« Le trilemme de la blockchain » est une théorie avancée par Vitalik Buterin, l'un des cofondateurs d'Ethereum, en 2017. Il met en lumière le défi d'équilibrer la décentralisation, la sécurité et la scalabilité au sein de la technologie blockchain. Ces trois caractéristiques sont imbriquées dans les systèmes blockchain, où renforcer l'une entraîne souvent un compromis avec les autres, formant ce que l'on appelle le trilemme.

Le Trilemme de la Blockchain

Décentralisation

La décentralisation est une caractéristique fondamentale de la technologie de la blockchain. En utilisant le stockage distribué et la puissance de calcul, les réseaux de blockchain garantissent que tous les nœuds du réseau ont des droits et des responsabilités égaux. Cette configuration permet la transparence, où les données et les transactions sont ouvertement visibles par tous les participants. De plus, la nature distribuée de la blockchain garantit que les copies des données sont réparties sur plusieurs nœuds, ce qui renforce la sécurité et la stabilité.
Comme la blockchain fonctionne sur la base d'algorithmes cryptographiques plutôt que de certificats de confiance, elle élimine le besoin d'intermédiaires et d'institutions de confiance, simplifiant ainsi les mécanismes de confiance traditionnels. Grâce aux fonctionnalités de la blockchain, les parties peuvent établir la confiance et collaborer sans l'intervention de tiers.
Cependant, la nature décentralisée des réseaux de blockchain nécessite un consensus entre tous les nœuds, ce qui peut entraîner des vitesses de traitement plus lentes et des temps de confirmation de transaction plus longs, limitant considérablement les performances et la scalabilité du système.

Sécurité

La sécurité est un pilier fondamental des réseaux blockchain, essentielle pour résister aux attaques malveillantes. Un réseau blockchain robuste doit avoir la capacité de résister à de telles attaques, car le manque de sécurité peut compromettre la vraie valeur d'un système blockchain.
En prenant la sécurité du bloc Bitcoin comme exemple, elle combine des techniques cryptographiques avec le mécanisme de consensus Proof of Work (PoW). D'un point de vue cryptographique, chaque bloc a une signature numérique unique, appelée "valeur de hachage". Toute altération des données entraîne un changement de la valeur de hachage, garantissant que les données sont liées de manière sécurisée de manière inviolable. Le mécanisme PoW nécessite que les nœuds résolvent des problèmes mathématiques complexes pour valider les transactions et créer de nouveaux blocs. Un attaquant aurait besoin de contrôler plus de la moitié de la puissance de calcul pour lancer une attaque réussie, garantissant l'intégrité des données et la stabilité du réseau. De plus, une augmentation des participants au réseau contribue à renforcer la sécurité, rendant plus difficile pour les acteurs malveillants de contrôler l'ensemble du système et atténuant le risque d'une "attaque des 51%."
Tout en garantissant la sécurité est primordiale, des technologies telles que PoW et la cryptographie peuvent avoir un impact sur la scalabilité de la blockchain en raison de complexités computationnelles, ce qui affecte l'efficacité.

Scalabilité

La scalabilité fait référence à la capacité d'un système blockchain à traiter les informations de transaction. La scalabilité d'un système blockchain dépend fortement des performances de traitement des transactions, souvent mesurées en TPS (transactions par seconde). Les systèmes blockchain existants rencontrent des problèmes de performances significatifs lors du traitement de transactions à grande échelle, ce qui fait de la scalabilité un goulot d'étranglement critique dans le développement actuel de la blockchain.
Dans les systèmes blockchain décentralisés, chaque transaction nécessite un consensus entre tous les nœuds, garantissant la sécurité et la décentralisation du système, mais limitant la scalabilité. Avec l'augmentation du nombre de nœuds, les coûts en temps et en bande passante pour la vérification des transactions augmentent également, ce qui entraîne une diminution des performances du système. Actuellement, le TPS du réseau Bitcoin est d'environ 7, celui du réseau Ethereum est d'environ 14, ce qui contraste fortement avec la moyenne de 63 000 TPS traités par la plateforme de paiement mondiale Visa. Le faible TPS des systèmes blockchain grand public constitue un obstacle majeur dans les applications pratiques.
Bien qu'il soit possible d'améliorer l'efficacité des transactions grâce à divers mécanismes techniques, comme Solana atteignant une TPS moyenne de 2000 ou ICP atteignant une TPS moyenne de 3000, ces avancées impactent inévitablement la décentralisation de la blockchain dans une certaine mesure.

