Layer 2 (ou seconde couche) qu’est-ce que c’est ?

layer 2 crypto

La majorité des blockchains existantes ont déjà plusieurs années. Afin de combler certaines lacunes de celles-ci comme la scalabilité (mise à l'échelle), les frais de transactions élevés ou la vitesse des transactions, des solutions ont été imaginées. Les layers 2 ou secondes couches semblent être la solution idéale pour ne pas sacrifier la décentralisation et la sécurité d'un réseau principal comme Ethereum ou Bitcoin

Les Layer 2 : qu’est-ce que c’est ? 

Un Layer intervient comme une “couche” supplémentaire à une blockchain déjà existante.

Les premiers Layer 2 ont réellement vu le jour sur les blockchains Bitcoin & Litecoin avec Lightning Network puis sur Ethereum via Raiden Network, un équivalent de Lightning Network pour ETH. 

Un layer 2 agit comme la surcouche d'une blockchain déjà existante et établie, qui rencontre de nouvelles problématiques auxquelles la blockchain principale (layer 1) n’arrive pas à répondre assez efficacement. 

Par exemple dans le cas de Bitcoin : les transactions sont lentes avec un temps moyen de création d'un bloc estimé à 10 minutes par bloc et une finalité des transactions “probabiliste” de l'ordre de 20 minutes (2 blocs) à 60 minutes (6 blocs), de plus le coût moyen d'une transaction peut dépasser les 1 à 5 dollars par transaction, ce qui fait que Bitcoin n'est pas adapté pour du micropaiement.

layer 2 l2beat
Les Layer 2 principaux sur Ethereum, source : l2beat.com

Dans le cas d'Ethereum : la problématique est assez similaire avec un temps de bloc (blocktime) de 13 secondes mais une finalité des transactions de ~2 à 7 minutes en général soit 10 à 35 blocs, en fonction du besoin de sécurité pour considérer une transaction comme définitivement valide. De plus les transactions Ethereum peuvent couter plusieurs dollars, voir plusieurs dizaines de dollars en cas de congestion du réseau.

On peut le dire, c'est beaucoup trop cher et c'est lent. Tel est le prix à payer pour avoir un réseau sécurisé et décentralisé.

Note : Un exchange comme FTX ne demandera que 10 blocs afin de confirmer une transaction Ethereum la ou un exchange comme Coinbase préfèrera la sécurité et demandera au minimum 35 blocs.

Une bienveillance générale qui pousse au meilleur ! 

On en a déjà été témoins dans le commerce des années 2000, les lacunes des uns font le profit des autres. Des dizaines de multinationales se sont nourries des erreurs et de la perte de vitesse de leurs plus grands concurrents pour s’établir en tant que leader sur le web 2.0. 

En crypto, on peut voir un phénomène totalement différent : 

Les Layer 2 sont d’ailleurs la représentation exacte de la bienpensance au sein de l’écosystème des blockchains et crypto enthousiastes.

Plutôt que de pénaliser une blockchain entière ainsi que sa communauté parce que sa technologie commence à dater, des utilisateurs bienveillants développent des Layer 2 pour les greffer à la blockchain qu’ils affectionnent, afin de lui promettre un avenir et une bonne croissance. 

Ainsi, c’est tout l’écosystème de la blockchain qui grandit, on ne sacrifie pas la sécurité et la décentralisation, on développe des surcouches pour améliorer l'expérience utilisateur.  

transaction fees l2fees.info
Frais de transactions des layer 2 Ethereum, source : l2fees.info

Les Layer 2 les plus marquants de l’histoire de la blockchain 

Deux exemples majeurs de solutions de Layer 2 historiques sont le Lightning Network de Bitcoin et l'Ethereum Plasma. 

Bien qu'elles aient leurs propres mécanismes de fonctionnement et leurs particularités, ces deux solutions s'efforcent d'augmenter le débit des systèmes de blockchain. 

Sur la blockchain Bitcoin, le Lightning Network est basé sur des “canaux d'état”. Ce sont des canaux qui effectuent des opérations en dehors de la blockchain Bitcoin afin de désengorger le réseau d’une trop forte demande et d’augmenter le temps de traitement des transactions sur le réseau pour ensuite rendre les transactions résolues et les inscrire sur la blockchain. 

Sur la blockchain Ethereum, le Plasma se compose de blockchains secondaires rattachées à Ethereum (telles que OMG Network ou Polygon). Ce genre de phénomène permet aujourd’hui à Ethereum d’être la Blockchain “Layer 1” la plus diversifiée tant les projets rattachés à sa blockchain sont divers et variés. 

Ces Layer 2 “Plasma” peuvent servir à plusieurs fins :

  • Le désengorgement du trafic de Ethereum 
  • Le Bridge vers d’autres blockchains
  • La création de nouveaux procédés
  • La diversification de l’écosystème Ethereum 
  • La sécurisation de la blockchain Ethereum

Ces Layer 2 peuvent être également appelés “solutions de mise à l’échelle hors-blockchain” – ou off-chain scalability solutions, en anglais.

Pourquoi ne pas créer une “chimère” Layer 1 et Layer 2 ? 

L'un des principaux avantages de l'utilisation de solutions hors blockchain est que la blockchain principale n'a pas besoin de subir de changement structurel, car la deuxième couche (layer 2) est ajoutée comme une couche supplémentaire. 

En tant que telles, les solutions de Layer 2 ont le potentiel d'atteindre un débit d’actions élevé sans sacrifier la sécurité du réseau de la blockchain principale.

Si chaque changement apporté par un Layer 2 serait automatiquement intégré à la blockchain principale, cela provoquerait inexorablement un problème de sécurité à celle-ci. 

