Le rôle des chaînes de couche 1 dans la blockchain

La technologie blockchain est souvent décrite comme une superposition de couches, chacune ayant une fonction spécifique. La couche 0, généralement appelée la blockchain des blockchains, constitue l'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 principales et l'utilité des chaînes de couche 1. Commençons.

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

defide la couche 1

Une chaîne de couche 1 (ou « L1 ») est le réseau fondamental d'un écosystème blockchain qui gère de manièredentl'exécution des transactions, la validation des données et les mécanismes de consensus. Les chaînes L1 fonctionnentdentdes autres blockchains et comprennent plusieurs composants qui interagissent pour assurer la décentralisation, la sécurité et la facilité d'utilisation.

• Nœuds du réseau – Ordinateurs répartis dans le monde entier qui stockent des copies de la blockchain et communiquent entre eux.
• Couche de consensus – Règles définissant comment les nœuds s'accordent sur ce qui est valide (comme Bitcoin ou Ethereum ).
• Couche de données – Stocke l'intégralité de l'historique de la blockchain afin que les transactions passées ne puissent être modifiées ou falsifiées.
• Couche transactionnelle —Cette couche gère les transferts de jetons et les contrats intelligentstracde garantir qu'ils ne puissent s'exécuter que conformément aux règles du réseau. 
• Couche application – Cette couche constitue l'interface pour les applications décentralisées (dApps), DeFi et autres services blockchain. 
• Jetons natifs – Ce sont les cryptomonnaies qui alimentent la blockchain. Les jetons servent à payer les frais de transaction, à récompenser les validateurs et à faciliter la participation à la gouvernance. 

Ethereum, Solanaet Bitcoin sont des exemples de chaînes de couche 1, chacune avec son architecture de sécurité, ses jetons natifs et ses mécanismes de consensus.

En quoi la couche 1 diffère-t-elle de la couche 2 ?

Les réseaux de couche 1 constituent la base, tandis que la couche 2 s'appuie sur cette base pour corriger les limitations telles que la vitesse, le coût et l'efficacité. Voici une comparaison entre les deux :

Fonctionnalité	Couche 1 (L1)	Couche 2 (L2)
Dépendance	Fonctionnedenten tant que blockchain principale	Construit sur un réseau de couche 1
Traitement des transactions	Toutes les transactions sont traitées directement sur la blockchain principale	Les transactions sont traitées hors chaîne, puis regroupées par lots* et finalisées sur la couche 1
Vitesse	Plus lent car tous les nœuds doivent valider chaque transaction	Beaucoup plus rapide avec des exigences de validation réduites
Coût	Des frais plus élevés, surtout en période de forte demande	Frais réduits grâce au traitement hors chaîne et au regroupement efficace*
Sécurité	Elle se protège par son propre consensus	Hérit de la sécurité du réseau de couche 1 sous-jacent
Mise à l'échelle	Des modifications du protocole de base, telles qu'une augmentation de la taille des blocs ou un changement du mécanisme de consensus, peuvent améliorer l'évolutivité	Impliquer l'utilisation de réseaux ou de services hors chaîne pour améliorer l'évolutivité

*Le traitement par lots consiste à combiner de nombreuses petites transactions en une seule et à les envoyer à la blockchain principale comme une seule entrée plutôt que de les traiter individuellement.

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

Les chaînes de couche 1 sont appelées « couche de base » car elles constituent le fondement de l’écosystème blockchain, sur lequel reposent les autres couches et applications. Les chaînes L1 fournissent des services essentiels tels que la validation des transactions, le consensus et la sécurité, et ne dépendent généralement pas d’un autre réseau sous-jacent. 

Fonctions principales des chaînes de couche 1

Validation et sécurité des transactions

Les blockchains de couche 1 constituent le mécanisme fondamental de validation et d'enregistrement des transactions directement sur la blockchain. Chaque transaction est rigoureusement examinée afin de vérifier son authenticité et sa légitimité avant d'être ajoutée définitivement 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 base sécurisée et fiable pour les systèmes décentralisés.

Mécanismes de consensus (PoW vs PoS)

Chaque infrastructure de couche 1 (L1) repose sur un mécanisme de consensus. Ces mécanismes, tels que la preuve de travail (PoW) ou la preuve d'enjeu (PoS), defila manière dont les transactions sont validées et approuvées. Par exemple, Bitcoin utilise le mécanisme de consensus de preuve de travail (PoW) : les mineurs doivent résoudre un problème cryptographique (un casse-têtematic) pour valider une transaction. Ethereum, quant à lui, utilise le mécanisme de consensus de preuve d'enjeu (PoS) : les validateurs immobilisent des jetons pour valider les transactions et sécuriser le réseau.

