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Quelles sont les solutions de couche 2 pour Bitcoin

À mesure que le Bitcoin continue de gagner en popularité, sa conception originale, qui ne supporte que sept transactions par seconde, éprouve souvent des difficultés avec l'évolutivité. Cela entraîne des frais plus élevés et des délais de transaction plus longs. Pour relever ces défis, des solutions de deuxième couche (L2) pour Bitcoin ont été développées. Ces solutions améliorent le réseau Bitcoin en traitant les transactions en dehors de la blockchain principale, augmentant ainsi le débit des transactions tout en maintenant la sécurité et en permettant de nouvelles fonctionnalités comme les contrats intelligents.

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Quelles sont les solutions de deuxième couche de Bitcoin ?

Les solutions de deuxième couche de Bitcoin (Bitcoin L2s) sont des protocoles secondaires construits au-dessus de la blockchain principale de Bitcoin. Leur but est de résoudre les problèmes de scalabilité, d'améliorer la vitesse des transactions et de réduire les frais. Certaines L2s introduisent également des capacités de contrats intelligents, élargissant ainsi les cas d'utilisation potentiels de Bitcoin. En créant une couche d'exécution distincte, ces solutions traitent les transactions hors chaîne et n'utilisent la blockchain principale que pour le règlement final.

Principales différences entre les solutions de deuxième couche de Bitcoin et d'Ethereum

Bitcoin et Ethereum, bien qu'utilisant tous deux des solutions de deuxième couche, diffèrent fondamentalement en raison de leurs architectures sous-jacentes :

Héritage de la sécurité : Les solutions L2 d'Ethereum héritent directement de la sécurité du réseau principal d'Ethereum grâce à des validateurs actifs. En revanche, les L2s de Bitcoin reposent sur leurs propres protocoles de sécurité car ils n'ont pas d'implication directe des validateurs du réseau principal de Bitcoin.

Vérification des transactions : Les L2s d'Ethereum utilisent des méthodes de vérification avancées comme les preuves de fraude et les preuves à connaissance zéro, dont Bitcoin manque actuellement. Cela limite la complexité des solutions L2 pouvant être construites sur Bitcoin par rapport à Ethereum.

Fonctionnalité des contrats intelligents : Ethereum a été conçu pour prendre en charge les contrats intelligents nativement, alors que Bitcoin ne l'a pas été. Ainsi, les L2s de Bitcoin visent souvent à ajouter cette capacité, améliorant sa fonctionnalité au-delà des simples transferts de valeur.

Couches de règlement : Les L2s de Bitcoin règlent les transactions sur la blockchain de Bitcoin, tirant parti de son consensus de preuve de travail pour la sécurité. Les L2s d'Ethereum, en revanche, se règlent sur le réseau principal d'Ethereum, qui utilise un modèle de consensus de preuve d'enjeu.

Pourquoi les solutions de deuxième couche de Bitcoin sont-elles nécessaires ?

Le besoin de solutions de deuxième couche de Bitcoin découle des limitations de la couche de base de Bitcoin :

Scalabilité et débit : La couche de base de Bitcoin ne peut gérer qu'environ sept transactions par seconde, entraînant congestion et frais élevés pendant les périodes de pointe. Les solutions L2 offrent un moyen de se développer sans compromettre la sécurité de Bitcoin.

Frais élevés : Des frais de transaction élevés, qui ont dépassé les 120 $ pendant certaines périodes de congestion maximale, rendent les petites transactions impraticables. Les solutions L2 aident à réduire ces frais.

Capacités des contrats intelligents : La couche de base de Bitcoin manque de fonctionnalités avancées de contrats intelligents, essentielles pour les applications décentralisées (dApps) et les plateformes de finance décentralisée (DeFi).

Libération de capital : Une part importante du capital de Bitcoin reste sous-utilisée car il est principalement une réserve de valeur. Les solutions L2 visent à libérer ce capital en permettant des transactions plus rapides et des applications innovantes.

