.

Les solutions Layer 2 transfèrent la charge transactionnelle du protocole blockchain vers des architectures off-chain, qui traitent les transactions et mettent à jour la blockchain principale uniquement avec les résultats finaux. Cela permet à la chaîne principale de se concentrer sur le règlement et la résolution des litiges, sans gérer le traitement transactionnel courant.

Les solutions Layer 2 facilitent la délégation du traitement des données à des architectures de support, assurant une gestion efficace et flexible. Ainsi, la blockchain principale évite la congestion et bénéficie d’une scalabilité accrue, avec frais réduits et transactions accélérées.

Le Lightning Network de Bitcoin figure parmi les solutions Layer 2 les plus abouties et les plus répandues. Construit au-dessus de la blockchain Bitcoin, Lightning Network permet des paiements instantanés et à faible coût. De nombreuses autres solutions Layer 2 existent, chacune proposant des stratégies différentes pour étendre la scalabilité au-delà du Layer 1.

Avantages

• Préservation de la sécurité et de la décentralisation Layer 1 : Layer 2 traite les transactions en dehors du Layer 1, ce qui améliore la scalabilité tout en préservant la sécurité et la décentralisation robustes de Layer 1. Le règlement final sur la chaîne principale garantit la sécurité.

• Exécution rapide des microtransactions : En traitant les transactions off-chain, les solutions Layer 2 accélèrent fortement les microtransactions, idéales pour les petits paiements et les transactions in-game.

• Faibles coûts de transaction : Le traitement hors chaîne réduit nettement les frais de transaction, offrant un avantage majeur pour les paiements quotidiens et les transactions de faible valeur.

Inconvénients

• Connectivité blockchain réduite : Les utilisateurs Layer 2 peuvent être contraints par les protocoles des solutions utilisées, ce qui peut limiter la connectivité entre différents réseaux Layer 2 et blockchains—un véritable défi pour l’interopérabilité.

• Enjeux de sécurité et de confidentialité : Étant donné que Layer 2 traite les transactions hors Layer 1, ses modèles de sécurité et de confidentialité peuvent différer. Chaque solution doit fournir ses propres garanties, et les utilisateurs doivent comprendre les risques associés.

• Fragmentation de la liquidité : L’existence de plusieurs solutions Layer 2 peut fragmenter la liquidité, ce qui affecte l’expérience utilisateur.

Faire face aux défis Layer 2

Les défis Layer 2 peuvent être relevés grâce à différentes approches, chacune avec des caractéristiques techniques et des avantages adaptés à des cas d’usage spécifiques.

Blockchains imbriquées : traitement distribué hiérarchique

Les blockchains imbriquées ont une architecture hiérarchique avec des blockchains secondaires intégrées à la chaîne principale, ce qui améliore l’efficacité et la flexibilité. La chaîne principale fixe les règles et garantit la sécurité, tandis que les chaînes enfants gèrent le traitement spécialisé pour certaines applications et usages. Cette répartition de la charge selon la structure parent-enfant réduit considérablement la pression sur la chaîne principale et favorise la scalabilité.

Le projet OMG Plasma est un exemple majeur d’infrastructure blockchain Layer 2 imbriquée construite sur Ethereum. Plasma atteint un haut débit en traitant un grand volume de transactions sur les chaînes enfants et en rapportant périodiquement l’état à la chaîne principale.

State channels : traitement rapide off-chain

Les state channels relient les systèmes blockchain à des canaux de transaction off-chain, permettant une communication bidirectionnelle et un traitement rapide sans validation par les nœuds de la chaîne principale. Les participants ouvrent un canal, réalisent plusieurs transactions off-chain, puis n’enregistrent sur la chaîne principale que l’état final et les changements, ce qui minimise les frais et le temps de traitement.

Liquid Network, Raiden Network (Ethereum), Celer et Bitcoin Lightning figurent parmi les principales solutions de state channels, offrant une grande efficacité pour les paiements et microtransactions. Toutefois, les state channels sacrifient souvent une partie de la décentralisation au profit de la scalabilité.

Sidechains : chaînes parallèles indépendantes

Les sidechains sont des chaînes de transaction indépendantes fonctionnant en parallèle de la blockchain principale, souvent dotées de mécanismes de consensus et de conceptions distinctes pour plus de rapidité et de scalabilité.

La chaîne principale assure la sécurité globale, vérifie les transactions groupées et règle les litiges, tandis que les sidechains fonctionnent de façon autonome et échangent des actifs ou des données avec la chaîne principale selon les besoins.

Contrairement aux state channels, les sidechains enregistrent publiquement les transactions et, en cas de faille, n’impactent pas directement la chaîne principale, ce qui favorise la transparence et la séparation des modèles de sécurité. La création d’une sidechain nécessite une infrastructure spécifique, ce qui peut impliquer des efforts et des coûts importants.

