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'unblockchain. Également connu sous le nom de réseau principal ou« réseau principal » 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 – deux principes CORE de tout réseau solide et (à quelques exceptions près) maintenus par un réseau mondial diversifié de développeurs et de participants tels que les validateurs.

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En l'absence d'autorité centrale ou de supervision, ces plateformes nécessitent une Technologies dotée d'un niveau de sécurité intrinsèque pour protéger les utilisateurs des escroqueries et des attaques. De plus, en raison de cette priorité dans la conception, sans parler des ressources considérables nécessaires au maintien d'un écosystème pleinement fonctionnel, elles ont souvent manqué d'évolutivité.

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

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Que sont les couches 2 ?

La couche 2 désigne un ensemble de solutions hors chaîne (blockchains distinctes) construites sur la couche 1, réduisant les goulots d'étranglement grâce à la scalabilité et aux données. Imaginez une cuisine de restaurant : si chaque commande devait être préparée par une seule personne du début à la fin avant d'être confirmée et livrée, le processus serait très lent et ne permettrait de traiter que quelques commandes par heure. En revanche, la couche 2 est comparable à des postes de préparation : un poste pour le nettoyage et la découpe des aliments, un poste pour la cuisson, un poste pour l'assemblage des plats, permettant ainsi une concentration et une efficacité accrues sur chaque tâche. Le moment venu, une personne peut associer chaque plat assemblé à la commande et la confirmer avant son envoi au destinataire final (le client).

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

Ethereum utilise également une méthode similaire via des fonctionnalités telles que les cumuls optimistes et à connaissance nulle (ZK) qui déchargent le fardeau de la gestion des transactions du réseau principalet permettent ainsi une meilleure inclusion et un meilleur débit des transactions (nombre de transactions par seconde plus élevé). Tout cela contribue à une expérience utilisateur plus fluide et pratique. Parmi les exemples de couches 2 sur Ethereum , on peut citer : ARBITRUM,Optimism, Loopring et zkSync.

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Pourquoi les couches 2 sont-elles importantes ?

Alors que la décentralisation et la sécurité sont un modus operandi de la couche 1, ou réseau principal, d' Ethereum, la popularité du marché qui en a résulté au fil des ans 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 queenviron 15 transactions par secondeLes périodes de forte activité réseau entraînent souvent une congestion des données. Ceci, à son tour,GAS (frais de transaction)d'augmenter et de ralentir les performances des applications, observé récemment par leVente de terrains virtuels Otherside de Yuga Labset pendant le marché haussier de 2021.

Pour remédier à ces problèmes, la couche 2 étend Ethereum en tant que blockchain distincte au-dessus du réseau de couche 1. Comme mentionné précédemment, elle communique et décharge le réseau principal de la lourde charge des transactions grâce à des contrats intelligents qui intègrent et bénéficient du robuste modèle de sécurité décentralisé d'Ethereum. En substance, la couche 1 gère la sécurité, la disponibilité des données et la décentralisation, tandis que les couches 2 gèrent la mise à l'échelle des transactions.

Pour la plupart, les blockchains de couche 1 ont :

• Un réseau de nœuds pour sécuriser et valider le réseau.
• Un réseau de producteurs de blocs.
• Les principales données de blockchain et de transaction.
• Un mécanisme de consensus associé.

La couche 2 diffère en offrant :

• Frais réduits : les couches 2 regroupent plusieurs transactions hors chaîne en une seule couche 1, ce qui réduit la charge de données. Elles préservent également la sécurité et la décentralisation en réglant les transactions sur le réseau principal.
• Plus d'utilité : grâce aux avantages combinés de transactions plus élevées par seconde et de frais moins élevés, les projets de couche 2 peuvent se concentrer sur l'amélioration de l'expérience utilisateur et l'élargissement de la portée des applications.

Comme mentionné précédemment, 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.

Ainsi, les réseaux comme Ethereum doivent intégrer une conception multicouche et évolutive capable de concurrencer (et éventuellement de supplanter) les canaux plus rationalisés, mais restreints, de systèmes comme Visa et Mastercard. Les couches 1 et 2 sont importantes car elles fonctionnent ensemble pour rendre le réseau plus rapide et plus convivial.

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Comment fonctionne la couche 2 ?

