Comprendre facilement les layer 2

Layer 2 c'est quoi

Vous êtes déjà tombé sur ce terme de “layer 2” (couche 2 en français même si on utilise généralement le terme en anglais) si vous intéressez à la DeFi. Si vous connaissez Loopring, OMG ou xDai, il est possible que vous en ayez même utilisé.  On en parle même de plus en plus car cela marque un véritable tournant dans la conception de la blockchain.

La première fois qu’on a vraiment et très sérieusement commencer à parler des layer 2, c’était après la très grosse congestion d’ethereum en 2017. C’est en effet à ce moment là que la question de la scalabilité d’Ethereum à fait défaut et que le challenge s’est imposé alors.

Les layer 2 ont été alors été pensé pour améliorer et permettre la scalabilité de la blockchain. En gros, le fait de les rendre efficace dans une utilisation plus large et plus dense. Ce qu’il faut savoir, c’est que précisément, la scalabilité, c’est le problème fondamentale de la blockchain.

En fait, pour améliorer la scalabilité d’Ethereum ou de toutes les blokchain en général, il n’y a en fait que deux possibilités. Soit on cherche à améliorer la blokchain elle-même ( Ethereum le tente avec sa version 2) ou soit en créant une autre couche pour désengorger la première couche.

Pour vous donner une petite idée, sachez que les blockchain les plus connues à savoir Bitcoin et Ethereum, ce sont des chaines dites de “layer 1”, des layer originaux. Cela veut dire que toutes les transactions se font donc sur leur réseau directement. Et, comme le nom l’indique avec “layer”, cela signifie qu’on ajoute une couche supplémentaire tout simplement.

On va donc voir ici ce que cela signifie et pourquoi c’est essentiel en fait si on veut bien comprendre ce qu’il se passe en détail dans la blockchain.

Voyons donc maintenant ce dont il s’agit en détail.

Contexte de la création du Layer 2

Comme vous le savez déjà peut-être, Ethereum peut traiter jusqu’à 15 transactions par seconde. Ce qui est “faible” d’autant plus que de plus en plus de personnes entrent chaque jour dans la DeFi et veulent réaliser des transactions. Sans surprise donc, on constate qu’Ethereum est lent, devient vite congestionné et les frais qui vont avec explosent littéralement. On a tous rencontré ce problème ultime de devoir payer des frais plus important que la transaction elle-même. C’est clairement un obstacle de taille et c’est tout le challenge d’Ethereum que d’améliorer son système interne et sa scalabilité justement.

Ainsi, pour vous montrer un peu l’impact de la chose, prenons le cas des 15 transactions par seconde que peut actuellement traiter Ethereum. Avec un layer 2, on pourrait -selon la solution choisie- passer à 4000 tx/sec. Ce qui est un bond énorme, n’est-ce pas?

Et, si vous vous demander à quoi ça sert puisque Ethereum va passer à sa deuxième version, dites-vous simplement que la scalabilité à très grande échelle ( comme c’est l’objectif) devra nécessairement passer par l’utilisation des Layers 2 malgré tout. Eh oui, le Proof of Stake et le sharding d’Ethereum sont certes de grand progrès mais pas suffisant vu la scalabilité demandée et la taille d’un marché qui grossit toujours plus ( On aurait certainement besoin de milliers voir de millions de transactions à la minute, qu’on se le dise).

D’ailleurs, les solutions de layer 2 s’attaque en fait à plusieurs types de solutions. Certains layer 2 vont améliorer la scalabilité des paiements tandis que d’autres vont se concentrer sur les contrats intelligents et d’autres enfin, vont se concentrer sur les calculs effectués hors chaines.

Le point commun néanmoins des loyers 2 est de déplacer l’essentiel des opérations hors de la chaine et d’utiliser la blockchain principale comme ancre pour assurer la sécurité du réseau.

La scalabilité et l’évolutivité tout garantissant la sécurité des opérations est en effet, de manière générale, tout le défi que se pose la blockchain et que cherche à résoudre les développeurs.

Comprendre le “trilemme de la blockchain”

Vitalik Buterin a formalisé ce trilemme en parlant du fait qu’un système de blockchain ne peut pas posséder que 2 sur 3 des propriétés suivantes:

Par exemple, on peut penser naïvement qu’on a pas besoin de couche et qu’il faudrait simplement utiliser des noeuds plus puissants pour améliorer les vitesses de transactions. Oui, mais en faisant cela, on compromet quelque peu la décentralisation, entres autres car il faudra des noeuds très spécialisés (qui seraient alors nécessairement centralisés) .

C’est un savant équilibre qu’il faut trouver donc pour améliorer la puissance des blockchains.

Et dans ce contexte, l’une des solutions la plus idéale ( ou la moins pire)qui a été mise en place est le layer 2.

Voyons voir maintenant à quoi ça sert concrètement.

Utilisation du Layer 2

Comme on l’a vu plus haut, le layer 2 va être une couche supplémentaire construite et apposée au dessus de la blockchain afin d’améliorer son évolutivité, donc.