Comment fonctionnent les solutions de deuxième couche de Bitcoin

Un réseau blockchain comprend deux couches : la couche d'exécution, qui traite les transactions, et la couche de consensus, qui valide et approuve ces transactions. Les L2s de Bitcoin développent une couche d'exécution distincte pour traiter les transactions hors chaîne, qui sont ensuite soumises à la couche de consensus de Bitcoin pour le règlement final.

Les approches courantes des solutions de deuxième couche de Bitcoin incluent :

Canaux d'état : Utilisés par le Lightning Network, les canaux d'état permettent à deux parties d'effectuer de nombreuses transactions hors chaîne. Seul l'état final est enregistré sur la blockchain, améliorant la vitesse et réduisant les coûts.

Chaînes latérales : Fonctionnant comme des blockchains séparées liées à Bitcoin, des chaînes latérales comme le Liquid Network permettent des transactions plus rapides et des fonctionnalités supplémentaires, se réglant périodiquement sur la chaîne principale de Bitcoin.

Rollups : Ceux-ci regroupent plusieurs transactions hors chaîne en une seule transaction, créant une preuve cryptographique de validité soumise à la blockchain de Bitcoin pour le règlement.

Canaux d'état

Les canaux d'état, tels que ceux utilisés dans le Lightning Network, permettent à deux parties de réaliser un nombre illimité de transactions Bitcoin hors chaîne, sans enregistrer chaque transaction sur la blockchain principale de Bitcoin. Cette approche améliore considérablement la vitesse des transactions et réduit les coûts.

Pour ouvrir un canal, les deux parties verrouillent une certaine quantité de Bitcoin dans une adresse multi-signature (multisig) sur la blockchain Bitcoin. Une adresse multisig sur Bitcoin est un type d'adresse qui nécessite que plusieurs personnes autorisent et signent une transaction, plutôt qu'une seule. Ils conviennent de la distribution initiale des Bitcoins entre eux pour ce canal. Une fois le canal ouvert, les parties peuvent effectuer un nombre illimité de transactions hors chaîne, échangeant des données de transaction signées pour mettre à jour leurs soldes respectifs de Bitcoin dans l'état actuel du canal. Ces transactions ne sont pas diffusées au réseau Bitcoin pendant ce processus.

Lorsqu'ils ont terminé leurs transactions, les deux parties signent et diffusent l'état final du canal à la blockchain Bitcoin. Cet état final reflète la dernière répartition convenue de Bitcoin entre les deux parties. Les conditions de multi-signature sont remplies, permettant aux fonds d'être redistribués selon les soldes finaux.

Chaînes latérales

Les chaînes latérales de Bitcoin, telles que le Liquid Network, fonctionnent sur des blockchains séparées qui sont liées à Bitcoin. Ces chaînes latérales utilisent leurs propres mécanismes de consensus, permettant des transactions plus rapides et des fonctionnalités supplémentaires tout en relayant et en finalisant périodiquement les transactions sur la chaîne principale de Bitcoin. Voici comment fonctionnent les chaînes latérales de Bitcoin :

Liaison bidirectionnelle : La technologie fondamentale qui permet le transfert d'actifs entre la chaîne principale de Bitcoin et une chaîne latérale est appelée "liaison bidirectionnelle". Pour déplacer des actifs de la chaîne principale de Bitcoin vers une chaîne latérale, un utilisateur verrouille d'abord ses bitcoins dans une adresse de sortie spéciale sur la blockchain Bitcoin en envoyant une transaction. Cette action immobilise effectivement les bitcoins sur la chaîne principale. La chaîne latérale détecte cet événement de verrouillage et répond en frappant et en libérant un montant équivalent de jetons sur la chaîne latérale, souvent appelés sBTC (BTC de chaîne latérale), représentant les bitcoins verrouillés de la chaîne principale. Une fois sur la chaîne latérale, les utilisateurs peuvent librement transférer et utiliser ces jetons à diverses fins, telles que des transactions et des contrats intelligents, bénéficiant du mécanisme de consensus plus rapide et plus efficace de la chaîne latérale. Pour retourner des actifs à la chaîne principale de Bitcoin, l'utilisateur brûle ou détruit les jetons de la chaîne latérale. Cet événement de brûlage est détecté par la chaîne principale, qui libère ensuite les bitcoins initialement verrouillés à l'adresse de l'utilisateur sur la chaîne principale.