Différences majeures entre Layer 1 et Layer 2

Définition

Layer 1 améliore le débit et la capacité transactionnelle en modifiant le protocole central d’une blockchain—par exemple, l’augmentation de la taille des blocs, la modification des algorithmes de consensus ou la mise en place du sharding. Ces évolutions impactent l’ensemble du réseau.

Layer 2 regroupe les solutions off-chain qui traitent les opérations au-dessus du protocole blockchain principal pour alléger sa charge. Le traitement des transactions et des données est délégué aux réseaux ou applications Layer 2, seuls les résultats finaux étant reportés sur la chaîne principale. Cela permet un haut débit et soulage la chaîne principale.

Opération

La scalabilité Layer 1 repose sur des modifications du protocole central, qui requièrent un consensus réseau et parfois un hard fork. Après leur mise en œuvre, ces évolutions sont difficiles à annuler, même si le volume de transactions diminue.

Les solutions Layer 2 fonctionnent indépendamment en tant que systèmes off-chain, traitant les transactions hors du protocole principal et rapportant les résultats à la chaîne principale. Cette flexibilité facilite le déploiement rapide et les mises à jour continues.

Types de solutions

Les solutions Layer 1 incluent l’amélioration des protocoles de consensus et le sharding. La scalabilité peut également résulter de l’ajustement de la taille des blocs, de la vitesse de génération des blocs et des mécanismes de consensus pour atteindre les objectifs visés.

Les solutions Layer 2 n’ont pratiquement aucune limite de mise en œuvre. Tout protocole, réseau ou application peut servir de solution Layer 2 off-chain. Les approches populaires incluent state channels, sidechains, rollups et Plasma, chacune ayant ses propres caractéristiques et avantages.

Qualités et caractéristiques

Layer 1 est la source de référence pour l’information et le règlement des transactions, utilise des tokens natifs et offre un accès direct aux ressources du réseau. L’innovation sur les mécanismes de consensus est centrale en Layer 1, qui assure la sécurité et la décentralisation maximales en tant que fondation de la blockchain.

Layer 2 propose des capacités similaires avec une scalabilité, une programmabilité et des coûts de transaction nettement supérieurs. Chaque solution Layer 2 réorganise les transactions sur Layer 1 selon ses propres modalités, optimisant des compromis différents. Layer 2 vise à hériter de la sécurité Layer 1 tout en offrant une efficacité accrue.

L’avenir de la scalabilité blockchain

La scalabilité demeure un obstacle majeur à l’adoption massive de la blockchain. À mesure que la demande pour les cryptomonnaies et la blockchain augmente, les exigences de scalabilité des plateformes continueront de croître.

Layer 1 et Layer 2 apportent chacun des coûts et des avantages spécifiques. Layer 1 offre des améliorations de fond, tandis que Layer 2 privilégie l’agilité et le déploiement rapide. L’avenir de la scalabilité s’oriente vers une approche hybride, combinant solutions Layer 1 et Layer 2.

Plus précisément, les évolutions Layer 1 renforceront les performances de base, tandis que Layer 2 créera des environnements adaptés à des cas d’usage spécifiques—une approche multicouche appelée à devenir la norme. Cette stratégie hybride permettra d’optimiser l’équilibre entre sécurité, décentralisation et scalabilité, apportant des réponses concrètes au trilemme de la blockchain.

FAQ

Quelles sont les principales différences entre Layer 1 et Layer 2 ?

Layer 1 est la blockchain elle-même, alors que Layer 2 exploite des technologies off-chain pour traiter les transactions en dehors de la chaîne principale. Layer 2 améliore la scalabilité, augmente le volume des transactions et réduit les frais.

Quels sont les avantages de Layer 2 ? (Frais, vitesse, etc.)

Layer 2 accélère fortement les transactions et peut réduire les frais tels que les coûts de gas de plus de 90 %. La scalabilité est augmentée, ce qui offre aux utilisateurs une expérience transactionnelle rapide et à faible coût.

Comment Layer 1 et Layer 2 diffèrent-ils en matière de sécurité ?

Layer 1 est la blockchain principale et offre le niveau de sécurité le plus élevé. Layer 2 traite les transactions hors chaîne, offrant vitesse mais reposant sur la sécurité de Layer 1. Layer 1 assure une sécurité supérieure.

Quels types de solutions Layer 2 existent (Lightning Network, Polygon, etc.) ?

Les solutions Layer 2 incluent Lightning Network (Bitcoin), Polygon (Ethereum), Arbitrum, Optimism et d’autres. Ces plateformes sont conçues pour accélérer les transactions et réduire les frais.

Quand utiliser Layer 1 et quand Layer 2 ?

Layer 1 est recommandé pour les transactions importantes et la conservation sécurisée des actifs. Layer 2 est idéal pour les transactions courantes et les micropaiements, où la rapidité et le faible coût sont essentiels.