Blockchain modulaire : une solution technique pour faire d'Ethereum l'« ordinateur mondial »
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Blockchain modulaire : une solution technique pour faire d'Ethereum l'« ordinateur mondial »
En regardant l'évolution du secteur crypto depuis 2022, il semble un peu forcé de lancer une nouvelle blockchain L1 à ce stade ; le récit de la blockchain modulaire ne peut être ignoré.
Dédié à des analyses Web3 approfondiesRédaction : 0x1
La tendance à la modularité dans les blockchains
En 2022, envisager le développement de Crypto, lancer une nouvelle blockchain L1 semble peu convaincant. La narration autour de la blockchain modulaire ne peut être ignorée.
Après The Merge, la trajectoire d'Ethereum s'oriente de plus en plus vers celle de la blockchain modulaire (Modular Blockchain).
La différence principale entre une blockchain modulaire et une blockchain monolithique (Monolithic Blockchain) réside dans le fait que cette dernière intègre sur une seule couche de consensus les fonctions d'exécution, de règlement, de consensus et de disponibilité des données, tandis que la blockchain modulaire répartit ces fonctions en plusieurs modules distincts.
En réalité, Ethereum n'est pas le seul à planifier une architecture modulaire :
- Le projet Celestia, pionnier de la notion de blockchain modulaire, construit actuellement au sein de l'écosystème Cosmos une couche de disponibilité des données destinée aux Rollups ;
- Tezos adopte également une feuille de route centrée sur les Rollups ;
- NEAR travaille aussi sur la conception du sharding de la disponibilité des données.
Cet article se concentre principalement sur la tendance à la modularité d'Ethereum.
L'encombrement actuel d'Ethereum illustre déjà les faiblesses de la blockchain monolithique — mauvaise extensibilité, absence de personnalisation et frais élevés.
Le problème de la blockchain monolithique est qu'elle doit accomplir de nombreuses tâches différentes au niveau de la couche de consensus, et l'optimisation d'une seule fonction ne suffit pas à améliorer significativement les performances globales.
De façon imagée, une blockchain monolithique ressemble à un tonneau composé de quatre planches : sa capacité (performance) dépend de la plus courte d'entre elles. Un défaut sur l'une des caractéristiques limite toute la performance globale. En outre, le « triangle impossible de la blockchain » empêche l'atteinte simultanée d'un haut niveau optimal pour toutes les caractéristiques. Ainsi, l'approche purement monolithique ne permet pas de résoudre la crise d'Ethereum.
Extensibilité hybride modulaire : layer1 (sharding des données) + layer2 (rollups)
En réalité, la blockchain modulaire constitue fondamentalement une solution d'extensibilité hybride. Lors du sixième sommet mondial sur la blockchain, le thème de la conférence de Vitalik était « L’émergence de l’écosystème des protocoles de niveau 2 d’Ethereum ». Il y a affirmé que l’écosystème d’Ethereum ne repose ni uniquement sur une extensibilité en L1 ni exclusivement en L2, mais adopte une approche hybride.
La nature même de la blockchain modulaire est similaire à cette combinaison hybride L1/L2.
L'architecture modulaire d'Ethereum
L'architecture modulaire d'Ethereum se compose principalement de quatre couches : la couche d'exécution, la couche de règlement, la couche de consensus et la couche de disponibilité des données.
Actuellement, dans de nombreux cas, les professionnels regroupent souvent la couche d'exécution et la couche de règlement sous le terme de "couche d'exécution", et la couche de consensus ainsi que la couche de disponibilité des données sous celui de "couche de consensus".
Couche d’exécution (Execution Layer) : elle gère le traitement des transactions, l’exécution des ordres et la validation des transferts et contrats intelligents, principalement via les Rollups. À un stade avancé de la blockchain modulaire, les utilisateurs interagissent généralement avec la blockchain par cette couche, notamment pour signer des transactions, déployer des contrats intelligents ou transférer des actifs. Cette couche résout le problème de l’extensibilité.
Couche de règlement (Settlement Layer) : elle valide les résultats produits par les Rollups (ou autres couches d’exécution), règle les litiges et établit les engagements d’état.
Couche de consensus (Consensus Layer) : grâce à un réseau de nœuds complets qui téléchargent et exécutent le contenu des blocs, cette couche parvient à un accord sur la validité des transitions d'état, assurant ainsi le triage et la finalité, tout en validant la création de blocs selon un mécanisme PoS.
Couche de disponibilité des données (Data Availability Layer) : elle garantit que les données transactionnelles sont accessibles (stockées, vérifiables et disponibles). Les données nécessaires à la vérification de la validité des transitions d’état doivent être publiées et stockées ici. En cas de retenue malveillante des données par un proposant de bloc, ces données peuvent servir à la validation.
