Ouvrir un nouveau chapitre de l'architecture technologique des jeux blockchain — Créer des jeux entièrement sur chaîne basés sur Arweave
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Ouvrir un nouveau chapitre de l'architecture technologique des jeux blockchain — Créer des jeux entièrement sur chaîne basés sur Arweave
Explorer, du point de vue technique, comment les jeux entièrement sur chaîne (« pure on-chain games ») réalisent la forme ultime des jeux blockchain.
Dédié à des analyses Web3 approfondiesAuteur : webb
Source de l'article : Soumission conjointe de la communauté PemaDAO et de W Labs
Préface : L'essor puis le déclin du GameFi
Entre 2021 et 2022, le marché des jeux blockchain a connu son heure de gloire : Axie Infinity a généré un revenu journalier supérieur à celui de Honor of Kings ; StepN a atteint 300 000 utilisateurs actifs quotidiens en seulement quatre mois, devenant l'application cryptographique la plus populaire au premier trimestre 2022 ; les utilisateurs se sont battus pour acheter des terrains dans Otherside, provoquant des frais de gaz exorbitants.
De plus en plus de capitaux ont afflué vers ce secteur. Le financement du seul premier trimestre 2022 a dépassé la moitié de celui de toute l’année 2021, et entre juin et août, les jeux blockchain sont devenus le domaine le mieux financé. Les levées de fonds à l’échelle du centaine de millions se sont multipliées : MetaApp a levé 100 millions de dollars lors d’une série C, et Limit Break, maison mère de DigiDaigaku, a récolté 200 millions de dollars en deux tours de table.
Données provenant de mymetadata.io
Cependant, avec la chute générale du marché cryptographique en mai, la plupart des projets sont entrés dans une spirale de mort inévitable. Que ce soit en termes de nombre d'utilisateurs ou de prix des jetons, tous ont chuté brutalement. Même des projets phares comme Axie Infinity et StepN n'ont pas été épargnés, et le marché des jeux blockchain est resté moribond depuis.
Données provenant de footprint.network
Après avoir traversé un cycle complet haussier-baissier, le marché du GameFi nous laisse beaucoup d'espace d'imagination, mais aussi de nombreuses questions à méditer : comment s'affranchir du modèle pyramidal dans la conception économique ? Comment parvenir à une itération pleinement décentralisée sur le plan technologique ? Il reste encore bien du chemin à parcourir.
Cet article explore, du point de vue technique, comment concrétiser la forme ultime des jeux blockchain : les « jeux entièrement sur chaîne ».
I. L'impasse technique des jeux blockchain
On peut dire que les NFT et le modèle Play-to-Earn ont été l’étincelle qui a déclenché la dernière bulle du GameFi. Grâce à la blockchain et aux NFT, les jeux blockchain peuvent acquérir des caractéristiques révolutionnaires par rapport aux jeux traditionnels :
- Propriété : grâce aux NFT sur chaîne, les joueurs possèdent véritablement leurs équipements, contrairement aux jeux contrôlés par des opérateurs centralisés.
- Marché ouvert : les joueurs peuvent librement échanger leurs actifs dans des marchés, donnant naissance au mode Play-to-Earn très prisé.
- Composabilité : les objets et équipements peuvent être utilisés à travers plusieurs jeux. Imaginez porter une arme légendaire obtenue dans World of Warcraft dans CS:GO. Loot a fourni un excellent exemple à ce sujet.
Tout cela semble formidable, mais la réalité est tout autre :
Bien que les actifs de jeu et les NFT soient entre les mains des joueurs, leurs valeurs et données sont stockées sur des serveurs centralisés. Les développeurs peuvent modifier arbitrairement les attributs ou même fermer les serveurs, rendant les NFT détenus par les joueurs pratiquement sans valeur.
Plusieurs raisons techniques expliquent cette situation :
- Coût élevé du stockage : le stockage est une ressource rare sur la blockchain. Toutes les blockchains, Ethereum en tête, sont conçues principalement comme des couches de calcul — essentiellement des grands livres — et ne conviennent pas au stockage massif. Il est impossible pour les projets de stocker des données de jeu pouvant atteindre plusieurs gigaoctets directement sur chaîne.
- Coût élevé du calcul : effectuer des calculs sur chaîne consomme des frais de gaz, que ni les joueurs ni les développeurs ne peuvent supporter pour les besoins intensifs des services de jeu.