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

Chaque technologie de couche 1 possède un jeton natif qui alimente son écosystème. Bitcoin (BTC), Ethereum (ETH) et Solana (SOL) en sont de parfaits exemples. Ces jetons servent à payer les frais de transaction, à rémunérer les validateurs ou mineurs et à garantir la sécurité du réseau. Ils constituent également le fondement économique des applications développées sur la blockchain.

Déploiement detracintelligents (Ethereum, Solana, Avalanche)

Les blockchains comme Ethereum, Avalancheet Solana ne se limitent pas à la gestion des transactions. Elles prennent en charge le déploiement detracintelligents, permettant ainsi aux développeurs de lancer des applications décentralisées (dApps), des protocoles DeFi , des projets NFT et d'autres services Web3 directement sur la blockchain. Ces réseaux sont devenus de véritables environnements de développement, bien plus que de simples registres de transactions.

*Untracintelligent ? Imaginez un programme automatisé qui exécute des actions spécifiques sur la blockchain lorsque certaines conditions sont remplies.

Exemples de blockchains de couche 1 de pointe

Bitcoin – La couche 1 originelle des paiements

Lancé en 2009, Bitcoinest la première et la plus répandue des blockchains de couche 1. Conçu comme une monnaie numérique décentralisée et un système de paiement pair-à-pair sans banques ni intermédiaires, Bitcoin enregistre les transactions sur un registre public. Ces dernières sont validées par les mineurs grâce à la preuve de travail (PoW), un mécanisme de résolution de problèmes complexes qui leur permet de gagner des récompenses Bitcoin pour la sécurisation du réseau.

Ethereum – Le pionnier destracintelligents

Ethereum a révolutionné la blockchain en introduisant lestracintelligents, permettant ainsi la création d'applications décentralisées (dApps) directement sur la blockchain. Lancé en 2015, Ethereum est devenu le socle des écosystèmes DeFi, NFT, DAO et Web3. Ethereum possède également sa propre cryptomonnaie, l'Ether, et est devenu la deuxième plateforme blockchain mondiale en termes de capitalisation boursière.

Solana – Couche L1 haute performance pour la vitesse et les dApps

Solana est conçu pour des transactions à haut débit et 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'historique (PoH), qui assure un ordre temporel précis des transactions. 

Avalanche – Sous-réseaux et chaînes personnalisées

Grâce à son architecture de sous-réseaux, Avalanche fournit un cadre de couche 0 permettant aux développeurs et aux entreprises de lancer des blockchains personnalisables et adaptées à des cas d'utilisation spécifiques. Ces sous-réseaux peuvent avoir leurs propres modèles de gouvernance et jetons, ce qui rend Avalanche particulièrementtracpour les entreprises ayant besoin de flexibilité. 

Grâce à la rapidité de ses transactions (quelques secondes) et à ses faibles frais, Avalanche s'est positionné comme un concurrent d' Ethereum pour l'adoption DeFi et de la blockchain en entreprise.

Polkadot et Cosmos – Couche 1 axée sur l'interopérabilité

L'interopérabilité est la principale caractéristique de Polkadot et Cosmos . Polkadot connecte des blockchains spécialisées, appelées parachains, à sa chaîne de relais principale, leur permettant ainsi de partager des données de sécurité et de communiquer. 

À l'inverse, Cosmos utilise le protocole de communication inter-chaînes (IBC) pour relier des blockchainsdent . Les deux visent à résoudre le problème du cloisonnement des blockchains en créant un écosystème où plusieurs blockchains peuvent interagir, échanger des actifs et partager des données de manière transparente.

Les défis des blockchains de couche 1

Limitations d'évolutivité et de débit

Les blockchains de couche 1 peinent souvent à traiter un volume élevé de transactions par seconde (TPS). Par exemple, Bitcoin traite environ 7 TPS et Ethereum entre 15 et 30 TPS sur sa couche de base. Comparé aux systèmes de paiement traditionnels comme Visa, qui traite environ 1 700 TPS en fonctionnement normal et jusqu'à 65 000 TPS en période de pointe, ces chiffres pour les blockchains de couche 1 sont loin d'être suffisants pour les systèmes de paiement à l'échelle mondiale ou pour une adoption massive. 