Dans la phase à court et moyen terme prévisible après The Merge, les couches de règlement, de consensus et de disponibilité des données d'Ethereum restent intégrées.
À l'avenir, Danksharding transformera le sharding des données de la L1 d'Ethereum en moteur de disponibilité des données, la Beacon Chain deviendra la couche de consensus, et l'ancien réseau principal d'Ethereum deviendra une couche d'exécution, tandis que de nombreuses autres couches d'exécution seront constituées par les Rollups L2.
Par ailleurs, au-delà des L2 actuels, l'industrie explore déjà des L3 personnalisés comme extension supplémentaire de la couche d'exécution.
Si Ethereum aujourd'hui n'est encore qu’un « ordinateur mondial » théorique, alors la blockchain modulaire en est la mise en œuvre concrète.
Les prochaines étapes d'Ethereum
Comme on le sait, The Merge correspond au passage du PoW au PoS, soit la fusion entre la Beacon Chain et l'ancienne chaîne principale d'Ethereum.
Outre The Merge, Ethereum poursuit simultanément cinq axes majeurs : The Surge, The Verge, The Purge et The Splurge.
L'ordre de déploiement de ces mises à jour n'est pas défini, car elles avancent indépendamment et en parallèle.
- The Surge concerne l'introduction du sharding, permettant à Ethereum d'atteindre une extension massive via cette technologie.
- The Verge porte sur les arbres Verkle, visant à optimiser le stockage sur Ethereum et à réduire la taille des nœuds. Cette mise à jour utilisera les arbres Verkle, preuves mathématiques améliorées par rapport aux arbres Merkle, afin de diminuer la quantité de données que chaque validateur doit stocker localement. Cela réduira la taille des nœuds, permettra à davantage d'utilisateurs de devenir validateurs, renforçant ainsi la décentralisation et la sécurité du réseau.
- The Purge vise à réduire l'espace disque requis par les validateurs en supprimant les données historiques et la dette technique. Cela simplifie le stockage et diminue la congestion du réseau.
- The Splurge consiste en une série d'ajustements mineurs du réseau Ethereum, incluant diverses petites mises à jour pour fluidifier son fonctionnement.
Vitalik a indiqué qu’après avoir franchi ces cinq étapes clés, Ethereum pourrait atteindre 100 000 TPS, devenant véritablement cet « ordinateur mondial » qu’il avait imaginé à l’origine.
Bien que les noms de ces cinq phases parallèles soient accrocheurs, ils rendent difficile la compréhension concrète du plan d'Ethereum pour les trois à quatre prochaines années. En isolant les mises à jour les plus importantes et spécifiques, il sera sans doute plus facile de percevoir la tendance à la modularité d'Ethereum :
1. Proto-danksharding (EIP-4844)
Proto-danksharding est une proposition visant à implémenter la majorité de la logique et des règles de base définies par la spécification complète de Danksharding (par exemple, format des transactions, règles de validation, etc.), sans toutefois implémenter encore le sharding. À ce stade, tous les validateurs et utilisateurs doivent toujours valider directement la totalité des données disponibles.
La caractéristique principale introduite par Proto-danksharding est un nouveau type de transaction appelé « transaction portant un blob ». Ce type de transaction ressemble aux transactions classiques, mais contient en plus une donnée supplémentaire appelée blob. Un blob fait environ 128 Ko, bien moins cher que des données Calldata de taille comparable. Toutefois, les données du blob ne sont pas accessibles lors de l’exécution de l’EVM, qui ne peut voir que l’engagement relatif au blob.
Actuellement, la taille des blocs d'Ethereum est déterminée par la limite de gaz. Après l'implémentation de l'EIP-4844, le nombre de blobs deviendra une autre dimension influençant la taille des blocs. Chaque blob, structure binaire d’environ 128 Ko, est limité à 8 par bloc (jusqu’à 16 maximum), ajoutant ainsi 1 à 2 Mo supplémentaires (128*8 - 128*16) d’espace de stockage par bloc.
Les blobs sont principalement utilisés pour stocker les données des couches 2, auparavant stockées via Calldata. Avec l’introduction des blobs, l’espace disponible dans les blocs augmente considérablement. Toutefois, étant donné leur taille, si chaque bloc ajoutait 1 Mo de données blob, la blockchain accumulerait plusieurs téraoctets de données supplémentaires par mois. Pour contrôler cette croissance rapide, les données blob seront stockées hors ligne et automatiquement supprimées après 30 jours.
