Le rôle des chaînes de couche 1 dans la blockchain

La technologie blockchain est souvent décrite comme une pile de couches, chacune servant un objectif unique. La Couche 0, généralement appelée la blockchain des blockchains, sert d'infrastructure matérielle de base de la hiérarchie blockchain. Juste au-dessus de la Couche 0 se trouvent les Couches 1, 2 et 3.

Dans ce guide, nous explorerons les fonctionnalités et l'utilité de base des chaînes Layer 1. Commençons.

Qu'est-ce qu'une blockchain de couche 1 ?

La définition de la couche 1

Une chaîne Layer 1 (ou « L1 ») est le réseau fondamental d'un écosystème blockchain qui gère indépendamment l'exécution des transactions, la validation des données et les mécanismes de consensus. Les L1 fonctionnent indépendamment des autres blockchains et contiennent plusieurs composants travaillant ensemble pour fournir décentralisation, sécurité et utilisabilité.

• Nœuds du réseau – Ordinateurs du monde entier qui stockent des copies de la blockchain et communiquent entre eux
• Couche de consensus – Règles régissant la façon dont les nœuds s'accordent sur ce qui est valide (comme le minage Bitcoin ou le staking Ethereum)
• Couche de données – Stocke tout l'historique de la blockchain afin que les transactions passées ne puissent pas être modifiées ou falsifiées.
• Couche de transaction—Cette couche gère les transferts de jetons et les contrats intelligents pour s'assurer qu'ils ne s'exécutent que conformément aux règles du réseau.
• Couche d'application – Cette couche est l'interface pour les applications décentralisées (dApps), les plateformes DeFi et d'autres services blockchain.
• Jetons natifs – Ce sont les devises qui alimentent la blockchain. Les jetons sont utilisés pour payer les frais de transaction, récompenser les validateurs et faciliter la participation à la gouvernance.

Ethereum, Solana et Bitcoin sont des exemples de chaînes de couche 1, toutes dotées de leur architecture de sécurité, de leurs jetons natifs et de leurs mécanismes de consensus.

Comment la couche 1 diffère de la couche 2

Les réseaux de couche 1 forment la fondation, tandis que la couche 2 s'appuie sur cette fondation pour corriger les limitations telles que la vitesse, le coût et l'efficacité. Voici comment les deux se comparent :

Fonctionnalité	Couche 1 (L1)	Couche 2 (L2)
Dépendance	Fonctionne de manière indépendante en tant que blockchain principale	Construit au-dessus d'un réseau de couche 1
Traitement des transactions	Toutes les transactions sont traitées directement sur la blockchain principale	Les transactions sont gérées hors chaîne, puis regroupées* et finalisées sur la L1
Vitesse	Plus lent car tous les nœuds doivent valider chaque transaction	Beaucoup plus rapide avec des exigences de validation réduites
Coût	Frais plus élevés, en particulier lors des pics de demande	Frais plus bas grâce au traitement hors chaîne et au regroupement efficace*
Sécurité	Se sécurise grâce à son propre consensus	Hérite de la sécurité du réseau de couche 1 sous-jacent
Mise à l'échelle	Les modifications de base du protocole, telles qu'une augmentation de la taille des blocs ou un changement de mécanisme de consensus, peuvent améliorer la mise à l'échelle	Impliquent l'utilisation de réseaux ou de services hors chaîne pour améliorer la mise à l'échelle

*Le regroupement (batching) consiste à combiner de nombreuses petites transactions en une seule et à les envoyer à la blockchain principale comme une entrée unique plutôt que de les traiter individuellement.

Pourquoi les couches 1 sont-elles appelées la couche de base

Les chaînes de couche 1 sont appelées « couche de base » car elles servent de couche fondamentale pour l'écosystème blockchain, sur laquelle d'autres couches et applications sont construites. Les chaînes L1 fournissent des services de base tels que la validation des transactions, le consensus et la sécurité, et ne s'appuient généralement pas sur un autre réseau sous-jacent. 

