Aujourd'hui, divers protocoles de blockchain existent. Cependant, tous les protocoles de blockchain ne peuvent pas exister indépendamment. Certains protocoles de blockchain ont besoin d'une couche de base, tandis que d'autres non. Ceux qui peuvent exister indépendamment sont des blockchains de couche 1.

Les blockchains de couche 1 sont des réseaux blockchain qui peuvent gérer tous les aspects de l'opérabilité de la blockchain, tels que le consensus, la sécurité et le traitement des transactions.

Les blockchains de couche 1 peuvent être comparées aux fondations d'un bâtiment. Il fournit l'infrastructure ou l'architecture sur laquelle toutes les autres applications et protocoles sur la blockchain sont construits. En plus de servir de fondation ou de base de construction, les blockchains de couche 1 définissent et établissent les règles régissant le fonctionnement d'un réseau blockchain.

Ces règles guident la validation des transactions sur la blockchain et aident également à maintenir le grand livre distribué de la blockchain. Les blockchains de couche 1 ont également leurs jetons natifs, qui sont utilisés pour faciliter les transactions sur la blockchain et inciter les mineurs. Bitcoin, Ethereum, Cardano et Polkadot sont des blockchains de couche 1 populaires avec BTC, ETH, ADA et DOT comme jetons respectifs.

Histoire et développement des blockchains de couche 1

Bitcoin a été introduit pour la première fois le 31 octobre 2008, lorsque la personnalité pseudonyme Satoshi Nakamoto a publié le livre blanc de neuf pages de Bitcoin intitulé "Bitcoin: Un système de cash électronique pair à pair." Le livre blanc a présenté les concepts et les détails techniques de Bitcoin.

Bien que le concept de la technologie blockchain ne soit pas entièrement nouveau, le livre blanc de Bitcoin a jeté plus de lumière sur la technologie sur laquelle Bitcoin est construit, soulignant son rôle dans la décentralisation de Bitcoin. Bien que Bitcoin n’ait été initialement compris que par les passionnés de technologie, la manière immuable, transparente et sécurisée des transactions Bitcoin lui a permis de gagner en popularité parmi les novices en technologie. Tout cela grâce à la blockchain sous-jacente sur laquelle il a été construit.

La création et la publication de Bitcoin ont ouvert la voie à l'exploration de la technologie de la blockchain. En 2011, Charles “Charlie” Lee, un ancien ingénieur de Google et diplômé du MIT, a publié la première cryptomonnaie alternative (altcoin) connue sous le nom de Litecoin. Alors que le litecoin présentait des caractéristiques similaires à celles de Bitcoin, il offrait une vitesse de transaction plus élevée que Bitcoin. Contrairement à Bitcoin, qui prenait environ 10 minutes pour confirmer les transactions, le litecoin avait un temps de confirmation des transactions de 2,5 minutes.

Comme Bitcoin, Litecoin utilise le mécanisme de consensus de preuve de travail où les mineurs doivent travailler pour résoudre une énigme mathématique complexe. Les mineurs qui parvenaient à résoudre l'énigme mathématique se voyaient attribuer 6,25 Litecoins à titre d'incitation ou de récompense pour leurs efforts. Avant la création de Litecoin, seuls les utilisateurs disposant de dispositifs miniers spécialisés pouvaient participer au minage de Bitcoin. Cependant, à la création de Litecoin, elle a utilisé l'algorithme de minage Scrypt.

L'avantage de l'algorithme de minage Scrypt était qu'il offrait une meilleure sécurité. Il permettait également aux utilisateurs disposant de périphériques matériels moins spécialisés (non-ASIC) de participer à son processus de minage. Tout comme avec chaque crypto-monnaie, Litecoin a connu des améliorations significatives. Une amélioration notable peut être observée en 2017 lorsque Segregated Witness (SegWit) a été mis en œuvre sur la blockchain Litecoin. Cette mise en œuvre a conduit à une augmentation de la scalabilité de la blockchain Litecoin.

Au fur et à mesure que l'industrie de la blockchain a progressé, les développeurs de blockchain ont commencé à créer des blockchains et des cryptomonnaies qui serviraient à différents cas d'utilisation tout en cherchant à améliorer les lacunes de Bitcoin. En 2012, Jed McCaleb, Arthur Britto et Chris Larsen se sont réunis pour former une société appelée OpenCoin, plus tard rebaptisée Ripple Labs. Jed McCaleb et ses compagnons ont créé Ripple, un protocole de paiement avec sa cryptomonnaie native, XRP.