Fédération/Validateurs : Pour gérer et valider le processus de liaison bidirectionnelle en toute sécurité, les chaînes latérales emploient une fédération ou un groupe de validateurs. Cette fédération joue un rôle crucial dans la gestion et la sécurisation du processus de liaison bidirectionnelle entre la chaîne principale et la chaîne latérale. Ils surveillent le verrouillage et le déverrouillage des actifs sur les deux chaînes, s'assurant que les transactions sont correctement enregistrées. Ils valident également que le montant des actifs déplacés correspond des deux côtés, empêchant des problèmes tels que la double dépense. Cette fédération peut être opérée par des parties de confiance, des scripts multi-signature ou des contrats intelligents, qui travaillent tous à maintenir l'intégrité et la sécurité du processus de transfert d'actifs.

Consensus indépendant : Une caractéristique déterminante des chaînes latérales est leur mécanisme de consensus indépendant, qui fonctionne séparément de la chaîne principale de Bitcoin. Cette indépendance permet aux chaînes latérales de mettre en œuvre des paramètres de bloc personnalisés, y compris différents temps de bloc, tailles de bloc et débits de transaction optimisés pour leurs cas d'utilisation spécifiques. Elles utilisent des algorithmes de consensus uniques tels que la Preuve d'Autorité (PoA) ou la Preuve d'Enjeu Déléguée (DpoS), qui peuvent être plus efficaces ou adaptés aux objectifs de la chaîne latérale. De plus, les chaînes latérales introduisent des fonctionnalités avancées comme les contrats intelligents, les améliorations de la confidentialité et d'autres solutions de scalabilité qui ne sont pas disponibles nativement sur la chaîne principale de Bitcoin.

Rollups

Les rollups de deuxième couche de Bitcoin fonctionnent en déplaçant l'exécution des transactions et les données hors de la blockchain principale de Bitcoin vers une chaîne ou une couche de rollup séparée, tout en s'ancrant à Bitcoin pour la disponibilité des données et le consensus.

Les mécanismes clés impliqués dans la technologie des rollups incluent l'exécution des transactions sur la chaîne de rollup, la compression des données et l'ancrage à la couche une de Bitcoin. Les utilisateurs soumettent des transactions à exécuter sur la chaîne de rollup plutôt que directement sur la blockchain de Bitcoin. La chaîne de rollup traite ces transactions, mettant à jour les soldes des comptes en conséquence. Après avoir traité de nombreuses transactions hors chaîne, le rollup compresse ou "regroupe" les données de transaction en une preuve ou un engagement cryptographique compact, qui représente l'effet net de toutes ces transactions sur l'état. Cette preuve compressée est ensuite soumise périodiquement à la blockchain de Bitcoin sous la forme d'une seule transaction. Un contrat intelligent ou un mécanisme de vérification sur la couche une de Bitcoin peut valider efficacement et appliquer la transition d'état représentée par la preuve de rollup.

Cependant, les rollups sur Bitcoin font face à un défi clé car la couche de base de Bitcoin ne peut pas nativement vérifier les preuves ou engagements cryptographiques produits par les systèmes de rollup. Il existe quelques approches explorées pour permettre les rollups sur Bitcoin, y compris les rollups souverains et l'extension du script Bitcoin.

Les rollups souverains utilisent Bitcoin comme couche de disponibilité des données sans s'appuyer sur lui pour les preuves de validité. Ces rollups fonctionnent indépendamment, traitant les transactions hors chaîne et ne publiant que des données de transaction compressées sur Bitcoin. Ils gèrent leurs propres mécanismes de consensus et environnements d'exécution des transactions hors chaîne, utilisant Bitcoin pour ancrer et stocker les données de rollup compressées. Pour déplacer des actifs comme le BTC dans et hors du rollup, un système de liaison décentralisé, tel que le sBTC, est utilisé, s'appuyant sur un groupe décentralisé de signataires plutôt que sur la couche de base de Bitcoin.

