Tout comprendre sur la voie des mises à niveau d'Ethereum en un seul article
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Tout comprendre sur la voie des mises à niveau d'Ethereum en un seul article
La feuille de route de la mise à niveau d'Ethereum 2.0. La fusion d'Ethereum est désormais imminente. Bien que le plan de mise à niveau ait été modifié à plusieurs reprises, les progrès restent globalement sur la bonne voie jusqu'à présent.
Dédié à des analyses Web3 approfondiesRédaction : Mush
Ethereum se définit comme un « ordinateur mondial ». Pour atteindre cet objectif, les développeurs ont tracé dès sa création une feuille de route en quatre étapes : Frontier (Frontière), Homestead (Foyer), Metropolis (Métropole) et Serenity (Sérénité).
Le réseau a actuellement atteint la troisième étape. Les trois premières phases relèvent d’Ethereum 1.0, tandis que la dernière phase, Serenity, correspond à ce que l’on appelle couramment Ethereum 2.0 (bien qu’officiellement, la fondation Ethereum ait abandonné cette terminologie pour éviter toute confusion ; nous continuerons toutefois à l’utiliser dans cet article par commodité).
La mise à niveau vers Ethereum 2.0 vise principalement à résoudre plusieurs problèmes qui freinent le développement du réseau. Trois enjeux majeurs peuvent être identifiés :
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Tout d’abord, la consommation énergétique élevée liée au minage. En utilisant le mécanisme PoW (Proof of Work, preuve de travail) comme consensus, Ethereum nécessite que les nœuds fournissent de la puissance de calcul pour miner. Ce processus exige une grande quantité d’électricité, ce qui conduit souvent à des critiques sur le manque d’écologie du réseau.
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Ensuite, les problèmes de performance. Actuellement, la chaîne Ethereum produit un bloc toutes les 12 à 15 secondes environ, avec un TPS (Transactions par seconde) d’environ 15. Cette vitesse de traitement est insuffisante même pour supporter une application commerciale basique. Les congestions fréquentes du réseau limitent également son développement.
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Enfin, le coût élevé d’utilisation. L’utilisation du réseau Ethereum implique le paiement de frais de gaz (gas fee) aux mineurs qui maintiennent le réseau. Ces frais varient généralement entre quelques dollars et plusieurs dizaines, selon le niveau de congestion, pouvant même atteindre plusieurs centaines de dollars dans les pics. Ces coûts élevés poussent certains protocoles à migrer vers des blockchains concurrentes telles que Solana ou Near.
Face à ces défis, la communauté des développeurs a élaboré un plan progressif pour la mise à niveau vers Ethereum 2.0. Voici la feuille de route détaillée.
Feuille de route d’Ethereum 2.0
La feuille de route d’Ethereum 2.0 repose principalement sur trois étapes : la chaîne parallèle (la Beacon Chain), la fusion (Merge) et le sharding (fragmentation). Les deux premières visent à faire passer le mécanisme de consensus du réseau de PoW à PoS (Proof of Stake, preuve d’enjeu), tandis que la dernière étape vise à améliorer les performances et l’évolutivité du réseau.
1. Chaîne parallèle – La Beacon Chain
Afin d’assurer une transition fluide du mécanisme de consensus, le 1er décembre 2020, Ethereum a lancé une chaîne parallèle appelée Beacon Chain, fonctionnant simultanément avec le réseau principal PoW. La Beacon Chain utilise le mécanisme PoS et opère indépendamment du réseau principal. Les participants doivent miser 32 ETH via un contrat intelligent pour servir de preuve d’enjeu. Après vérification, ils sont ajoutés à la liste des validateurs et deviennent ainsi des constructeurs de la chaîne.
Dans le système PoW, les nœuds génèrent le prochain bloc par calcul intensif. En revanche, sur la Beacon Chain PoS, le prochain bloc est sélectionné aléatoirement parmi les validateurs, assurant ainsi un caractère décentralisé. Les validateurs bien comportés reçoivent des récompenses, tandis que ceux qui agissent mal voient une partie de leurs 32 ETH misés déduite. Si leur mise tombe en dessous de 16 ETH, ils sont exclus de la liste des validateurs.