XRP a été principalement créé pour faciliter les paiements transfrontaliers rapides et bon marché. Il avait une blockchain différente, connue sous le nom de registre XRP. Contrairement à Bitcoin, qui utilise l'algorithme de consensus de preuve de travail, le registre XRP utilise l'algorithme de consensus du protocole Ripple (RPCA), où des nœuds appelés listes de nœuds uniques valident et confirment les transactions effectuées sur le registre XRP. Litecoin et Ripple ont continué à avoir la deuxième et la troisième plus grande capitalisation boursière après Bitcoin, mais cela était sur le point de changer.

En 2013, Vitalik Buterin, un programmeur informatique, a publié un livre blanc intitulé "Ethereum : une plateforme de contrat intelligent de prochaine génération et d'application décentralisée". Le livre blanc a présenté Ethereum au monde. Ethereum avait un champ d'application beaucoup plus large que Bitcoin. Outre son utilisation pour faciliter les transactions de cryptomonnaie, Ethereum est une plateforme qui permet aux utilisateurs de construire des applications décentralisées.

Après la publication du livre blanc d'Ethereum par Vitalik Buterin, plusieurs autres informaticiens ont rejoint le développement du projet Ethereum, notamment Gavin Wood, Charles Hoskinson, Amir Chetrit, Anthony Di Iorio, Jeffrey Wilcke, Joseph Lubin, entre autres. Les fondateurs ont lancé une offre initiale de pièces (ICO) pour financer le projet Ethereum en 2014. Entre le 22 juillet et le 2 septembre 2014, un montant impressionnant de 18 millions de dollars a été collecté via cette ICO. Ceux qui ont investi dans l'ICO d'Ethereum ont échangé leur Bitcoin (BTC) avec le jeton natif d'Ethereum, l'Ether (ETH), dans l'espoir que la valeur de l'Ether atteigne un jour des sommets.

Bien que l'Ether ait été achetable, le projet n'est pas devenu opérationnel avant le 30 juillet 2015, date à laquelle la première version d'Ethereum, Frontier, a été publiée. Ce lancement a enfin permis aux utilisateurs et aux développeurs d'utiliser la blockchain Ethereum pour effectuer diverses tâches allant de l'exécution de transactions de cryptomonnaie à la création de contrats intelligents. Après la publication de la première version d'Ethereum, Frontier, Ethereum a subi plusieurs mises à jour.

Une mise à niveau notable a été observée le 15 septembre 2022, lorsque le réseau Ethereum a adopté le mécanisme de consensus de preuve d'enjeu. Ce changement était dû à la sécurité, à la scalabilité et à l'efficacité énergétique du mécanisme de consensus de preuve d'enjeu, qui n'est pas aussi énergivore et exigeant que le mécanisme de consensus de preuve de travail qu'il utilisait initialement.

La naissance des blockchains Bitcoin et Ethereum a posé les bases du développement de plusieurs autres blockchains de couche 1 offrant des fonctionnalités nettement améliorées. Par exemple, GateChain, développé par l'échange crypto Gate.io, permet aux utilisateurs de surmonter le vol d'actifs et la perte de clés privées. La blockchain Solana, développée par Anatoly Yakovenko en 2020, offre une évolutivité améliorée et une vitesse de transaction d'environ 65 000 TPS, et plusieurs autres blockchains de couche 1 ont été développées.

Comprendre le trilemme de la Blockchain

Le trilemme de la blockchain est un concept qui a été introduit pour la première fois par Vitalik Buterin, l'un des co-fondateurs d'Ethereum, en mars 2017. trilemme de la BlockchainC'est que la réalisation de la décentralisation, de la sécurité et de la scalabilité en même temps pour la blockchain est un défi et assez difficile. Il suggère que les réseaux blockchain ne peuvent atteindre que deux de ces trois propriétés ou fonctionnalités tout en sacrifiant la troisième.

Décentralisation

La décentralisation est une caractéristique fondamentale de chaque blockchain publique. Il s'agit d'une fonctionnalité qui permet aux utilisateurs d'une blockchain publique d'effectuer des transactions peer-to-peer sans avoir besoin d'un intermédiaire ou d'une autorité centrale. La décentralisation est importante car elle donne aux utilisateurs un contrôle complet sur leurs actifs cryptographiques. Un réseau blockchain deviendra plus décentralisé à mesure que le nombre de participants augmente. Cela est dû au fait que le pouvoir de contrôle de la blockchain est réparti entre tous les participants d'un réseau blockchain.