Fonctions principales des chaînes de couche 1

Validation des transactions et sécurité

Les blockchains de couche 1 constituent le mécanisme fondamental pour valider et enregistrer les transactions directement sur la blockchain. Chaque transaction est rigoureusement examinée pour vérifier son authenticité et sa légitimité avant d'être ajoutée de manière permanente au registre distribué. 

Ce processus est essentiel pour prévenir les activités frauduleuses, telles que la double dépense ou la manipulation de l'historique des transactions. Les blockchains de couche 1 établissent ainsi une fondation sécurisée et digne de confiance pour les systèmes décentralisés.

Mécanismes de consensus (PoW vs PoS)

Chaque L1 possède un mécanisme de consensus au cœur de son architecture. Ces mécanismes, tels que la Preuve de Travail (PoW) ou la Preuve d'Enjeu (PoS), définissent comment les transactions sont validées et approuvées. Par exemple, Bitcoin utilise le mécanisme de consensus Preuve de Travail (PoW) ; les mineurs doivent tenter de résoudre un problème cryptographique (énigme mathématique) pour valider une transaction. Ethereum, en revanche, utilise le mécanisme de consensus Preuve d'Enjeu (PoS) ; les validateurs bloquent des jetons pour valider les transactions et sécuriser le réseau.

Économie des jetons natifs (par ex., ETH, BTC, SOL)

Chaque couche 1 possède un jeton natif qui alimente son écosystème. Bitcoin (BTC), Ethereum (ETH) et Solana (SOL) en sont de parfaits exemples. Ces jetons sont utilisés pour payer les frais de transaction, inciter les validateurs ou les mineurs, et maintenir la sécurité du réseau. Ils forment également la fondation économique des applications construites sur la blockchain.

Déploiement de contrats intelligents (Ethereum, Solana, Avalanche)

Les blockchains comme Ethereum, Avalanche et Solana ne sont pas seulement conçues pour gérer les transactions. Elles prennent en charge le déploiement de contrats intelligents, ce qui signifie que les développeurs peuvent lancer des applications décentralisées (dApps), des protocoles DeFi, des projets NFT et d'autres services Web3 directement sur la chaîne. Ces réseaux ont évolué vers des environnements de développement complets plutôt que de simples registres de transactions.

*Un contrat intelligent ? Considérez-le comme un programme automatisé qui exécute des actions spécifiques sur la blockchain lorsque certaines conditions sont remplies.

Exemples de blockchains de couche 1 de premier plan

Bitcoin – La couche 1 originale pour les paiements

Bitcoin, lancé en 2009, est la première blockchain de couche 1 et la plus largement utilisée. Il a été conçu comme une monnaie numérique décentralisée et un système de paiement pair-à-pair sans banques ni intermédiaires. Les transactions sont enregistrées sur un registre public et validées par des mineurs utilisant la Preuve de Travail, où les mineurs rivalisent pour résoudre des énigmes complexes et gagnent des récompenses en Bitcoin pour sécuriser le réseau.

Ethereum – Le pionnier des contrats intelligents

Ethereum a révolutionné la blockchain en introduisant les contrats intelligents, rendant possible la création de dApps sur la chaîne. Lancé en 2015, Ethereum est devenu la fondation pour la DeFi, les NFT, les DAO et les écosystèmes Web3. Ethereum possède également sa propre cryptomonnaie, l'Ether, et est devenu la deuxième plus grande plateforme blockchain au monde par capitalisation boursière.

Solana – L1 haute performance pour la vitesse et les dApps

Solana est conçu pour un débit élevé et des transactions à faible coût, capable de traiter des milliers de transactions par seconde. Il y parvient grâce à un modèle hybride de Preuve d'Enjeu (PoS) et de Preuve d'Histoire (PoH), qui offre un ordonnancement précis de l'ordre temporel des transactions. 

