Le concept de blockchain modulaire

Les blockchains modulaires sont des blockchains qui se concentrent sur la gestion de quelques responsabilités et externalisent le reste à une ou plusieurs couches indépendantes. La blockchain modulaire peut être utilisée pour gérer les tâches individuelles suivantes ou une combinaison de tâches :

Exécution: prend en charge l'exécution des transactions et permet le déploiement et l'interaction avec des contrats intelligents.

Disponibilité des données: Assurer la disponibilité des données de transaction.

Consensus: Le contenu et la séquence des transactions approuvées.

Règlement : Utilisé pour finaliser les transactions, résoudre les litiges, vérifier les preuves et relier différentes couches d'exécution.

Les chaînes modulaires effectuent généralement deux fonctions ou plus interdépendantes. Par exemple, la couche de disponibilité des données doit être d'accord sur l'ordre des données, sinon il est impossible de savoir quelles données représentent la version correcte de l'histoire.

Avantages de la conception modulaire de la blockchain

Scalabilité : Utiliser la modularité dans la blockchain peut augmenter l'échelle sans introduire de suppositions de confiance nuisibles.

Facilité de lancement de nouvelles blockchains : En tirant parti d’une conception modulaire, de nouvelles blockchains peuvent être lancées plus rapidement sans avoir à se soucier de la correction de tous les aspects de l’architecture.

Flexibilité : des chaînes modulaires conçues à des fins spécifiques offrent davantage d'options pour les compromis et les mises en œuvre. Par exemple, un système de blockchain modulaire pourrait inclure des chaînes modulaires axées sur la sécurité et la disponibilité des données, tandis que d'autres se concentrent sur l'exécution.

Inconvénients de la conception modulaire de la blockchain

Sécurité : Contrairement aux chaînes monolithiques, les blockchains modulaires ne peuvent pas garantir leur propre qualité de sécurité. Les blockchains modulaires sont exposées au risque d'échec si les couches de sécurité utilisées pour gérer le consensus et la disponibilité des données sont inefficaces.

Complexité : La mise en œuvre d'une conception modulaire de la blockchain introduit de nouvelles complexités. Par exemple, le plan de fragmentation des données d'Ethereum repose sur un échantillonnage de disponibilité des données pour s'assurer que les nœuds sur un certain fragment ne cachent pas de données. De même, la couche d'exécution doit créer certains mécanismes complexes, tels que des preuves de fraude et des preuves de validité, afin que la couche de sécurité puisse garantir la validité des transitions d'état hors chaîne.

Valeur du jeton : En raison d'applications limitées, les jetons natifs de certaines chaînes de blocs modulaires peuvent ne pas être en mesure d'absorber de la valeur. Par exemple, les jetons d'utilité qui se concentrent uniquement sur les couches de consensus et de disponibilité des données ont moins d'utilité que la couche d'exécution, il peut donc également être plus difficile d'attirer des participants à un tel réseau.

Forme modulaire d'Ethereum : sharding et rollup

Comme les blockchains de première génération telles que Bitcoin, Ethereum a été initialement conçu comme une blockchain monolithique. Cependant, afin d'améliorer les performances du réseau, d'améliorer la scalabilité et la durabilité, le réseau Ethereum est actuellement en train de passer à un cadre modulaire.

Le partitionnement est le processus de division d’un système (tel qu’une base de données) en plusieurs parties à exécuter. En répartissant les fonctionnalités sur plusieurs composants, le système peut atteindre un rendement et une efficacité accrus. Dans un réseau blockchain, le sharding divise la blockchain en plusieurs sous-chaînes, et les sous-chaînes gèrent différentes parties des activités du réseau.

Dans la conception du sharding d'Ethereum, 64 chaînes de shard s'exécuteront en parallèle. Le sharding peut traiter les transactions en parallèle (sharding d'exécution) et peut également être utilisé pour stocker différentes parties de données de la blockchain (sharding de données). Avec le sharding de données, les nœuds Ethereum ne stockeront que les données publiées sur leur chaîne de shard, ce qui est en contraste avec la structure actuelle, qui exige que tous les nœuds stockent les mêmes données.

La relation entre la blockchain Ethereum et la chaîne de fragments

Le sharding est une forme de modularité où différents composants (chaînes de shard) gèrent différentes responsabilités. Dans le sharding de données, les chaînes de shard stockent différentes parties des données d'Ethereum, et le sharding d'exécution permet à chaque chaîne de shard de traiter son propre ensemble de transactions, augmentant ainsi le débit des données et réduisant le temps de traitement.

Certains développeurs ont adopté une approche centrée sur le rollup pour mettre à l'échelle Ethereum. Contrairement aux solutions de mise à l'échelle purement hors chaîne (comme les sidechains), le rollup est étroitement intégré à la chaîne principale. La blockchain Ethereum externalise le calcul vers les rollups tout en préservant le règlement, le consensus et la disponibilité des données. Étant donné qu'Ethereum sert de couche de base pour les rollups L2, les rollups peuvent optimiser activement l'exécution grâce à des temps de bloc plus rapides et des blocs plus grands sans compromettre la décentralisation ou la sécurité.

Les fonctions d'Ethereum (couche de base L1) et de rollup (L2) dans l'architecture modulaire de la blockchain

Processus de développement de la pile technologique modulaire d'Ethereum

Le processus de développement de la pile technologique modulaire d'Ethereum est le suivant:

1. Blockchain monolithique : Représente Ethereum L1 ou chaîne principale, qui est elle-même une blockchain monolithique.

2. Rollup : les solutions L2 qui agissent en tant que couche d’exécution, telles qu’Arbitrum et Optimism, déplacent la couche d’exécution hors d’Ethereum L1, publient les racines d’état et les données de cumul et les retransmettent à Ethereum L1.