Avant la fusion, c’est-à-dire à l’heure actuelle, Ethereum fonctionne sous un régime hybride PoW + PoS. Le lancement anticipé de la chaîne PoS répond à deux objectifs : minimiser l’impact sur le réseau PoW existant afin de réduire les perturbations dues au changement de consensus, et permettre au nouveau réseau PoS de collecter suffisamment d’ETH misés pour garantir sa sécurité.
2. La fusion (Merge)
La fameuse « fusion » d’Ethereum 2.0 consiste à combiner le réseau principal PoW (appelé couche d’exécution, car il traite les transactions) avec la Beacon Chain PoS (désignée comme couche de consensus par la fondation Ethereum).
Cette fusion doit d’abord être testée sur les réseaux expérimentaux. Si des anomalies sont détectées, les nœuds interviennent pour corriger les problèmes. À ce jour, les réseaux tests Ropsten et Sepolia ont déjà réussi leur fusion respectivement le 9 juin et le 6 juillet. Le dernier réseau test, Goerli, devrait suivre prochainement. Si tout se passe bien, le réseau principal Ethereum achevera la fusion fin septembre. À partir de ce moment, le mécanisme PoW sera abandonné, et tous les nouveaux blocs seront produits selon le protocole PoS.
Pour garantir la réussite de ce basculement, les développeurs ont introduit la « bombe de difficulté », dont l’objectif est d’augmenter progressivement la difficulté du minage PoW. Initialement intégrée au code d’Ethereum en 2015, la bombe de difficulté augmente la complexité des calculs requis pour produire un bloc, ralentissant ainsi le minage et réduisant les récompenses. Cela décourage progressivement les mineurs, rendant le réseau PoW non viable à terme.
3. Le sharding (Fragmentation)
Le changement de mécanisme de consensus ne suffit pas à améliorer les performances d’Ethereum. Celles-ci doivent être optimisées grâce au sharding.
Le sharding est un concept de partitionnement de base de données utilisé pour optimiser le stockage et accélérer le traitement. Il consiste à diviser le réseau en plusieurs partitions plus petites, répartissant ainsi la charge. Chaque fragment (shard) gère ses propres données, permettant un traitement parallèle, réduisant la congestion et augmentant le TPS, ce qui améliore l’évolutivité du réseau.
Initialement, le plan d’Ethereum prévoyait de diviser la chaîne principale en 64 shards, chacun doté de propositionnaires de blocs et de comités désignés aléatoirement. Le propositionnaire sélectionne les transactions à inclure dans un bloc, qui est validé si deux tiers du comité donnent leur accord.
Ce schéma initial visait à étendre directement les capacités de la chaîne principale. Toutefois, sa mise en œuvre s’est avérée trop complexe. Par ailleurs, avec le développement rapide des solutions Layer 2 et l’essor des Rollups ces dernières années, les développeurs d’Ethereum, menés par Vitalik Buterin, ont progressivement abandonné ce modèle au profit d’une nouvelle orientation technologique : plutôt que de fragmenter directement la chaîne principale, ils adoptent désormais une stratégie centrée sur les Rollups, où la chaîne principale fournit uniquement la disponibilité des données, tandis que les Rollups assurent la montée en charge au niveau des transactions.
Dans cette nouvelle architecture, Ethereum vise à devenir une couche de disponibilité des données extensible, servant essentiellement de registre final. L’extension de la chaîne principale se concentrera sur l’augmentation de la capacité de données des blocs, plutôt que sur l’amélioration de l’efficacité du calcul on-chain. Autrement dit, les shards d’Ethereum fourniront davantage d’espace pour des objets binaires volumineux (blobs) afin de soutenir les Rollups. Ethereum n’a pas besoin d’interpréter ces données, mais simplement d’enregistrer les résultats des calculs et des preuves provenant des Rollups, garantissant leur disponibilité. Les calculs et la validation des transactions sont quant à eux traités par les Rollups sur la couche 2. Plus précisément, les Rollups effectuent les calculs et validations des transactions, puis regroupent plusieurs transactions validées et leurs preuves dans un paquet unique. La chaîne principale enregistre ensuite uniquement ces paquets.
Étant donné qu’un bloc peut contenir plusieurs paquets générés par différents Rollups, divers types de Rollups coexisteront à l’avenir sur Ethereum pour assurer la scalabilité du réseau. Aujourd’hui, les deux principales solutions sont zkRollup et Optimistic Rollup, reposant respectivement sur des preuves de validité (validity proofs) et des preuves de fraude (fraud proofs).