Avalanche – Sous-réseaux et chaînes personnalisées

Grâce à son architecture de sous-réseau, Avalanche fournit un cadre de couche 0, permettant aux développeurs et aux entreprises de lancer des blockchains personnalisées adaptées à des cas d'utilisation spécifiques. Ces sous-réseaux peuvent avoir leurs propres modèles de gouvernance et jetons, rendant Avalanche particulièrement attrayant pour les entreprises ayant besoin de flexibilité. 

Avec sa finalité de transaction rapide (en quelques secondes) et ses frais bas, Avalanche s'est positionnée comme un concurrent d'Ethereum tant pour l'adoption de la DeFi que pour les blockchains d'entreprise.

Polkadot & Cosmos – Couches 1 axées sur l'interopérabilité

Polkadot et Cosmos ont l'interopérabilité comme fonctionnalité principale. Polkadot connecte des blockchains spécialisées, appelées parachains, à sa chaîne de relais principale, leur permettant de partager la sécurité et de communiquer. 

En revanche, Cosmos utilise le protocole de Communication Inter-Blockchain (IBC) pour relier des blockchains indépendantes. Tous deux visent à résoudre le « problème des silos » dans la blockchain en créant un écosystème où plusieurs blockchains peuvent interagir sans couture, échanger des actifs et partager des données.

Les défis des blockchains de couche 1

Limitations de la mise à l'échelle et du débit

Les blockchains de couche 1 ont souvent du mal à traiter un volume élevé de transactions par seconde (TPS). Par exemple, Bitcoin gère environ 7 TPS, et Ethereum gère 15 à 30 TPS sur sa couche de base. Comparez cela aux systèmes de paiement traditionnels comme Visa, qui traite environ 1 700 TPS en opérations normales avec une capacité de pointe de 65 000 TPS, et ces chiffres pour les L1 sont loin de ce qui est nécessaire pour des systèmes de paiement à l'échelle mondiale ou une adoption massive. 

Plusieurs interventions sont apparues pour répondre à ce défi, y compris des solutions on-chain (L1) comme le sharding, les forks durs, et les mises à niveau des mécanismes de consensus (comme le passage d'Ethereum du proof-of-work au proof-of-stake), ainsi que des solutions off-chain (L2) comme les rollups, le regroupement et le Lightning Network.

Frais de gaz élevés et congestion du réseau

Lorsque la demande du réseau augmente, les coûts de transaction peuvent devenir prohibitifs. Les utilisateurs d'Ethereau ont vécu cela de première main pendant l'été DeFi en 2020 et le boom des NFT en 2021, lorsque des actions simples comme échanger des jetons ou acheter un NFT pouvaient coûter 50 à 200 $+ en frais de gaz. Ces coûts élevés ont effectivement exclu les petits utilisateurs et poussé beaucoup à chercher des alternatives comme Binance Smart Chain ou de nouvelles solutions Layer 2 comme Arbitrum et Polygon, qui traitent les transactions moins cher en s'appuyant sur Ethereum.

Compromis entre sécurité et décentralisation

Bitcoin et Ethereum maintiennent la sécurité et la confiance en impliquant des milliers de participants décentralisés dans le consensus, mais cela ralentit les vitesses de transaction. 

En revanche, Binance Smart Chain offre des transactions plus rapides et moins chères mais s'appuie sur un ensemble de validateurs beaucoup plus petit (environ 21), soulevant des questions sur la centralisation et le risque de censure. Ce petit groupe de validateurs pourrait colluder ou être pressé de bloquer des transactions spécifiques, rendant le réseau vulnérable à un contrôle centralisé.

Préoccupations liées à l'efficacité énergétique et à la durabilité

Le minage Proof-of-Work de Bitcoin consomme maintenant environ 187 TWh d'électricité par an, équivalent à peu près à la consommation annuelle d'électricité de la Thaïlande et environ 0,6 % de la consommation mondiale d'électricité. Cela a attiré des critiques croissantes de la part des groupes environnementaux et des régulateurs.