Plusieurs interventions ont émergé pour relever ce défi, notamment des solutions sur la chaîne (L1) comme le sharding, les hard forkset les mises à niveau du mécanisme de consensus (comme Ethereumde la preuve de travail à la preuve d'enjeu), ainsi que des solutions hors chaîne (L2) comme les rollups, le batching et le Lightning Network.

Prix ​​du gaz élevés et congestion du réseau

Lorsque la demande sur le réseau augmente, les coûts de transaction peuvent devenir prohibitifs. Ethereum en ont fait l'expérience directe lors DeFi Summer 2020 et du boom des NFT en 2021, où des actions simples comme l'échange de tokens ou l'achat d'un NFT pouvaient engendrer des frais de gaz. Ces coûts élevés ont de facto exclu les petits utilisateurs et poussé nombre d'entre eux à se tourner vers des alternatives comme Binance Smart Chain ou des solutions de couche 2 plus récentes telles qu'Arbitrum et Polygon, qui traitent les transactions à moindre coût grâce à leur architecture Ethereum.

Compromis entre sécurité et décentralisation

Bitcoin et Ethereum maintiennent la sécurité et la confiance en impliquant des milliers de participants décentralisés dans un consensus, mais cela ralentit la vitesse des transactions. 

À l'inverse, Binance Smart Chain propose des transactions plus rapides et moins coûteuses, mais repose sur un nombre beaucoup plus restreint de validateurs (environ 21), ce qui soulève des questions quant aux risques de centralisation et de censure. Ce petit groupe de validateurs pourrait se concerter ou subir des pressions pour bloquer certaines transactions, rendant ainsi le réseau vulnérable à un contrôle centralisé.

préoccupations en matière d'efficacité énergétique et de durabilité

Bitcoinpar preuve de travail consomme désormais environ 187 TWh d'électricité par an, soit l'équivalent de la consommation annuelle d'électricité de la Thaïlande et environ 0,6 % de la consommation mondiale. Cette situation suscite des critiques croissantes de la part des organisations environnementales et des autorités de régulation.

En réponse à ces préoccupations, Ethereum a finalisé la « Fusion » en 2022, passant du protocole de preuve de travail (PoW) au protocole de preuve d'enjeu (PoS) et réduisant ainsi sa consommation énergétique de plus de 99 %. Toutefois, cette transition a relancé le débat : le réseau est-il prédisposé à une centralisation accrue en contrepartie de sa pérennité ? Avec un mécanisme de consensus de type PoS, d'importants pools de staking pourraient potentiellement concentrer le contrôle du réseau.

Couche 1 vs couche 2 : Principales différences

Règlement, sécurité et finalité

• Couche 1 : La blockchain de base (par exemple, Bitcoin, Ethereum) est responsable de la validation des transactions, de la tenue du registre et de la garantie du consensus. Le règlement et la finalité ont lieu directement sur la chaîne, ce qui signifie que les transactions enregistrées ici sont considérées comme la « source de vérité » ultime.
• Couche 2 : Construite sur la couche 1, la couche 2 hérite des garanties de sécurité et de règlement de la couche de base, mais traite les transactions hors chaîne par 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 rapidité des transactions

• Couche 1 : L’espace limité entre les blocs implique 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 hors chaîne ou en les regroupant par lots, les technologies de couche 2 réduisent considérablement les coûtsmaticaccélèrent le traitement. Au lieu de se disputer directement l’espace des blocs de couche 1, 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 Lightning Network de Bitcoinpermet des paiements instantanés et quasiment sans frais, contrairement à la blockchain Bitcoin de base, plus lente et plus coûteuse.

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

• Ethereum + Arbitrum/Optimism : Ethereum assure la sécurité et le règlement. Arbitrum et Optimism (rollups) garantissent la scalabilité en exécutant les transactions hors chaîne, puis en les réintégrant à Ethereum. 
• Bitcoin + Lightning Network : Bitcoin offre un règlement sécurisé et immuable, et le Lightning Network permet des micropaiements rapides et hors chaîne, qui peuvent être utilisés pour des opérations quotidiennes comme les pourboires ou les paiements de détail.
• Polygon (PoS Chain) + Ethereum: Polygon offre des transactions plus rapides et moins chères grâce à des ponts vers Ethereum, ce qui en fait une solution hybride de mise à l'échelle de couche 2/chaîne latérale.