Les protocoles de couche 2 fournissent un second cadre permettant aux transactions d'être effectuées séparément de la couche 1. Cela signifie qu'une part importante du travail normalement effectué par la chaîne principale peut être transférée vers la couche 2. Les applications de couche 2 transmettent ensuite les données des transactions à la couche 1, où elles sont sécurisées dans le registre et l'historique de la blockchain.

Comme toute plateforme ouverte ou fermée, l'accessibilité des couches 2 varie. Certaines peuvent être utilisées par diverses applications, tandis que d'autres répondent uniquement aux besoins d'un projet spécifique. Cela dit, les couches 2 exploitent plusieurs composants clés, notamment les rollups et leschaînes latérales.

Rollups de couche 2

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

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

Des cumuls optimistes

Les rollups optimistes sont installés en parallèle de la chaîne Ethereum principale, exécutent toutes les transactions, puis renvoient les données à la couche 1. Les utilisateurs sont incités à effectuer des transactions sur ces couches 2 grâce à des frais compétitifs. En cas de suspicion de transaction frauduleuse, celle-ci peut être contestée et évaluée viapreuves de fraudeDans ce scénario, le cumul exécutera le calcul de la transaction à l'aide des données d'état disponibles. Comparé aux cumuls ZK (expliqués ci-dessous), cela signifie que le délai de sortie du cumul et de retrait des fonds vers la couche 1 sera légèrement plus long. Cependant, les utilisateurs « à l'intérieur » du cumul recevront toujours une confirmation de transaction rapide.

En général, les cumuls optimistes sont Machine virtuelle Ethereum (EVM) et compatible avec 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 incluentARBITRUM,Optimism et BOBA.

Rollups ZK

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

Les cumuls ZK sont plus efficaces, car ils conservent l'état de tous les transferts sur la couche 2, mis à jour uniquement par des preuves de validité. Comme ils ne nécessitent T l'intégralité des données de transaction, il est plus facile de valider les blocs et de transférer de l'ether.ETH), le jeton principal de la blockchain Ethereum , à la couche 1. La preuve de validité (acceptée par le contrat de cumul ZK) a déjà vérifié l'authenticité des transactions. Cela dit, ils ne prennent pas entièrement en charge EVM et sont plus gourmands en calculs pour les applications peu actives sur la chaîne.

Plusieurs exemples de rollups ZK incluentDYDX,Loopring et zkSync.

Chaînes latérales

Comme on le voit à travers des projets commeXDai et PoS Polygon, une sidechain est une blockchain indépendante, compatible EVM, qui fonctionne en parallèle et interagit avec le réseau principal viaponts. Comme ils utilisent un mécanisme de consensus distinct et ne sont pas sécurisés par la couche 1, ils ne sont pas techniquement considérés comme de 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 risques plus élevés, car les utilisateurs leur confient leurs fonds plutôt qu'au protocole Ethereum (ou à une couche 2 appropriée).

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Validiums

Validiums, tel que StarkWare, utilisez des preuves de validité (similaires aux cumuls ZK), mais ne stockez T les données sur la couche 1. Plusieurs chaînes de validité peuvent fonctionner en ONE et traiter chacune environ 10 000 transactions par seconde. Cependant, comme des langages plus spécialisés sont requis, la prise en charge des contrats intelligents généraux est limitée.

Les chaînes latérales et les validiums sont des blockchains fonctionnant en parallèle avec Ethereum et interagissant avec les actifs via des ponts connectés au réseau principal. Elles ne bénéficient pas de la sécurité ni des données d' Ethereum lui-même et ne sont donc T considérées comme une couche 2 à part entière, contrairement aux rollups Optimistic ou ZK. Ceci est d'autant plus vrai compte tenu des implications potentielles en termes de sécurité et de confiance. Cependant, elles évoluent de manière similaire aux couches 2, offrant des frais de transaction réduits et un débit élevé.

Pourquoi y a-t-il autant de couches 2 ?