- Délai de réponse inacceptable : le processus de validation et d'inclusion d'une transaction prend du temps — quelques secondes à plusieurs minutes — ce qui est incompatible avec les exigences de faible latence et d'interactions fréquentes des jeux.
Ainsi, l'architecture technique dominante aujourd'hui est « actifs sur chaîne, exécution hors chaîne ». Ce modèle décentralise uniquement la propriété des actifs, tandis que la génération de jetons se fait hors chaîne. Avant toute transaction, les joueurs doivent souvent effectuer une action de « retrait » pour transférer leurs actifs vers la blockchain. La majorité des calculs et interactions se déroulent sur des serveurs centralisés. Le niveau de décentralisation reste donc très limité.
Certaines solutions L2 ou blockchains dédiées aux jeux (comme Avalanche Subnet ou IMX) tentent de résoudre le problème du coût de calcul, mais elles ne traitent ni le coût de stockage ni le délai de réponse. Quelques projets expérimentent des jeux entièrement sur chaîne, comme Lssac (basé sur StarkNet), mais il s'agit de jeux légers à faible jouabilité, inadaptés aux jeux AAA nécessitant des interactions fréquentes et des ressources volumineuses (jusqu’à 10 Go).
Les limitations des infrastructures blockchain de base ont conduit à cette impasse technique. Nous sommes coincés dans le carcan des blockchains traditionnelles.
Comment sortir de cette situation ? Sortons des sentiers battus et adoptons une nouvelle perspective : utilisons le projet « atypique » Arweave pour résoudre les problèmes techniques des jeux blockchain !
II. Arweave et le paradigme de consensus de stockage (SCP)
Beaucoup connaissent Arweave grâce à la vague récente des NFT, où il a servi de support de stockage décentralisé pour les images. On compare souvent Arweave à Filecoin, mais IPFS et Filecoin bénéficient d'une notoriété supérieure. Pourtant, en creusant davantage, on découvre que Arweave va bien au-delà du simple stockage !
Stockage permanent et philosophie minimaliste : la stratégie économique
Arweave est une blockchain conçue spécifiquement pour le stockage permanent des données, assuré par un mécanisme de consensus unique et des incitations économiques poussant les mineurs à préserver les données indéfiniment.
Arweave repose sur une hypothèse clé : le coût du stockage diminue d’environ 30 % par an, selon une courbe convergente. Ainsi, facturer un stockage sur deux cents ans ou plus revient à un montant fixe. D'où la promesse d’Arweave : payer une fois, stocker pour toujours.
IPFS, le projet de stockage décentralisé le plus célèbre, lancé en 2014 et publié mondialement en 2015, a vu son couche incitative Filecoin ne démarrer qu’en juillet 2020. Même une équipe aussi compétente a mis autant de temps à développer Filecoin, témoignant de sa complexité ingénierie. En effet, Filecoin utilise un système extrêmement complexe pour garantir le stockage des données, avec deux marchés de données, deux mécanismes d'incitation et deux systèmes de tarification.
Faut-il vraiment autant de complexité ? L'équipe d'Arweave a choisi une voie radicalement différente : un design minimaliste, utilisant la stratégie économique pour garantir que les mineurs conservent les blocs.
Arweave utilise une structure appelée Blockweave (« bloc-tissu »). Contrairement aux blockchains classiques, chaque bloc dans le Blockweave pointe non seulement vers le bloc précédent, mais aussi vers un bloc historique aléatoire, appelé « bloc de rappel » (recall block).
Structure du Blockweave
Sur cette base, Arweave implémente un consensus SPoRA (Sparse Proof of Random Access). En plus du PoW classique, les mineurs doivent fournir une preuve de stockage d’un bloc de rappel aléatoire. Ce choix aléatoire pousse les mineurs à stocker davantage de blocs historiques afin d'augmenter leur chance de production de bloc. En particulier, un bloc rare offre une meilleure probabilité de minage car moins de concurrents cherchent à l'utiliser. Autrement dit, la probabilité de minage = probabilité de détenir le bloc de rappel × probabilité de trouver le hash en premier.
Dans Arweave, les mineurs n'ont pas besoin de télécharger tous les blocs, mais la conception unique les incite à stocker plus de données, notamment les blocs rares, assurant ainsi le stockage permanent des données.
L'atout maître : le paradigme SCP (Storage-based Consensus Paradigm)
Au-delà du stockage permanent, la simplicité du design permet à Arweave d'héberger une couche de calcul, lui offrant un potentiel immense comme infrastructure fondamentale du Web3.