3. Rollup modulaire : rollup avec une disponibilité des données modulaire.

La pile technologique L2 modulaire d'Ethereum peut offrir une évolutivité tout en conservant des niveaux élevés de sécurité et de décentralisation. Cette combinaison puissante fournit à Ethereum les bases d'un écosystème blockchain plus efficace et durable.

Blockchain monolithique

La blockchain monolithique est la forme originale d’Ethereum et gère tout sans l’utilisation de rollups ou de partitionnement de données. Cette architecture monolithique offre la plus haute sécurité, mais au prix d’un coût élevé et d’une évolutivité limitée. Par conséquent, la vitesse de transaction du réseau principal Ethereum est relativement lente, avec un TPS moyen de seulement 15 à 20. Actuellement, Ethereum se transforme progressivement en une blockchain modulaire, principalement grâce à l’adoption de stratégies de calcul et de partitionnement de données centrées sur le rollup.

Rollup

Rollup est la percée technologique la plus précoce dans les blockchains modulaires, étendant l'architecture monolithique de l'Ethereum en fournissant une couche séparée pour l'exécution. Rollup abstrait de manière sécurisée la couche d'exécution de la blockchain dans un séquenceur, qui utilise des ordinateurs puissants pour empaqueter et exécuter plusieurs transactions avant de transmettre régulièrement des données compressées à l'Ethereum mainnet pour vérification. Rollup peut augmenter le TPS de 20 à 50 fois en déplaçant ce processus de calcul hors de la chaîne Ethereum.

Dans le scénario actuel, le rollup joue le rôle de la couche d'exécution, traitant les transactions tout en externalisant le règlement, le consensus et la disponibilité des données. Par exemple, le rollup optimiste utilise des machines virtuelles optimistes et le rollup zk exécute zk EVM. Ces rollups exécutent des contrats intelligents et traitent des transactions, mais dépendent toujours d'Ethereum pour :

Règlement : Toutes les transactions rollup sont effectuées sur Ethereum. Les utilisateurs de rollup optimistes doivent attendre que la période de contestation soit écoulée, ou que la transaction soit jugée valide après les calculs de prévention de la fraude. Les utilisateurs de rollup zk doivent attendre que la validité de la validation soit prouvée.

Consensus et disponibilité des données : le rollup publie les données de transaction sur le mainnet Ethereum sous forme de CallData, permettant à quiconque d'effectuer des transactions de rollup et de reconstruire leur état si nécessaire. Les rollups optimistes nécessitent une grande quantité d'espace de bloc et une période de défi de 7 à 14 jours avant la finalité. Le zk rollup stocke les données disponibles pour vérification pendant 30 jours, offrant une finalité instantanée mais nécessitant une puissance de traitement significative pour créer la preuve.

Avec Ethereum comme couche de base pour les rollups, les rollups peuvent permettre des temps de bloc plus rapides et des blocs plus grands sans compromettre la décentralisation ou la sécurité. On peut dire que le rollup marque le début d'une nouvelle ère pour Ethereum. Le nombre total de transactions d'Arbitrum et d'Optimism a récemment dépassé le nombre de transactions sur Ethereum, reflétant la tendance modulaire d'Ethereum.

Module de regroupement

Les nouveaux cumuls modulaires déplacent la couche de disponibilité des données hors d’Ethereum. Mantle, par exemple, s’appuie toujours sur Ethereum pour le règlement et le consensus, mais tire parti de Mantle DA comme couche de disponibilité des données. Mantle DA effectue le tri des données et fournit une certification des données sans exécuter de transactions ; l’exécution des transactions est effectivement externalisée vers la couche d’exécution de Mantle.

Auparavant, Ethereum était la seule solution de disponibilité des données pour les rollups, ce qui entraînait des défis de coûts. La disponibilité des données est la plus grande source de coûts pour la plupart des rollups, en particulier le stockage des données de transaction sur Ethereum, qui peut représenter jusqu'à 70% du coût. De plus, ce coût est variable et augmente proportionnellement à l'utilisation, ce qui constitue une barrière significative à mesure que de plus en plus d'utilisateurs rejoignent. Jusqu'à présent, seuls les grands rollups avec des ressources importantes pouvaient accueillir des bases d'utilisateurs plus importantes.

Heureusement, les choses changent sur Ethereum, et de nouvelles solutions modulaires émergent sous la forme de couches de disponibilité des données pour réduire les coûts de soumission des données de transaction. Parmi les principaux exemples de couches de disponibilité des données, citons EigenDA, Celestia et Avail, qui résolvent tous les problèmes de disponibilité des données et fournissent des solutions potentielles aux limitations du cumul.

Un avenir modulaire

Au cours de la dernière décennie, le domaine de la blockchain est souvent tombé dans un piège lorsqu’il s’agissait de faire face à des défis d’évolutivité, créant continuellement de nouvelles blockchains L1 en raison du coût élevé et des limites d’Ethereum. Cependant, les frais élevés d’Ethereum ne sont pas réellement un bug insoluble.

Dans un monde où les solutions de couche 2 deviennent la norme pour l'adoption de masse, la blockchain modulaire révolutionne l'architecture blockchain en divisant les couches d'exécution, de règlement, de consensus et de disponibilité des données. Lorsque les blockchains monolithiques ont du mal à évoluer, le potentiel de l'architecture modulaire sera libéré.

À mesure que la couche de disponibilité des données évolue et entre en concurrence, les barrières à l'entrée et les barrières à l'entrée pour les nouveaux rollups seront considérablement abaissées. Dans un avenir proche, il est probable que les applications sur les piles OP ou ZK connaîtront un essor en raison de la baisse des coûts de disponibilité des données et des améliorations ultérieures de la fonctionnalité modulaire.

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