Sécurité

La sécurité est la deuxième caractéristique importante d'une blockchain publique. Toutes les blockchains publiques doivent être sécurisées, ce qui signifie qu'elles doivent résister à la manipulation et aux attaques des acteurs malveillants. Pour être sécurisées, les blockchains utilisent la cryptographie et des algorithmes de consensus. La cryptographie aide à protéger la confidentialité des utilisateurs et garantit la cohérence des données.

L'algorithme de consensus de preuve de travail empêche les réseaux blockchain d'être manipulés ou altérés par des acteurs malveillants. Les acteurs malveillants qui souhaitent manipuler un réseau blockchain en utilisant cet algorithme de consensus devraient prendre le contrôle de plus de 51% des nœuds du réseau, ce qui est très difficile.

Pour l'algorithme de consensus de preuve d'enjeu, les validateurs ou ceux qui participeraient à la confirmation des transactions sur la blockchain Ethereum devraient miser 32 ETH. Comme chaque validateur a quelque chose en jeu, ils doivent agir honnêtement ou risquer de perdre leurs fonds.

Scalabilité

La scalabilité fait référence à la capacité des réseaux blockchain à traiter de grands volumes de transactions sans subir de diminution de performance. La scalabilité des réseaux blockchain est importante si la technologie blockchain doit rivaliser avec les systèmes financiers traditionnels. Bien que la scalabilité était autrefois un gros problème pour les blockchains de couche 1, des recherches et des améliorations sont constamment réalisées pour amener les blockchains de couche 1 à l'échelle.

Résoudre le problème de mise à l'échelle des blockchains de couche 1

Différentes solutions de mise à l'échelle ont été élaborées pour rendre les blockchains de couche 1 plus évolutives et améliorer leur débit ou leur vitesse de traitement. Celles-ci comprennent l'augmentation de la taille des blocs, le changement du mécanisme de consensus, le sharding et l'utilisation de SegWit.

Augmentation de la Taille des Blocs

Une blockchain évolutive est celle dont le bloc peut contenir et traiter un grand nombre ou un volume élevé de transactions blockchain. Deux façons célèbres de mettre à l'échelle en augmentant la taille du bloc sont ;

1. Mise à jour du code de la Blockchain
2. Témoin Segregué (SegWit)

Mise à jour du code de la Blockchain

La mise à jour d'un code blockchain pour augmenter la taille d'un bloc est un excellent moyen de mettre à l'échelle et d'augmenter le débit ou la vitesse de traitement des transactions des blockchains. C'est exactement ce qui a conduit à la création de Bitcoin Cash (BCH) le 1er août 2017.

En raison de la scalabilité limitée de la blockchain Bitcoin, certains membres de la communauté Bitcoin ont jugé nécessaire d'augmenter la taille du bloc Bitcoin de 1 Mo à 8 Mo. Bien que tous les membres de la communauté Bitcoin n'aient pas accepté cette idée, les partisans de cette idée ont continué.

Cela a conduit à la création du Bitcoin Cash, une fourchette du Bitcoin. Le Bitcoin Cash peut traiter plus de transactions que le Bitcoin, à savoir 100 transactions par seconde, au lieu de sept transactions par seconde pour le Bitcoin. Bien que le Bitcoin Cash puisse être plus évolutif que le Bitcoin, d'autres problèmes liés à son manque de décentralisation ont surgi.

Témoin séparé (SegWit)

Le témoin séparé aide à la scalabilité en réduisant la quantité d'informations de transaction dans un bloc. Il le fait en supprimant la signature numérique et d'autres données de témoins du bloc principal et en les plaçant dans le bloc SegWit. Avec une partie de la charge retirée du bloc principal, le bloc principal pourra contenir et traiter plus de transactions. SegWit a été implémenté sur la blockchain Bitcoin pour permettre des transactions plus rapides.

Une transaction de blockchain est généralement composée de 3 parties principales :

• Input : L'entrée fait référence à la source d'une transaction. Il s'agit de la personne initiant une transaction de blockchain.
• Sortie : La sortie fait référence au destinataire d'une transaction. La sortie contient généralement l'adresse du portefeuille du destinataire et le montant de la cryptomonnaie envoyée.
• Signature numérique : Une signature numérique est une preuve qui montre que la cryptomonnaie dépensée est liée à l'expéditeur. La signature numérique vérifie l'authenticité de l'expéditeur.