Les dApps sur Arweave fonctionnent selon le modèle SCP (paradigme de consensus basé sur le stockage). Elles ne tournent pas directement sur Arweave. Cette dernière stocke uniquement les instructions transactionnelles envoyées par les utilisateurs. Le calcul s'effectue au-dessus, dans des couches supérieures agissant comme des L2 d'Arweave. Ces L2 téléchargent toutes les entrées depuis Arweave et les exécutent séquentiellement, produisant un résultat final. Encore mieux : si le code source du programme est aussi uploadé sur Arweave, n'importe quel client peut reproduire le résultat à partir du code et des entrées, de manière fiable et sans confiance. Nous appelons ce modèle la bande de machine de Turing.
Le SCP offre une liberté exceptionnelle aux développeurs. Ils peuvent utiliser n’importe quel langage familier — Java, Solidity, Python — tant que l’entrée est standardisée, le résultat sera identique.
Un exemple fascinant est celui des applications front-end : en stockant une page statique sur Arweave, elle peut être ouverte directement via un navigateur. Uniswap a déjà archivé ses anciennes versions sur Arweave, permettant aux utilisateurs d’y accéder directement par URL, de façon totalement vérifiable. Ici, le front-end devient lui-même un contrat !
À ce stade, les trois problèmes techniques des jeux blockchain sont résolus :
- Coût de stockage : le stockage permanent sur Arweave est extrêmement bon marché — environ 3 $ pour 1 Go. Moins cher que louer un serveur AWS.
- Coût de calcul : dans le modèle SCP, Arweave ne calcule rien. Chaque application gère son propre calcul. Aucun coût de calcul n’est donc engagé sur chaîne !
- Délai de réponse : les utilisateurs interagissent directement avec la couche applicative. Comme le calcul est externalisé, le temps de réponse peut être aussi rapide que dans le Web traditionnel.
III. Architecture de jeu basée sur SCP
Architecture de service : chaque jeu est un L2
Architecture de service de jeu basée sur SCP
Dans cette architecture, le service de jeu agit comme un L2 sur Arweave : il reçoit et exécute les commandes des joueurs, puis les enregistre de manière ordonnée sur Arweave. Une fois inscrites sur Arweave, ces séquences deviennent immuables et permettent à tout moment de reconstruire l'état final du jeu.
Dans ce modèle, le client ne fait que transmettre les actions sans effectuer de calcul. Le serveur collecte, trie, exécute les actions, puis renvoie les résultats au client. On peut comparer le client à un « lecteur vidéo » : il n’a qu’à afficher les résultats fournis par le serveur. Par exemple, quand un joueur envoie une séquence « courir, sauter, attaquer », le serveur calcule sa position finale, les dégâts infligés, puis diffuse cela à tous les clients concernés. Chaque client rejoue alors la séquence, assurant la synchronisation entre tous les joueurs en ligne.
Dans un scénario idéal, le service de jeu serait constitué de nœuds décentralisés, réalisant un consensus sur la validation, l’ordonnancement et l’exécution des transactions, ce qui améliorerait la fiabilité et la sécurité par rapport à un serveur unique. En revanche, la vitesse de calcul et de réponse serait inévitablement inférieure à celle d’un nœud centralisé.
Cette architecture convient aux jeux dont les exigences de temps réel ne sont pas trop strictes, comme les jeux au tour par tour (Axie), les jeux de cartes (SkyWeaver), les jeux de gestion (Sunflower Land) ou les jeux narratifs.
Application de la technologie P2P et de la synchronisation par trame
Pour les jeux à forte exigence de temps réel — MOBA (Honor of Kings), jeux d'action (ACT), FPS (battle royale) —, les calculs à haute fréquence peuvent être déportés vers la couche supérieure pour un retour rapide, tout en envoyant la séquence d’actions au serveur pour vérification. Le résultat officiel reste celui du serveur, dont les actions seront ensuite inscrites sur chaîne.
Séparation entre calculs à haut et faible temps réel
1. Application de la technologie P2P
Les jeux à fort temps réel impliquent souvent la création de parties privées, comme dans Honor of Kings ou les battle royales, où un groupe de joueurs est apparié pour interagir localement. On peut distinguer les actions fréquentes (temps réel) des actions rares.