En réponse à ces préoccupations, Ethereum a achevé « The Merge » en 2022, passant de la Preuve de Travail à la Preuve d'Enjeu et réduisant sa consommation d'énergie de plus de 99 %. Cependant, ce changement a suscité de nouveaux débats sur la question de savoir si le réseau est prédisposé à une centralisation accrue en tant que compromis pour la durabilité. Avec un mécanisme de consensus Preuve d'Enjeu, de grands pools de mise pourraient potentiellement concentrer le contrôle du réseau.

Couche 1 vs couche 2 : Différences clés

Règlement, sécurité et finalité

• Couche 1 : La blockchain de base (par exemple, Bitcoin, Ethereum) est responsable de la validation des transactions, du maintien du registre et de l'assurance du consensus. Le règlement et la finalité se produisent directement on-chain, ce qui signifie que les transactions enregistrées ici sont considérées comme la « source de vérité » ultime.
• Couche 2 : Construite au-dessus de la Couche 1, la Couche 2 hérite des garanties de sécurité et de règlement de la couche de base mais traite les transactions off-chain en petits lots. Les résultats sont ensuite regroupés et renvoyés à la Couche 1 pour le règlement final.

Arbitrum et Optimism exécutent des milliers de transactions hors chaîne, mais les résultats sont périodiquement réglés sur le réseau principal Ethereum.

Coût et vitesse des transactions

• Couche 1 : Un espace de bloc limité signifie qu'une forte demande entraîne des frais plus élevés et des confirmations plus lentes. Par exemple, les frais de gaz explosent lors des pics d'activité NFT ou DeFi sur Ethereum, rendant les petites transactions impraticables.
• Couche 2 : En traitant les transactions off-chain ou en les regroupant, les L2 réduisent considérablement les coûts et accélèrent le traitement. Au lieu de concurrencer directement l'espace de bloc L1, les utilisateurs bénéficient de règlements agrégés.

Un échange qui pourrait coûter plus de 30 $ de frais de gaz sur Ethereum Layer 1 peut coûter moins de 1 $ sur Arbitrum. De même, le réseau Lightning de Bitcoin permet des paiements instantanés et quasi gratuits par rapport à la chaîne Bitcoin de base, plus lente et plus coûteuse.

Exemples de paires L1/L2 (Ethereum + Arbitrum/Optimism, Bitcoin + réseau Lightning)

• Ethereum + Arbitrum/Optimism : Ethereum fournit la sécurité et le règlement. Arbitrum et Optimism (rollups) fournissent la scalabilité en exécutant les transactions hors chaîne puis en réglant le tout sur Ethereum.
• Bitcoin + Lightning Network : Bitcoin offre un règlement sécurisé et immuable, et le Lightning Network permet des micropaiements rapides hors chaîne, qui peuvent être utilisés pour des choses quotidiennes comme les pourboires ou les paiements de détail.
• Polygon (Chaîne PoS) + Ethereum : Polygon offre des transactions plus rapides et moins chères avec des ponts vers Ethereum, ce qui en fait une solution de scalabilité hybride Layer 2/sidechain.

L'avenir des chaînes de couche 1

Feuille de route d'Ethereum et sharding

Ethereum avait initialement prévu d'utiliser le sharding, divisant la blockchain en petites chaînes parallèles pour augmenter la vitesse des transactions. Cependant, cette approche a été abandonnée lorsque les rollups de couche 2 (solutions traitant les transactions hors chaîne) se sont révélés plus efficaces pour la mise à l'échelle.

Au lieu de cela, Ethereum a adopté une stratégie centrée sur les rollups. L'objectif est de faire d'Ethereum la couche de base la plus sécurisée tout en fournissant un stockage de données bon marché pour les rollups. Cette nouvelle approche s'appelle danksharding – elle ne divise pas Ethereum en shards de traitement de transactions, mais augmente la quantité de données de rollup que le réseau peut gérer efficacement.

La première étape, proto-danksharding (EIP-4844), a été lancée le 13 mars 2024 avec la mise à jour Dencun. Elle a introduit les « blobs » – un moyen moins cher de stocker les données de rollup, ce qui a déjà réduit les frais Layer 2 de 10 à 100 fois.