Changer le mécanisme de consensus

Le mécanisme de consensus fait référence à la façon dont les participants d’un réseau blockchain parviennent à un accord. Changer le mécanisme de consensus est un excellent moyen d’améliorer l’évolutivité des blockchains. C’est l’une des raisons pour lesquelles Ethereum est passé d’un mécanisme de consensus de preuve de travail à un mécanisme de consensus de preuve d’enjeu.

Bien que le mécanisme de consensus de preuve de travail offre plus de sécurité à un réseau blockchain, il limite la scalabilité. Changer le mécanisme de consensus est un excellent moyen de faire évoluer un réseau blockchain. Cependant, développer un nouveau mécanisme de consensus prend souvent des années de recherche et de planification précise.

Couche 1 de Fragmentation

Le sharding est une forme de partitionnement de base de données où une base de données de blockchain est divisée en parties plus petites pour traiter des transactions simultanément. Cela signifie qu'en sharding, un réseau blockchain est divisé en sous-ensembles appelés shards. Chaque shard est composé d'une collection de nœuds ou d'ordinateurs. Après la division, chaque shard se voit attribuer différentes transactions à vérifier.

Donc, disons qu'un réseau blockchain comprend 1 000 nœuds ou ordinateurs. Les nœuds peuvent être divisés en 10 shards, chacun avec environ 100 nœuds. Supposons que 10 transactions doivent être vérifiées. Chaque shard, composé de 100 nœuds, vérifiera une transaction jusqu'à ce que les 10 transactions soient vérifiées. De cette manière, les transactions sont vérifiées simultanément et rapidement.

Exemples de Blockchains de Couche 1

Bitcoin et Ethereum sont les exemples les plus célèbres de blockchains de couche 1. Bitcoin utilise le mécanisme de consensus proof-of-work, tandis qu'Ethereum utilise actuellement le mécanisme de consensus proof-of-stake. D'autres exemples de blockchains de couche un sont Solana, Avalanche, Flow, Cardano et Cosmos.

Solana

Solana est une plateforme blockchain open-source créée par Anatoly Yakovenko, un ancien employé de Qualcomm, en 2017. Anatoly a créé Solana pour résoudre le problème de scalabilité qui affectait les protocoles blockchain existants à cette époque. Solana utilise la combinaison d'un algorithme de consensus de preuve d'enjeu et de preuve d'historique. Pour chaque transaction qui a lieu dans la blockchain Solana, la preuve d'historique crée un horodatage, ce qui améliore par la suite la scalabilité de Solana.

Source:Solana.com

L’évolutivité accrue de la blockchain Solana lui permet de traiter des milliers de transactions par seconde. Le jeton natif de Solana, SOL, a été lancé en mars 2020. Le jeton SOL est utilisé comme moyen d’échange sur la blockchain Solana et est devenu l’une des 10 premières crypto-monnaies, avec une capitalisation boursière de plus de 47 milliards de dollars.

Avalanche

Avalanche est une blockchain de couche 1 lancée par Emin Gun Sirer, le PDG d'Avalabs, en 2020. La blockchain avalanche utilise l'algorithme de consensus Snow et a également son jeton de cryptomonnaie natif appelé AVAX, qui est utilisé pour faciliter les transactions sur le réseau de la blockchain avalanche.

Source. avax.network

Depuis sa sortie en 2020, Avalanche a connu une croissance pour atteindre une capitalisation boursière d'environ 14 milliards de dollars, sa cryptomonnaie, AVAX, se classant parmi les 10 premières cryptomonnaies. Le blockchain avalanche vise à améliorer la scalabilité et la vitesse de traitement des transactions des blockchains et d'autres protocoles blockchain.

Flux

La blockchain flow a été créée par Dapper Labs, le créateur du jeu blockchain cryptokitties, en 2009. La blockchain flow a été créée pour offrir des solutions évolutives pour les jeux blockchain, les NFT et d'autres applications sur le réseau blockchain.

Source: Flow.com

La blockchain Flow utilise l'algorithme de consensus de preuve d'enjeu et a sa propre crypto-monnaie native connue sous le nom de FLOW, qui facilite les transactions sur la blockchain Flow. Flow a atteint une capitalisation boursière de 1,05 milliard de dollars.

Cardano

Cardano est une blockchain open-source de couche 1 qui a été créée par Charles Hoskinson, l’un des cofondateurs d’Ethereum. Bien qu’il ait été créé en 2015, ce n’est qu’en 2017 qu’il a été lancé. Cardano a été créé pour remédier aux lacunes des protocoles blockchain existants, à la limite des problèmes d’évolutivité et d’interopérabilité.