Il faut savoir aussi que la couche 2 est une couche construite qui va s’apposer au-dessus de la première couche. Elle ne nécessite aucun changement sur la première couche. Elle peut être construite en reprenant ses éléments, cela dit, comme les smart contract par exemple. Aussi, et cela est généralisé dans les Layers 2, elles vont s’ancrer sur la sécurité garantie par la couche 1.

La couche 2 est une autre couche construite au-dessus de la couche 1. Il y a quelques points importants ici. La couche 2 ne nécessite aucune modification dans la couche 1, elle peut simplement être construite au-dessus de la couche 1 en utilisant ses éléments existants tels que les contrats intelligents. La couche 2 exploite également la sécurité de la couche 1.

En gros, le layer 2 va va augmenter la vitesse et la scalabilité tout en profitant de la sécurité forte de la chaine principale. Grâce au layer 2, on va pouvoir traiter des milliers de transactions par seconde sans que cela n’affecte le fonctionnement de la blockchain.

Il faut savoir, par ailleurs, qu’il y a plusieurs types de layer 2, chacune à une approche différente pour améliorer le réseau.

Les différents types de layer 2 existants aujourd’hui

Voici ici un petit échantillon visuel de toutes les solutions mises en place:

Voyons voir maintenant les catégories de layer 2 les plus connues et les plus utilisées. Certaines des solutions layer 2 améliorent les applications crées, d’autres les canaux de paiement, etc.

Pour que ce soit plus clair visuellement, rien de mieux que quelques exemples.

Channels (Les canaux).

Avec les layer 2 de type Channels, on peut effectuer plusieurs transactions hors chaine, tout en n’envoyant que deux transactions à la couche principale d’Ethereum par exemple. Les résultats sont les faibles coûts pour un débit plus important. Seulement, pour mettre en place ce layer 2? il faut que les participants déposent des fonds dans un multisig contrat. Il faut aussi donc surveiller en permanence le réseau pour garantir la sécurité des fonds. Les deux formes de channels sont les ” state channels” and “payment channels”. Pour les payment Channel, on peut mentionner le Lightning Network de Bitcoin qui l’utilise considérablement.

Raiden est un bel exemple d’une solution de layer 2 pour rendre Ethereum moins cher, plus scalable et plus rapide par exemple.

On peut citer Connext dans ce sens qui constitue un réseau de liquidité crosschain qui permet des transferts rapides et entièrement non custodial entre les chaînes compatibles EVM et les systèmes L2.

Layer 2 de type Plasma

Vous en avez certainement entendu parler. En fait, plasma est une solution qui a été pensé par Joseph Poon et Vitalik Buterin. Il s’agit d’un framework qui permet de créer des applications évolutives sur Ethereum.

Ce sont des solutions qui vont utiliser les arbres de Merkle notamment pour créer une chaine supplémentaire ( Childchain) à la blockchain principale. Les childchains sont des copies de la chaine parent. C’est comme cela, que les transactions sont plus rapides et moins chères car on va décharger les opérations de la chaine principale.

Cela a été une vraie bénédiction que l’invention de ce type de layer 2 même s’il y a des limites bien entendu avec le plasma ( comme avec toutes les solutions, si on regarde dans les détails). Le framework de Plasma ne peut pas prendre en charge tous les types de transactions. Et, si ces dernières sont trop complexes, ce n’est pas (encore?) possible. Les temps de délai peuvent être long et il faut aussi des participants supplémentaires pour surveiller le réseau et la sécurité des fonds.

Ce type de solution a été développé par OMG par exemple qui a implémenté le MoreViable Plasma. Cependant, le plus emblématique de tous reste Polygon (ex Matic Nerwork).

Si d’ailleurs, on parle beaucoup de Polygon, comme étant l’une des rares crypto à avoir survécu et même a gagné de la valeur pendant la chute terrible de fin mai 2021 ( annonce Musk + Énième annonce chinois d’interdire les cryptos). Cette nouvelle lumière sur Polygon s’explique en partie par le fait qu’il est configuré pour prendre en charge différents types de layer 2 comme les rollups ZK, les layer 2 optimist entres autres. Un monstre? Cela se pourrait bien, en effet.


Les layers 2 de type Sidechains

C’est peut-être la forme la plus connue des layer 2. Là, les side chains fonctionnent séparément ( side: à côté) et indépendant de la blockchain principale. En fait, ils ont même leur propre algorithme de consensus. Et pour se connecter à la blokchain Ethereum par exemple, ils vont utiliser ce qu’on appelle un bridge biridirectionnel ( lire l’article sur les brigdes/ pont sur la blockchain).

Inter-opérable, les sidechains sont compatibles avec la Machine Virtuelle Ethereum mais il n’empêche que les sidechains restent limités. En fait, ces derniers sont moins décentralisés que le réseau principale. Et le problème principale tient au fait que l’algorithme de consensus n’est pas opéré sur la couche 1; On peut alors imaginer des validateurs peu scrupuleux qui feraient des actions malveillantes.