Étendre le langage de script de Bitcoin et les opcodes pour permettre les rollups de validité permettrait à la couche de base de Bitcoin de vérifier et d'appliquer les transitions d'état du rollup. Cela nécessiterait très probablement une mise à jour par soft-fork de Bitcoin pour ajouter de nouveaux opcodes comme OP_CAT ou WTC pour une meilleure programmabilité.

Avantages des solutions de deuxième couche de Bitcoin

La couche une de Bitcoin, bien qu'elle soit réputée pour sa sécurité et sa décentralisation, souffre de plusieurs limitations de performance. Les transactions sur la chaîne principale de Bitcoin prennent environ 10 minutes pour être confirmées, manquent de fonctionnalités de contrats intelligents et entraînent souvent des frais de transaction élevés en raison de la congestion du réseau. Pour relever ces défis, des solutions de deuxième couche de Bitcoin ont été développées, offrant une gamme d'améliorations qui améliorent considérablement l'utilisabilité et la fonctionnalité du réseau Bitcoin.

Scalabilité : L'un des avantages les plus significatifs des solutions de deuxième couche de Bitcoin est leur capacité à augmenter considérablement la capacité de transaction du réseau. En traitant les transactions en dehors de la blockchain principale, les projets de deuxième couche peuvent gérer un volume de transactions par seconde beaucoup plus élevé par rapport à la couche de base de Bitcoin. Ce déchargement réduit la congestion sur la chaîne principale, entraînant des opérations réseau plus fluides et plus efficaces. L'augmentation de la scalabilité est cruciale pour l'adoption généralisée de Bitcoin pour les transactions quotidiennes et le trading à haute fréquence.

Frais de transaction réduits : Étant donné que les transactions de deuxième couche ne nécessitent pas que toutes les données de transaction soient enregistrées sur la blockchain Bitcoin, elles réduisent considérablement la quantité de données devant être stockées. Cela conduit à des frais de transaction plus bas, rendant les microtransactions et autres transferts de petite valeur économiquement viables. Les utilisateurs bénéficient des coûts réduits, ce qui est particulièrement important pour des applications telles que les envois de fonds et les micropaiements, où des frais élevés peuvent être prohibitifs.

Confirmations plus rapides : Les solutions de deuxième couche offrent des confirmations de transaction quasi instantanées, un contraste frappant avec le temps moyen de bloc de 10 minutes sur la chaîne principale de Bitcoin. Ce temps de confirmation rapide est essentiel pour les cas d'utilisation nécessitant un règlement rapide, tels que les transactions au point de vente et le commerce en ligne. La capacité à obtenir des confirmations plus rapides améliore l'expérience utilisateur et élargit la gamme d'applications pratiques pour Bitcoin.

Confidentialité améliorée : Certaines implémentations de deuxième couche offrent des fonctionnalités de confidentialité améliorées. Des techniques telles que le routage en oignon et l'anonymat des canaux de paiement rendent plus difficile la traçabilité des transactions, offrant aux utilisateurs un niveau plus élevé de confidentialité.

Capacités des contrats intelligents : Certains projets de deuxième couche de Bitcoin permettent la fonctionnalité des contrats intelligents au-dessus de Bitcoin. Cette addition débloque de nouveaux cas d'utilisation, y compris des dApps et des protocoles defi.

Sécurité héritée : Les solutions de deuxième couche tirent une certaine partie de leur sécurité de la blockchain Bitcoin sous-jacente. En ancrant les transactions au consensus robuste et décentralisé de preuve de travail de Bitcoin, les réseaux de deuxième couche peuvent bénéficier de la puissance de calcul massive qui sécurise le réseau Bitcoin.