Avec le temps, Ethereum étendra la capacité des blobs et mettra pleinement en œuvre le danksharding, visant plus de 100 000 transactions par seconde via les rollups tout en maintenant la décentralisation et la sécurité.

Croissance des écosystèmes multi-chaînes

L'espace blockchain évolue vers des réseaux spécialisés au lieu de s'appuyer sur une seule chaîne pour tout faire. Bitcoin agit comme une or numérique pour les institutions. Ethereum mène la DeFi avec plus de 90 milliards de dollars de valeur totale bloquée (TVL), Solana alimente les jeux rapides et les NFT, et Avalanche attire les entreprises avec des sous-réseaux personnalisables.

Les principaux protocoles tels que Aave et Uniswap ne sont plus limités à une seule blockchain. Au lieu de cela, ils fonctionnent sur plusieurs réseaux simultanément, permettant aux utilisateurs de choisir où interagir. Sur Polygon, ils bénéficient de frais bas ; sur Solana, ils obtiennent une exécution plus rapide ; et sur Ethereum, ils gagnent une sécurité et une décentralisation maximales. En pratique, un utilisateur pourrait stocker sa richesse sur Bitcoin, gagner des rendements sur Ethereum et jouer à des jeux sur Solana, le tout au sein du même écosystème.

Cela crée une économie blockchain plus forte et plus efficace plutôt que de forcer un réseau à gérer simultanément la sécurité, la mise à l'échelle et les faibles coûts.

Rôle de l'interopérabilité (Ponts inter-chaînes, IBC)

À mesure que diverses blockchains se spécialisent dans différentes fonctions, les utilisateurs ont besoin de méthodes pour déplacer leurs actifs et données entre les blockchains. Les ponts inter-chaînes servent d'autoroutes numériques connectant plusieurs réseaux blockchain. Avec un pont inter-chaînes, les utilisateurs peuvent transférer des jetons d'une blockchain plus coûteuse comme Ethereum vers des blockchains moins chères comme Polygon ou des blockchains plus rapides comme Solana, et revenir en arrière lorsque souhaité. 

Certains des ponts populaires sont le pont PoS de Polygon qui fournit des transferts Ethereum vers Polygon, tandis que des protocoles comme la Communication Inter-Blockchain (IBC) de Cosmos connectent des dizaines de blockchains et créent un écosystème avec une orientation principale. Il existe également des services comme LayerZero et Wormhole qui fournissent des services de pont inter-chaînes sur une variété de réseaux.

Cependant, ces ponts ont un problème majeur : ils sont des cibles privilégiées pour les pirates car ils détiennent de grandes quantités de cryptomonnaie. Des attaques majeures comme le pont Ronin (625 M$ volés) et Wormhole (320 M$ volés) montrent que la sécurité des ponts est encore en développement. Malgré ces risques, les ponts restent essentiels pour les utilisateurs qui souhaitent utiliser les différentes forces des blockchains.

Adoption institutionnelle des réseaux de couche 1

Bitcoin reste la couche 1 la plus profondément adoptée par les institutions. Des entreprises comme Strategy (anciennement MicroStrategy), Metaplanet et MARA Holdings détiennent des quantités importantes de Bitcoin dans leurs trésoreries, le traitant comme de l'« or numérique » et une couverture contre l'inflation.

Ethereum a également montré une forte dynamique institutionnelle. Les entreprises publiques détiennent près de 966 000 ETH, évalués à environ 3,5 milliards de dollars. Ether Machine, Bitmine Immersion Technologies et d'autres ont pris des positions fortes dans Ethereum en tant que réserve de valeur alternative et plateforme de finance décentralisée.

Une utilisation institutionnelle significative pourrait permettre continuellement aux couches 1 de se développer en une infrastructure plus forte, plus sécurisée et globalement intégrée pour la finance numérique, les couches 2 et les protocoles d'interopérabilité élargissant leurs capacités.