Si un problème de sécurité intervient sur une Layer 2, celle-ci peut être évitée par les utilisateurs de l’écosystème le temps qu’une solution soit trouvée. Ce qui ne pourrait pas être envisagé dans le cas d’une solution hybride Layer 1 – Layer 2. 

Scinder l’écosystème en plusieurs couches permet également, dans le cas de Ethereum, d’assurer plusieurs aspects d’une blockchain sans encombrer les réseaux. 

Ethereum s’occupe de la sécurisation réseau, tandis que la plupart des Layer 2 permettent de rendre Ethereum plus intéressant et concurrentiel en lui offrant des performances supérieures à ce que Ethereum proposerait sans les Layer 2. 

Pour plus de profondeur : les différents types de Layer 2 sur Ethereum

Les solutions de couche 2 d'Ethereum se répartissent en plusieurs catégories, et chacune d'entre elles diffère dans son approche pour rendre le réseau plus évolutif.

Les canaux hors blockchain (off-chain)

Les canaux offrent aux utilisateurs un moyen d'effectuer plusieurs transactions hors blockchain, tout en ne soumettant que deux transactions à la blockchain “mère”, c'est-à-dire Ethereum.

Cela permet un débit de transactions élevé à un faible coût, même si ce procédé a des limites. 

Les participants doivent être connus à l'avance et ils doivent également déposer des fonds dans un contrat multisig. Cela signifie que le réseau doit être régulièrement contrôlé pour s'assurer que les fonds sont en sécurité. La mise en place de canaux entre les utilisateurs prend aussi du temps, ce qui ne permet pas une transaction en quelques secondes.

Les canaux se présentent sous deux formes : les canaux d'État et les canaux de paiement. 

  • Le canal de paiement s’occupe de l’authentification du paiement (bonne somme, bon token payé, etc) 
  • Le canal d’Etat s’occupe d’inscrire la transaction terminée sur la blockchain mère (layer 1)

Les Layers 2 Plasma

Les solutions Plasma utilisent des arbres de Merkle pour créer une chaîne supplémentaire à la blockchain principale.

Cela facilite les transactions rapides à moindre coût, car les blocs ne sont pas réglés sur la chaîne principale et il n'est pas nécessaire de stocker les données sur le grand “livre” de la blockchain mère.

Cependant, il y a des limites à ce que vous pouvez faire en utilisant Plasma. 

Le système ne prend en charge que certaines transactions, de sorte qu'une activité DeFi (finance décentralisée) plus complexe, par exemple, n'est pas possible. 

Les retraits sont sujets à des difficultés potentielles et à des temps d'attente plus longs. Il faut également une entité pour surveiller le réseau afin de vérifier que les fonds sont en sécurité, ainsi que des opérateurs pour stocker les données.

Les Sidechains

Les blockchains latérales s'exécutent séparément de la blockchain principale et fonctionnent indépendamment en utilisant leur propre algorithme de consensus. Elles se connectent à Ethereum via un pont bidirectionnel. 

Leurs inconvénients : Malgré le fait qu’elles soient compatibles avec la machine virtuelle Ethereum, elles sont limitées. Elles sont moins décentralisées que la blockchain mère, le consensus n’est pas géré par Ethereum. 

Comme les sidechains sont moins décentralisées qu'Ethereum, les validateurs des blockchains latérales pourraient se coordonner pour agir de manière malveillante.

Les Rollups

Les rollups fonctionnent en exécutant des transactions sur la surcouche (Layer 2), tout en soumettant des données à la blockchain mère. 

Cela signifie qu'ils bénéficient de la sécurité d'Ethereum, mais peuvent effectuer des transactions en dehors de la layer 1.

Il existe deux types de rollups : Les rollups ZK (zero knowledge), qui regroupent plusieurs transferts en une seule transaction, et les rollups optimistes, qui fonctionnent en parallèle d'Ethereum.

Les rollups ZK regroupent les transactions en créant ce que l'on appelle un SNARK – un argument de connaissance succinct et non interactif. 

Il s'agit d'une preuve cryptographique qui est soumise à la layer de base, de sorte qu'une seule transaction est envoyée à Ethereum. Les rollups ZK permettent des transactions rapides, mais la portée de ces transactions est limitée.

Les rollups optimistes, quant à eux, se situent à côté de la blockchain mère, avec des transactions envoyées à Ethereum en tant que calldata. Les rollups optimistes assurent la composabilité, une exigence fondamentale du DeFi, mais ils sont soumis à des temps d'attente plus longs et à des attaques potentielles.

Les Validium

Validium n'est pas différent de la technologie ZK rollup dans la mesure où il utilise des preuves de connaissance zéro, mais les données sont stockées hors chaîne. 

Cela signifie jusqu'à 10 000 transactions par seconde sans délai de retrait et un risque d'attaque plus faible.

Cependant, il n'y est pas possible d'exécuter tous les types de contrats intelligents, la génération de preuves ZK nécessite une puissance de calcul élevée et les temps de finalisation peuvent être plus lents.

Conclusion 

En résumé, il existe actuellement plusieurs solutions de Layer 2 qui visent à résoudre les problèmes de mise à l'échelle de Ethereum. 

Il existe également des solutions hybrides qui cherchent à améliorer l'évolutivité du réseau en combinant les technologies.

Si Ethereum atteint son plein potentiel, en devenant une Layer 1 de confiance mondiale, il est probable que ces solutions et d'autres seront nécessaires pour faire évoluer le réseau en combinaison avec Ethereum 2.0

À l'avenir, l'écosystème Ethereum pourrait connaître des changements significatifs, à mesure que de nouveaux projets évaluent les avantages et les inconvénients de l'exécution sur la Layer 2.

Trouver votre prochain emploi dans le web3