Quand des joueurs rejoignent une partie, ils sont connectés directement via un réseau P2P pour communiquer rapidement. Leurs clients synchronisent les séquences d’actions et effectuent les calculs localement, le consensus se faisant uniquement entre eux. Simultanément, ces actions sont envoyées au serveur de jeu, qui exécute, valide, et impose son résultat comme autorité. En cas de tricherie ou d’erreur, le serveur envoie la bonne séquence pour correction.
Ce système exige que tous les clients et le serveur partagent une même échelle temporelle, ce qui fait appel à la technologie de synchronisation par trame des jeux traditionnels.
2. Application de la synchronisation par trame
La synchronisation par trame est largement utilisée dans les jeux MOBA ou de tir pour assurer un temps réel strict. Son principe est simple : même entrée + même moment = même résultat. Ce principe s’accorde parfaitement avec le paradigme SCP.
Le problème de l’entrée identique est déjà résolu par Arweave. Il reste à synchroniser le moment d’exécution.
Le serveur distribue d’abord une graine temporelle aux clients pour synchroniser leurs horloges. Temps et client divisent ensuite le temps en intervalles fixes appelés « trames » — typiquement 50 à 80 trames par seconde. Plus la granularité est fine, plus le contrôle est précis, mais au-delà d’un certain seuil, cela dépasse les capacités humaines de réaction.
Chaque client insère les actions du joueur dans une trame précise et l’envoie au serveur. Celui-ci agrège toutes les entrées et calcule l’état global.
Dans les jeux blockchain, on peut appliquer cette technique : après synchronisation temporelle, les clients diffusent leurs actions en P2P tout en les relayant au serveur. À la fin, états calculés par les clients et le serveur doivent coïncider. Le serveur inscrit ensuite la séquence sur Arweave. En cas de divergence, c’est le résultat du serveur qui prime.
Ces instructions occupent peu d’espace, limitant les frais de stockage. Chaque transaction Arweave n’a pas de limite de taille : 1 Ko, 1 Go, voire 10 Go. Certaines transactions atteignent déjà 2 Go, capables de contenir jusqu’à 20 millions d’instructions.
Émission de NFT et de jetons
L’émission de NFT et de jetons est devenue standard dans les jeux blockchain. Bien qu’Arweave dispose déjà d’un standard PST (similaire à ERC-20) et de capacités NFT, il manque de puissance de calcul pour gérer directement l’émission, le règlement et les échanges. Ces fonctions doivent donc être prises en charge par le service de jeu.
Comme mentionné précédemment, chaque jeu fonctionne comme un L2. Si chacun doit gérer seul l’émission NFT et les jetons, plusieurs problèmes surgissent :
- Réinventer la roue : chaque projet doit maintenir des logiques identiques (émission, échange NFT/jetons).
- Réduction de la composabilité : chaque implémentation étant différente, l’interopérabilité est compromise.
- Risque accru : outre le jeu, les équipes doivent sécuriser des codes critiques liés aux jetons et NFT, risquant des pertes d’actifs en cas d’erreur.
Nous avons donc besoin d’un L2 spécialisé, dédié à l’émission et à l’échange de NFT et de jetons, pour réduire les coûts de développement, améliorer la sécurité et offrir une expérience utilisateur homogène. L’architecture devient alors la suivante :
Architecture NFT L2 et Game L2
Le NFT L2 intègre les fonctions d’émission NFT, création de jetons, transferts et échanges. Les développeurs de jeux n’ont qu’à utiliser ses interfaces pour construire rapidement un système économique décentralisé, délégant les opérations de base au NFT L2. Cela leur permet de se concentrer sur les aspects différenciants : gameplay, modèles économiques, etc.
Une nature intrinsèquement multichaîne
Ce modèle offre un avantage supplémentaire majeur : la portabilité des actifs entre chaînes. Arweave stocke les données de consensus, considérées comme fiables et immuables. Ainsi, les jetons et NFT émis sur Arweave peuvent être transférés sans confiance vers d'autres blockchains.
Il suffit de mapper les adresses des différentes chaînes sur le NFT L2, qui traite toutes les adresses de façon équivalente. Un transfert peut ainsi envoyer un actif lié à une adresse Ethereum vers une adresse Solana, avec simplement un enregistrement sur Arweave.
Par exemple, une transaction cross-chain sur everPay (un portefeuille basé sur le paradigme SCP d'Arweave, https://everpay.io/) :
L'image montre un transfert d'USDC depuis une adresse Ethereum vers une adresse Arweave, sans frais de transaction.