Typiquement dans les sidechains, on peut citer xDai. La chaîne xDai est en effet une blockchain de paiement stable conçue pour des transactions rapides et moins coûteuses. La chaîne utilise un modèle unique à double jeton; xDai est un jeton stable utilisé pour les transactions, les paiements et pour payer les frais, et STAKE est un jeton de gouvernance utilisé pour prendre en charge le consensus POSDAO Proof-of-Stake qui est sous-jacent. De même, le xDai Bridge qui permet d’envoyer xDai vers Dai sur Ethereum facilement. Le projet d’immobilier tokénisé RealT.co utilise xDai pour permettre des transactions peu couteuses.

On peut aussi citer Skale ( token SKL) également qui s’avère extrêmement puissant et permet de créer des dAPPs de façon simple.

Les layers 2 de type Rollups

Là encore, ce type de Layer 2 est extrêmement intéressant. L’idée du rollup, c’est l’idée de faire un cumul, un aggregat de transaction, le fait d’enrouler plusieurs transactions en une seule. Les rollups permettent la scalabilité en regroupant des transactions de sidechain en une seule transaction et en générant une preuve cryptographique.

Là, les rollups fonctionnent en traitant des transactions directement sur la couche 2 tout en envoyant des données la première couche. Avec les rollups, toutes les transactions sont gérés dans les sidechains. La chaîne Ethereum principale ne va stocker que les données de transaction.On comprend donc qu’on bénéficie de la sécurité d’Ethereum tout en effectuant des transactions hors de la première couche.

Plus encore, il existe deux types de Rollups:

Les rollups ZK ( Zero Knowledge) : Là, on va regrouper différents transferts en une seule et même transactions. Les groupes de transactions ZK s’appellent des SNARK. C’est une seule transaction qui est alors envoyé à Ethereum. Cela permet des transactions rapides car elles sont condensés, peut-on dire. Pour vous donner un exemple de solution rollup ZK, on peut citer StarkWare par exemple. Les rollups Zk, même s’ils sont plus rapides et plus efficaces que les rollups optimist, ils ne permettent pas aux smart contracts existants de migrer facilement vers la couche 2….Cest pour l’instant, le petit obstacle des rollups. Peut-être l’un des plus connus est Loopring avec son exchange qui fonctionne sur ce système.

Les rollups Optimist : Là, ils vont fonctionner sur une sidechain fonctionnant en parallèle à Ethereum. Les transactions sont envoyés comme des données d’appels. Seulement, ils peuvent être sujet à des attaques possibles…Pour les rollups Optimist, le nom vient, au-delà de l’optimisme de ce système, de la société et du projet qui porte le même nom : Optimism.

Les rollups optimistes vont exécuter une machine virtuelle compatible EVM qui s’appelle OVM (Optimistic Virtual Machine) à travers laquelle on peut exécuter les mêmes contrats intelligents que ceux qui peuvent être exécutés sur le réseau Ethereum. C’est un facteur fondamental et vraiment essentiel à comprendre car c’est ce qui permet de conserver leur “composabilité”. C’est essentiel car les smart contracts maintiennent donc leurs forces.

Layer 2 de type Validium

Enfin, on peut finir avec les Validium qui est relativement proche des rollups ZK sauf que là, les donnés sont stockés hors chaines. On peut réaliser plus de 10,000 transactions par seconde, sans connaitre des délais de retraits. Les Validium sont réputés avoir moins de risques d’attaques mais on ne peut pas exécuter tous les types de smart contrats. De même, et c’est là encore un petit problème pour ce type de layer 2, ce système demande une puissance de calcul très élevés.

On peut citer la plateforme d’échange DeversiFi que nous apprécions tout particulièrement sur Zonebitcoin. Vous ne payer aucun frais de gaz pour trader, échanger, swaper vos tokens grâce au Validium layer 2. Malgré tout, et c’est justifié, il faudra payer la première transaction (auw alentour de 20$ et compter également le même frais pour les retraits). Cela dit, cela reste donc une option en or pour ceux qui veulent swaper des tokens sans payer de frais de gaz, monumentale.

Conclusion sur les Layer 2


Voilà donc l’essentiel à savoir des layer 2, il y a comme vous avez pu le voir de plus en plus de solutions pour améliorer la scalabilité d’Ethereum. On peut dire cependant que la grande tendance reste sur les rollups, pour le moment en tout cas. De plus, les Rollups pourront être nettement améliorés avec Ethereum 2.0 justement. Il faut savoir aussi, qu’il existe de plus en plus de solutions hybrides entre ces différentes types de layer. Nous avons mentionné ici, pour que l’article, reste digeste, les types les plus utilisées de Layer 2.

D’ailleurs, avec la mise en place d’Ethereum 2.0, combiné à ces layer2, on peut considérer qu’enfin, Ethereum atteigne son potentiel tant attendu.

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