Impact de la mise à niveau vers Ethereum 2.0
Réduction de la consommation énergétique
Après le passage au mécanisme PoS, le réseau ne dépend plus de nœuds-miners consommateurs d’énergie massive, devenant ainsi beaucoup plus écologique. L’efficacité énergétique des nœuds PoS est supérieure de plus de 99 % à celle des nœuds PoW. Dans le système PoW, les mineurs doivent utiliser des équipements puissants et énergivores pour résoudre des calculs mathématiques complexes. Celui qui termine le calcul en premier obtient le droit de créer un bloc et de recevoir la récompense. Dans ce contexte, les mineurs doivent faire fonctionner leurs équipements à pleine charge 24 heures sur 24 pour maximiser leurs gains, entraînant une demande énorme en électricité.
Dans un réseau PoS, le propositionnaire de bloc est choisi aléatoirement. Il n’est plus nécessaire de disposer d’un grand nombre de matériel minier pour concurrencer l’obtention du droit de production de blocs, donc la consommation électrique massive n’est plus requise.
Production d’ETH
Après la transition de PoW à PoS, les récompenses de minage disparaissent, remplacées par des récompenses de mise en jeu (staking). Le taux d’émission d’ETH diminuera ainsi de 90 %. Ce phénomène est surnommé « Triple Halvening », car il équivaut à trois fois la réduction de moitié observée sur Bitcoin. Ethereum connaîtra une baisse brutale de son émission. De plus, comme une partie importante d’ETH sera verrouillée dans les contrats de staking et ne sera plus disponible sur le marché, l’ETH entrera dans une phase de contraction monétaire.
Staking d’ETH
Une fois la fusion achevée, un nombre croissant d’utilisateurs choisiront de miser leur ETH afin de bénéficier d’un rendement quasi sans risque. Selon les estimations, le rendement annuel du staking serait d’environ 4 %. Kraken, dans son rapport « État du staking au premier trimestre 2022 », prévoit que ce taux pourrait atteindre entre 8,5 % et 11,5 % après la fusion.
Par ailleurs, avec la hausse de la demande en services de staking, ce secteur devrait connaître une forte croissance. À ce jour, plus de 13 millions d’ETH sont déjà misés sur la Beacon Chain, soit plus de 10 % de l’offre totale d’ETH, avec la participation de 410 000 validateurs.
Étant donné que chaque nœud requiert un minimum de 32 ETH en mise et qu’il existe des seuils techniques et financiers pour exécuter un nœud, recourir à un service de staking devient nettement plus attrayant que de gérer son propre nœud. Actuellement, Lido, leader du marché du staking liquide (voir l’article précédent À propos de la décote de stETH – Tarification, liquidité et risques de stETH), domine déjà plus de 90 % de ce segment.
Les mineurs
Après la fusion, la chaîne PoW originelle sera progressivement abandonnée, soulevant la question du devenir des anciens mineurs. En tant que deuxième écosystème minier du monde cryptographique, quel choix feront-ils ? Opteront-ils pour un fork de la chaîne initiale ou migreront-ils vers ETC (Ethereum Classic) ? Bien qu’ETC puisse utiliser les mêmes équipements miniers qu’Ethereum, sa capacité à absorber la puissance de calcul est limitée. D’une part, le prix d’ETC étant relativement bas, l’équilibre entre coût et revenu du minage est déjà fragile. D’autre part, si une grande quantité de puissance de calcul afflue après la fusion, la concurrence s’intensifiera, réduisant encore davantage les revenus des mineurs. Quant à l’option d’un fork de la chaîne principale, elle semble difficile à réaliser en raison de la conception de la bombe de difficulté.
Conclusion
La fusion d’Ethereum est désormais imminente. Bien que la feuille de route ait été ajustée à plusieurs reprises, les progrès restent globalement satisfaisants. En tant que blockchain la plus influente et la plus développée au monde, cette mise à niveau aura incontestablement un impact considérable. Avec l’avènement d’Ethereum 2.0, une nouvelle ère commence pour les blockchains publiques. Les problèmes persistants d’Ethereum — faible performance, frais élevés et consommation énergétique excessive — devraient être progressivement résolus grâce à cette série de mises à niveau. Nous attendons avec impatience ce qui va suivre.
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