Source: Cardanofeed.com

Cardano a permis aux développeurs et aux utilisateurs de créer des applications décentralisées (DApps) et a pris en charge les contrats intelligents. La blockchain Cardano a son jeton natif connu sous le nom d’ADA. Avec une capitalisation boursière d’environ 19 milliards de dollars, Cardano a gagné en popularité dans l’industrie de la blockchain, son jeton natif, ADA, se classant parmi les 10 premières crypto-monnaies.

Cosmos

La blockchain Cosmos qui a été créée en 2014 et lancée en 2019. Cosmos est une blockchain de couche 0, ce qui signifie que des blockchains de couche 1 peuvent exister dessus. En tant que blockchain de couche 0, Cosmos dispose d'une infrastructure que les blockchains de couche 1 peuvent utiliser pour créer leurs écosystèmes. Actuellement, il existe plus de 260 blockchains dans l'écosystème Cosmos, c'est pourquoi les gens l'appellent "un internet de blockchains".

Source: cosmos.network

Le volume d'actifs numériques transigés sur le protocole Cosmos dépasse maintenant 150 milliards de dollars. Rien de surprenant dans ce développement, étant donné que la blockchain pertinente héberge de nombreuses dApps, jeux, places de marché et projets. Cosmos améliore la finalité des transactions rapide, la scalabilité, la sécurité et l'interopérabilité entre les blockchains.

Blockchain de couche 1 vs Blockchain de couche 2

En plus des blockchains de couche 1 qui servent de fondation à un réseau de cryptomonnaie, il existe également des blockchains de couche 2. Une blockchain de couche 2 est construite sur une blockchain de couche 1. Bien que les blockchains de couche 2 dépendent de la sécurité et de la décentralisation des blockchains de couche 1, elles sont bien plus évolutives que les blockchains de couche 1. Par conséquent, les blockchains de couche 2 ont un débit ou une vitesse de transaction plus élevé(e) que les blockchains de couche 1.

Tout comme les blockchains de couche 1, les blockchains de couche 2 ont leurs propres solutions de mise à l'échelle qui leur permettent de traiter un plus grand volume de transactions sur leur réseau blockchain. Certaines de ces solutions de mise à l'échelle comprennent les rollups, les side chains et les canaux d'état.

Rollups

Le cumul est le processus par lequel différentes transactions sont regroupées en une seule transaction. Au lieu de traiter individuellement les transactions sur le réseau blockchain, un certain nombre de transactions différentes sont retirées de la blockchain et sont traitées comme une seule transaction hors chaîne, après quoi elles sont ramenées et enregistrées sur la blockchain principale. Le cumul est une solution de mise à l’échelle efficace car il augmente le nombre de transactions pouvant être traitées par seconde.

Side Chains

Les sidechains sont des réseaux de blockchain qui traitent des transactions de manière indépendante. Ils ont leur propre mécanisme de consensus et leur propre ensemble de validateurs qui leur permettent de traiter des transactions de manière indépendante de la chaîne principale. Avec les sidechains, les blockchains de couche 2 sont capables de traiter plus de transactions à un moment donné.

Canaux d'État

Les canaux d'état sont très similaires aux sidechains, leurs transactions sont enregistrées hors chaîne. Cependant, ces transactions sont généralement enregistrées en vrac. Lorsque la majorité des transactions sont complètement traitées, cet état "complet" est diffusé sur la chaîne principale, après quoi les transactions en vrac sont enregistrées sur la chaîne principale. De cette manière, les blockchains de couche 2 peuvent traiter plus de transactions sur leur chaîne principale ou leur réseau blockchain.

Récapitulatif des solutions de mise à l’échelle des blockchains de couche 1 et de couche 2

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Conclusion

Nous avons vu que les blockchains de couche 1 sont la base ou le fondement de tous les réseaux de blockchain. Ils définissent les règles qui régissent le fonctionnement d’une blockchain. Bien qu’ils puissent avoir un niveau élevé de sécurité et de décentralisation, l’évolutivité est souvent l’un de leurs plus grands défis.

Cependant, comme la recherche est constamment en cours pour améliorer la scalabilité des blockchains de couche 1, nous pouvons nous attendre à des améliorations remarquables et des blockchains qui seraient capables de traiter des transactions de cryptomonnaie à haut volume.

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