Comme les données blob ne concurrencent pas l'utilisation de gaz des transactions existantes sur Ethereum, l'effet d'extension reste très significatif. Pour comprendre simplement la proposition EIP-4844 de Proto-Danksharding, on peut dire qu'il s'agit de maintenir la taille des blocs d'Ethereum L1 à environ 1 Mo, tout en ajoutant temporairement et hors ligne, pendant 30 jours, des données L2 sous forme de blobs, permettant ainsi une extension efficace.
2. Danksharding
Danksharding est une nouvelle conception de sharding proposée pour Ethereum. Initialement prévu comme un sharding d'état (State Sharding), le projet a ensuite opté pour une feuille de route centrée sur les Rollups, adoptant un modèle d’extension hybride modulaire combinant L1 (sharding des données) et L2 (rollups). Le sharding des données (Data Sharding) incarne précisément l'approche de la blockchain modulaire : Ethereum serait divisé en plusieurs shards de données, chacun connecté à un ou plusieurs Rollups. Ces derniers joueraient le rôle de couche d’exécution, tandis qu’Ethereum servirait de couche de consensus et de disponibilité des données.
Les mécanismes centraux introduits par Danksharding sont principalement : PBS et DAS.
PBS (Proposer-Builder Separation) désigne la séparation entre le proposant de bloc (proposer) et le constructeur de bloc (builder). Le proposant sélectionne le bloc, tandis que les builders se disputent l'ordre des transactions et calculent l'en-tête du bloc. Le proposant assemble ensuite les transactions selon les résultats fournis par le builder et inscrit l'en-tête dans le bloc. Avant PBS, le proposant (mineur avant The Merge, validateur après) pouvait observer les transactions dans le mempool et tirer profit du MEV en choisissant stratégiquement celles-ci. Avec PBS, cette séparation des rôles combinée à la mise aux enchères du droit d'ordonnancement atténue le problème du MEV, dont les bénéfices reviennent finalement à l’ensemble des validateurs. De plus, PBS aide à résoudre la synchronisation entre les shards et la Beacon Chain, ainsi que le problème de censure sur le réseau Ethereum.
DAS (Échantillonnage de disponibilité des données, Data Availability Sampling) est une méthode efficace contre l’explosion de l’état blockchain. Elle permet aux nœuds de vérifier la disponibilité des blocs : grâce au DAS, un client léger peut valider qu’un bloc a été publié en téléchargeant seulement quelques fragments choisis aléatoirement. Comme le DAS permet une vérification parallélisée des données, même un grand nombre de shards de données n’alourdira pas la charge individuelle des validateurs. Au contraire, cela encouragera davantage de nœuds à participer, préservant ainsi une forte décentralisation.
Au final, Danksharding permet une production centralisée de blocs via PBS et une validation décentralisée via DAS, offrant en outre une certaine résistance à la censure, assurant ainsi à Ethereum de devenir une couche de consensus et de disponibilité des données extensible, capable d’accueillir un grand nombre de Rollups sur la couche d’exécution. (Remarque : la production centralisée de blocs et la validation décentralisée correspondent à la vision d’avenir d’Ethereum décrite par Vitalik dans son scénario Endgame.)
Conclusion
Je pense sincèrement que l'équipe fondatrice d'Ethereum est animée par une grande conviction, et de nombreux détails me montrent qu'ils restent fidèles à leurs valeurs initiales.
Parmi les multiples mises à jour d'Ethereum, trois m'ont particulièrement marqué : le fork Byzantium au bloc 4,37 millions, le fork Constantinople au bloc 7,28 millions, et la mise à jour réseau Istanbul au bloc 9,069 millions.
Ce qui est intéressant, c’est que Byzance, Constantinople et Istanbul sont en réalité une seule et même ville. Cette cité s'étend entre l'Europe et l'Asie, bordée au nord par la Corne d'Or, au sud par la mer de Marmara, face à l'Anatolie à l'est, et reliée à la terre ferme uniquement par l'ouest. Napoléon en a dit ceci : « Si le monde était un pays, sa capitale serait Istanbul ». Grâce à Ethereum, cette ancienne ville entre en résonance subtile avec le monde de la blockchain. Ces trois noms de mises à jour transmettent un message fort : Ethereum reste constant.
Peut-être que la voie de la blockchain modulaire d'Ethereum ne sera pas rapide, mais une chose est sûre : que ce soient les grandes étapes comme The Merge, The Surge, The Verge, The Purge, The Splurge, visant à atteindre 100 000 TPS, ou des mises à jour précises comme Proto-danksharding et Danksharding, l’objectif ultime reste inchangé — réaliser la vision originelle d’Ethereum : devenir un véritable « ordinateur mondial ».
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