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

Exemples de couches 2 courantes

Globalement, à mesure que les couches 2 s'harmonisent et fonctionnent avec l'ensemble de l'écosystème Ethereum , les différentes options, accessibles à tous, offrent un éventail plus large et plus équilibré de possibilités aux utilisateurs finaux. Les lacunes ONEune blockchain de couche 2 peuvent être compensées par les avantages d'une autre, et inversement. Voici un résumé des couches 2 les plus couramment utilisées :

Couche générale 2

Un projet général de couche 2 reproduit les performances et les fonctionnalités du réseau principal d'Ethereum, avec des frais de GAS moins élevés. Voici quelques exemples :

Optimism

Bien qu'un nouveau système anti-fraude soit toujours en coursen construction,Optimismest un système équivalent à EVM qui utilise des cumuls optimistes pour rendre les transactions rapides, simples et sécurisées.

Risque et analyse :<a href="https://l2beat.com/projects/optimism/">https://l2beat.com/projects/ Optimism/</a>

ARBITRUM ONE

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 :<a href="https://l2beat.com/projects/arbitrum/">ARBITRUM</a>

Boba Network

À bifurcation initialement de Optimism, BOBAest un rollup optimiste 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/

Couches 2 spécifiques à l'application

En comparaison, les réseaux de couche 2 spécifiques à une application sont plus spécialisés et visent à améliorer les performances d'un secteur de niche. En voici quelques exemples :

Loopring

Loopringest 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 1000x et des coûts de transaction réduits à 0,1% de la couche 1.

zKSync

Utilisé par des plateformes comme Binance,zkSyncIl s'agit d'un ZK cumulé par Matter Labs. Déjà disponible sur le réseau principal Ethereum , il prend en charge les paiements, les échanges de jetons et la création de jetons non fongibles (NFT).

Couches 2 abandonnées

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 s'imposer.

Plasma

Comme indiqué dansun article de blog Publié en janvier 2020, l'organisme de recherche sur Ethereum Plasma Group a annoncé la cessation de ses activités sous sa forme actuelle et a fait don des fonds restants à Gitcoin. La décision a été prise de se concentrer sur les rollups optimistes.

Comme on le voit à travers des projets commePolygon, OMG Network et Gluon, les chaînes plasma sont des blockchains distinctes liées au réseau principal Ethereum . Elles utilisent des mécanismes anti-fraude comme les Optimistic Rollups pour réguler les litiges et gérer la sécurité. Puisqu'elles sont des copies plus petites du réseau principal Ethereum , elles sont également appelées « chaînes enfants ». Les arbres de Merkel permettent une pile infinie de ces chaînes, permettant de décharger la bande passante 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. Par conséquent, avecdes problèmes tels que des coûts élevés et des difficultés à retirer des fondsà partir d'une chaîne plasmatique, elle a été abandonnée au profit des rollups optimistes.

chaînes d'État

Les canaux d'état sont des voies ouvertes entre deux utilisateurs souhaitant communiquer entre eux via des transactions. Grâce à l'utilisation de contrats multi-signatures (un type de contrat nécessitant la signature de plusieurs parties pour être exécuté), ils permettent aux participants d'effectuer librement des transactions hors chaîne et de régler leurs transactions sur le réseau principal. Cela permet un débit de transactions élevé et minimise la congestion et les frais. Les deux principaux types de canaux sont les canaux d'état et les canaux de paiement. Cependant, en raison de la rigidité de l'obligation pour les utilisateurs de bloquer des fonds, conjuguée au manque de prise en charge des contrats intelligents à usage général et des applications DeFi en 2021, ils ont également été largement abandonnés. SelonEthhub, les équipes qui y travaillent encore incluentCelerX Réseau Connext.Réseau Raiden peut également être NEAR ou en production.

Autres ressources et considérations de couche 2

En raison de la genèse de ces plateformes de couche 2, des risques et des hypothèses de confiance erronées, à des degrés divers, subsistent par rapport aux transactions sur le réseau principal. Il convient également de noter que, malgré l'exploitation de la sécurité de la couche 1, les plateformes de couche 2 ne sont véritablement sûres que si elles disposent de dispositifs anti-fraude, ce qui n'est pas le cas (au moment de la rédaction de cet article).

Ponts blockchain(que les utilisateurs peuvent utiliser pour transférer des actifs vers la couche 2) en sont également aux premiers stades de développement et comportent des niveaux de risque élevés. Dans ce contexte, il est recommandé de procéder à une vérification approfondie auprès de ressources comme L2BEAT avant de s'engager avec une couche 2. L2BEAT est une solution complète.plateforme d'analyse et de risques'engage à informer 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 sur les rollupspar Vitalik Buterin