Cette conception facilite aussi la création d'infrastructures supérieures comme des marchés NFT. Le NFT L2 devient une infrastructure fondamentale du GameFi dans l'écosystème Arweave.
Stockage et mise à jour du jeu
Le stockage sur Arweave est extrêmement bon marché — environ 3 $ pour 1 Go. Nous pouvons donc stocker intégralement tous les contenus du jeu sur chaîne : ressources, programmes exécutables, fichiers de configuration, etc., exactement comme dans les jeux Web2, où les joueurs téléchargent d’abord le contenu avant de jouer.
Pour les jeux volumineux ou les jeux web, un chargement partiel initial suivi d’un téléchargement progressif selon la progression est possible. Cela nécessite un canal de chargement rapide entre le joueur et les nœuds Arweave. Dans le Web2, ce rôle est rempli par les CDN. De même, dans l’écosystème Arweave, une couche cache est nécessaire pour permettre un accès rapide aux données, en stockant localement ou sur des nœuds proches de l’utilisateur.
De même, les mises à jour du jeu peuvent être publiées sur Arweave en attendant d’être récupérées par les utilisateurs.
Conclusion
L’architecture actuelle des jeux blockchain repose principalement sur le modèle « actifs sur chaîne, exécution hors chaîne ». Elle décentralise seulement la propriété des actifs, avec un faible niveau de décentralisation. Les actifs des joueurs restent virtuels, car les développeurs peuvent toujours modifier les valeurs. Trois problèmes techniques sont à l’origine de cette situation : coût élevé du stockage, coût élevé du calcul, et délais de réponse inacceptables.
Les jeux entièrement sur chaîne basés sur Arweave permettent de résoudre efficacement ces problèmes. Les applications sur Arweave reposent sur le paradigme SCP, similaire à la bande de machine de Turing : Arweave conserve uniquement les entrées/sorties du jeu, tandis que le calcul est déporté à la couche applicative. Ainsi, ni le coût de calcul ni le délai de réponse ne posent problème. La synchronisation par trame s’intègre naturellement à ce modèle.
Dans ce modèle, chaque service de jeu est un L2 d’Arweave. Un NFT L2 dédié doit servir d’infrastructure commune, offrant aux jeux des fonctions économiques telles que l’émission de NFT, de jetons et les échanges d’actifs.
En guise de conclusion
Nous croyons que les jeux occuperont une place centrale dans le Web3. Les jeux entièrement décentralisés et sur chaîne représentent la forme ultime du développement des jeux blockchain. Actuellement, ce domaine en est encore à ses balbutiements, tant sur le plan technique que conceptuel. Beaucoup de chemin reste à parcourir, à travers exploration et innovation, que ce soit dans les modèles économiques ou les architectures techniques. Arweave et le paradigme SCP ont déjà ouvert une nouvelle ère. Une révolution technologique de fond est en marche — et leur grand spectacle ne fait que commencer !
Références :
La transition des jeux traditionnels vers le GameFi
CoinMarketCap x Footprint Analytics : Rapport 2022 sur l'industrie du GameFi
Le potentiel d'Arweave est de ressusciter la bibliothèque d'Alexandrie, pas de remplacer Filecoin
Foresight Ventures : Comprendre Arweave, infrastructure clé du Web3.0
À propos de PermaDAO
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everFinance est une entreprise technologique spécialisée dans les infrastructures Web3. Portant pour ambition de permettre à un milliard d'utilisateurs d'intégrer le réseau Web3, elle adopte un nouveau paradigme de consensus basé sur le stockage (SCP), explorant de nouvelles approches de développement Web3 visant à améliorer l'expérience utilisateur, réduire les barrières techniques et renforcer les performances du réseau.
PermaDAO est une communauté de contributeurs initiée par everFinance. Chaque participant peut y trouver sa place pour contribuer à l'écosystème Arweave. Toute proposition ou tâche liée à Arweave peut y être publiée et bénéficier du soutien et des retours de toute la communauté. Rejoignez PermaDAO, construisons ensemble le Web3 !
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W Labs est une institution basée à Singapour, spécialisée dans le secteur vertical des jeux blockchain. Elle se concentre actuellement sur la production de contenus originaux, tout en offrant des services d'analyse, de modélisation et de conseil opérationnel pour des projets de jeux blockchain.
WGGDAO (communauté Guatian) est le premier produit incubé par W Labs. Il s'agit d'une communauté DAO regroupant des joueurs authentiques de jeux blockchain, favorisant les interactions entre créateurs et joueurs.
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