Défis des solutions de deuxième couche de Bitcoin

Malgré leurs avantages, les réseaux L2 de Bitcoin font face à des défis, en particulier dans le pontage sécurisé entre Bitcoin et les réseaux L2, et dans la vitesse et la capacité à régler les preuves sur le réseau Bitcoin. Les ponts peuvent être sujets à des risques de sécurité, et des améliorations de la vitesse et du coût de règlement sont nécessaires pour la scalabilité future.

Certains des plus grands défis auxquels sont confrontées les solutions L2 de Bitcoin incluent :

Pontage sécurisé entre Bitcoin et les réseaux L2 : Les réseaux L2 de Bitcoin comme les chaînes latérales utilisent des ponts pour se connecter avec la chaîne principale de Bitcoin. Ces ponts fonctionnent en verrouillant des actifs sur Bitcoin et en frappant des jetons équivalents sur la chaîne L2. Cependant, cette conception de pontage comporte des risques de sécurité et des problèmes d'expérience utilisateur. De nombreux piratages et pertes de cryptomonnaies sont survenus en raison de vulnérabilités dans les ponts inter-chaînes.

Vitesse et coût du règlement sur le réseau Bitcoin : Bien que les solutions L2 traitent les transactions hors chaîne, elles doivent finalement régler l'état final sur la chaîne principale de Bitcoin. La vitesse et le coût de ce processus de règlement sur la couche de base de Bitcoin sont des facteurs importants affectant l'efficacité des réseaux L2.

Maintien de la sécurité sans validation directe de Bitcoin : Contrairement aux L2s d'Ethereum où les validateurs vérifient les transactions L2, les L2s de Bitcoin n'héritent pas entièrement de la sécurité des nœuds de Bitcoin, qui valident les transactions. Les L2s de Bitcoin doivent s'appuyer sur leurs propres protocoles de sécurité indépendants, rendant difficile l'atteinte du même niveau de sécurité que la couche de base de Bitcoin.

Risques accrus de centralisation : Certaines solutions L2 nécessitent l'établissement de canaux de paiement et de nœuds relais, ou l'exécution de leur propre mécanisme de consensus. Cela pourrait entraîner la concentration du contrôle entre les mains de quelques entités, potentiellement en contradiction avec les principes décentralisés de Bitcoin.

Complexités techniques et défis d'intégration : L'intégration des solutions L2 avec l'infrastructure existante de Bitcoin implique des complexités techniques importantes, telles que l'assurance de la compatibilité, le maintien des normes de sécurité et l'obtention du consensus au sein de la communauté sur les mises à jour proposées.

Projets clés de deuxième couche de Bitcoin

Alors que Bitcoin continue d'évoluer, plusieurs projets de deuxième couche ont émergé pour résoudre ses problèmes de scalabilité, d'efficacité et de fonctionnalité. Voici quelques-uns des projets de L2 Bitcoin les plus en vue actuellement en train de façonner le paysage :

1. Lightning Network
Le Lightning Network est sans doute la solution de deuxième couche de Bitcoin la plus connue. Il utilise des canaux d'état pour faciliter les transactions hors chaîne entre deux parties. Cela permet des transactions quasi instantanées et à faible coût, améliorant considérablement l'utilisabilité de Bitcoin pour les paiements quotidiens.

Caractéristiques clés :

• Transactions hors chaîne
• Frais réduits
• Règlements de paiement instantanés
• Confidentialité améliorée grâce au routage en oignon

Lisez "What is Lightning Network?" dans notre Learning Center pour une plongée plus approfondie dans le réseau Lightning de Bitcoin.

2. Liquid Network
Le Liquid Network, développé par Blockstream, est une chaîne latérale de Bitcoin conçue pour des transactions rapides et confidentielles. Elle permet l'émission et le transfert d'actifs, y compris Bitcoin et des stablecoins, avec des frais inférieurs et des temps de règlement plus rapides par rapport à la blockchain principale de Bitcoin.

Caractéristiques clés :

• Liaison bidirectionnelle pour le transfert de Bitcoin
• Transactions confidentielles
• Émission et gestion d'actifs
• Temps de règlement rapides

3. Rootstock
Rootstock est une chaîne latérale de Bitcoin compatible avec la machine virtuelle