L'avenir des chaînes de couche 1

Feuille de route et sharding d' Ethereum

Ethereum prévoyait initialement d'utiliser le sharding, divisant la blockchain en chaînes parallèles plus petites afin d'accélérer les 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.

donc Ethereum adopté une stratégie axée sur les rollups. L'objectif est de faire d' Ethereum la couche de base la plus sécurisée tout en fournissant un stockage de données économique pour les rollups. Cette nouvelle approche, appelée danksharding , ne consiste pas à diviser Ethereum en fragments de traitement des transactions, mais à augmenter la quantité de données de rollup que le réseau peut gérer efficacement.

La première étape, le proto-danksharding (EIP-4844), a été lancée le 13 mars 2024 avec la mise à jour Dencun. Elle a introduit les « blobs », une méthode moins coûteuse pour stocker les données agrégées, ce qui a déjà permis de réduire les frais de couche 2 d'un facteur 10 à 100.

Au fil du temps, Ethereum augmentera sa capacité de stockage de blobs et implémentera pleinement le danksharding, visant plus de 100 000 transactions par seconde grâce aux rollups, tout en maintenant la décentralisation et la sécurité.

Croissance des écosystèmes multichaînes

L'écosystème blockchain évolue vers des réseaux spécialisés plutôt que de s'appuyer sur une seule chaîne pour tout faire. Bitcoin sert d'or numérique aux institutions. Ethereum domine DeFi avec plus de 90 milliards de dollars de valeur totale bloquée (TVL), Solana alimente les jeux à haute fréquence et les NFT, et Avalanche accompagnetracà des sous-réseaux personnalisables.

Les principaux protocoles comme Aave et Uniswap ne sont plus limités à une seule blockchain. Ils fonctionnent désormais simultanément sur plusieurs réseaux, permettant aux utilisateurs de choisir où interagir. Sur Polygon, ils bénéficient de frais réduits ; sur Solana, d'une exécution plus rapide ; et sur Ethereum, d'une sécurité et d'une décentralisation maximales. Concrètement, un utilisateur peut stocker son épargne sur Bitcoin, générer des revenus sur Ethereumet jouer à des jeux sur Solana, le tout au sein d'un même écosystème.

Cela crée une économie blockchain plustronet plus efficace, plutôt que de contraindre un seul réseau à gérer simultanément la sécurité, l'évolutivité et les faibles coûts.

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

Comme différentes blockchains se spécialisent dans différentes fonctions, les utilisateurs ont besoin de méthodes pour transférer leurs actifs et leurs données d'une blockchain à l'autre. Les ponts inter-chaînes servent d'autoroutes numériques reliant plusieurs réseaux blockchain. Grâce à un pont inter-chaînes, les utilisateurs peuvent transférer des jetons d'une blockchain plus coûteuse comme Ethereum vers des blockchains moins onéreuses comme Polygon ou des blockchains plus rapides comme Solana , et inversement à leur guise. 

Parmi les passerelles populaires, on trouve le PoS Bridge de Polygon, qui permet les transferts Ethereum vers Polygon, tandis que des protocoles comme l'IBC (Inter-Blockchain Communication) de Cosmosconnectent des dizaines de blockchains et créent un écosystème dédié. Des services tels que LayerZero et Wormhole proposent également des passerelles inter-chaînes sur différents réseaux.

Cependant, ces ponts présentent un problème majeur : ils constituent des cibles privilégiées pour les pirates informatiques car ils hébergent d'importantes quantités de cryptomonnaies. Des attaques majeures comme Ronin Bridge (625 millions de dollars volés) et Wormhole (320 millions de dollars volés) démontrent que la sécurité des ponts est encore en développement. Malgré ces risques, les ponts demeurent essentiels pour les utilisateurs souhaitant exploiter les atouts des différentes blockchains.

Adoption institutionnelle des réseaux de couche 1

Bitcoin demeure la cryptomonnaie de couche 1 la plus largement adoptée par les institutions. Des entreprises comme Strategy (anciennement MicroStrategy), Metaplanet et MARA Holdings détiennent d'importantes quantités de Bitcoin dans leurs trésoreries, le considérant comme de l'« or numérique » et une protection contre l'inflation.

Ethereum a également démontré untronengouement institutionnel. Les entreprises cotées en bourse détiennent près de 966 000 ETH, d'une valeur d'environ 3,5 milliards de dollars. Ether Machine, Bitmine Immersion Technologies et d'autres acteurs ont investitrondans Ethereum , le considérant comme une réserve de valeur alternative et une plateforme de finance décentralisée.

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