L'état actuel du triangle impossible de la blockchain

Selon un rapport de 2022 de Bloomberg, en septembre, Bitcoin peine à traiter plus de 7 transactions par seconde, alors que le deuxième réseau Ethereum le plus populaire gère environ 15 transactions par seconde. Comparé aux plateformes de trading traditionnelles, c'est tellement lent que cela remet en question toute son existence.
Si la technologie blockchain doit servir une société plus large à l'avenir, en faisant face au même nombre d'utilisateurs que les plateformes traditionnelles, la scalabilité est le chemin inévitable pour les mises à niveau de la blockchain. Cependant, l'expansion du réseau nécessiterait de réduire le nombre de participants, ce qui affecterait à son tour la décentralisation fondamentale de la blockchain. De plus, une diminution des participants augmente la probabilité d'attaques, compromettant ainsi la sécurité.
Dans les situations où ces trois aspects ne peuvent pas être conciliés, les gens choisissent toujours la décentralisation, l'objectif principal de la blockchain et la sécurité en tant que pierre angulaire du réseau au sein de ce "triangle impossible". Dans un tel scénario, le traitement des numéros de transaction sur une seule chaîne est fortement limité, ce qui rend la scalabilité un obstacle au développement de la blockchain.
En conclusion, dans le paysage actuel de la blockchain, lorsque la décentralisation et la sécurité sont étroitement liées, la scalabilité devient souvent difficile à atteindre. Les compromis entre ces trois éléments conduisent à la formation du triangle impossible.

Solutions Au Trilemme De La Blockchain

Dans les applications pratiques, bien qu'une solution parfaite qui équilibre les trois aspects n'ait pas encore émergé, des efforts continus et des expérimentations ont donné lieu à certaines solutions largement adoptées.

Solutions de couche 1

Les solutions de couche 1 font référence aux améliorations et optimisations apportées aux protocoles sous-jacents de la technologie blockchain pour améliorer les performances, la sécurité et la scalabilité globales du réseau. En ajustant et en mettant à niveau les protocoles fondamentaux de la blockchain, il est possible d'atteindre un débit transactionnel plus élevé, des coûts de transaction plus bas et une décentralisation améliorée.
Un exemple parfait d'une solution de couche 1 est Ethereum 2.0, qui est passé du mécanisme de consensus Proof of Work (PoW) au Proof of Stake (PoS), améliorant les vitesses de confirmation des transactions et la scalabilité du réseau tout en réduisant la consommation d'énergie. Un autre exemple notable est la blockchain Solana, qui utilise un nouvel algorithme de consensus appelé Proof of History pour atteindre des capacités de traitement des transactions de milliers par seconde tout en maintenant des frais de transaction bas.

Solutions de couche 2

Les solutions de couche 2 sont des solutions de mise à l'échelle construites sur les protocoles sous-jacents de la blockchain, visant à augmenter la vitesse de traitement des transactions, réduire les coûts, améliorer l'expérience utilisateur et alléger la charge sur le réseau de la blockchain sous-jacente. Ces solutions règlent les transactions et traitent les données hors chaîne pour obtenir une mise à l'échelle efficace sans impacter directement la chaîne principale, préservant ainsi les caractéristiques de sécurité et de décentralisation de la blockchain sous-jacente.
Une solution typique de couche 2 est le réseau Lightning pour le réseau Bitcoin, permettant des microtransactions rapides et à faible coût, allégeant la charge des transactions sur la chaîne principale de Bitcoin. Un autre exemple est Rollups, une solution de couche 2 pour Ethereum, qui compresse un grand volume de données de transaction dans un seul bloc, améliorant considérablement la scalabilité et le débit d'Ethereum tout en maintenant la sécurité et la décentralisation. Ces solutions de couche 2 apportent une efficacité et une scalabilité accrues aux réseaux blockchain, offrant aux utilisateurs une meilleure expérience de trading.