En raison du "triangle impossible", la décentralisation, la sécurité et l'évolutivité ne peuvent jamais être réalisées que deux fois sur trois dans l'industrie de la blockchain. Le bitcoin, la première crypto-monnaie, place la barre très haut en matière de décentralisation et de sécurité, mais n'est pas à la hauteur en termes d'évolutivité. Pour le réseau Bitcoin :

Transactions par seconde (TPS) = nombre de transactions par bloc / durée du bloc

Transactions par bloc = Taille du bloc / Taille moyenne des transactions

Actuellement, le réseau Bitcoin a une taille de bloc de 1 Mb et un temps de bloc d'environ 10 minutes. Si la taille moyenne d'une transaction est de 0,25 kb, un bloc contient environ 4000 transactions. Le TPS calculé est donc d'environ 7, ce qui signifie que seules 7 transactions peuvent être traitées par seconde, ce qui ne répond évidemment pas à la demande de croissance rapide.

Afin de résoudre le problème de l'extensibilité de Bitcoin, diverses solutions ont été proposées, dont les principales peuvent être divisées en deux types de schémas d'extensibilité de la couche 1 et de la couche 2.

Solution de mise à l'échelle de la couche 1 : Fork et SegWit

La couche 1 fait référence à la blockchain Bitcoin elle-même, tandis que la solution de mise à l'échelle de la couche 1 consiste à modifier la nature de la blockchain elle-même afin d'augmenter son TPS. Selon la formule, TPS = taille des blocs / (durée des blocs * taille moyenne des transactions), l'augmentation de la taille des blocs, la réduction de la durée des blocs et la compression de la taille des transactions peuvent améliorer le TPS de Bitcoin. Cependant, en raison des limitations de la vitesse de transfert des données dans le monde physique, la réduction du temps de blocage réduira la sécurité du système. C'est pourquoi l'augmentation de la taille des blocs et la compression de la taille des transactions sont les deux méthodes principalement envisagées.

Bitcoin Fork : Augmentation de la taille des blocs

"La mise à l'échelle est sans doute le moyen le plus évident d'augmenter le TPS de Bitcoin.

Historiquement, la demande de blockchain a entraîné deux bifurcations majeures du bitcoin, qui ont donné naissance à deux nouvelles chaînes de blocs et à deux nouveaux jetons, BCH et BCHSV. Le forçage consiste essentiellement à dupliquer une copie du code central de Bitcoin et à en modifier certaines parties afin d'optimiser les performances en fonction des besoins, mais cette approche présente toujours des avantages et des inconvénients qu'il convient de peser.

La fourchette de Bitcoin est due à un désaccord de la communauté sur l'orientation future.

Bitcoin étant une blockchain open source, elle est développée par une communauté de personnes partageant les mêmes idées. Lorsque les membres de la communauté Bitcoin ne sont pas d'accord sur l'orientation future du Bitcoin, une fourche peut se produire.

Certains membres de la communauté, par exemple, peuvent souhaiter augmenter la taille des blocs de Bitcoin afin d'améliorer l'évolutivité et de réduire les temps d'attente et les coûts des transactions. D'autres membres peuvent estimer que la taille initiale des blocs doit être maintenue pour garantir la sécurité du réseau, ou ils peuvent avoir des points de vue différents sur l'accord consensuel sur le bitcoin pour des raisons techniques... De telles divergences d'opinion peuvent aboutir à une fourche.

BCH a été forké en 2017 et BCHSV a été forké en 2018 sur la base de BCH.

En août 2017, certains mineurs favorables à l'augmentation de la taille des blocs ont mis en commun leur puissance de calcul et ont forké la blockchain Bitcoin, créant le BCH (Bitcoin Cash) et augmentant la taille des blocs à 8 Mo. En novembre 2018, sous l'influence de membres radicaux de la communauté BCH, BCHSV a été forké pour soutenir le soi-disant "méga-bloc" ou même "bloc illimité".

La taille des blocs augmente le seuil des nœuds, la sécurité ne peut pas être garantie après la bifurcation.

Cependant, la simple augmentation de la taille des blocs pose de nombreux problèmes. Au fur et à mesure que la taille d'un seul bloc augmente, la charge matérielle pesant sur un seul nœud s'alourdit considérablement, et les nœuds qui n'ont pas les moyens de s'offrir le matériel associé se retirent progressivement du réseau. En outre, la taille des blocs augmente alors que la vitesse de transfert des données entre les nœuds et la capacité de traitement des données des nœuds ne s'améliorent guère, ce qui menacera la sécurité et la stabilité du système Bitcoin. Par conséquent, la solution de l'expansion de la taille des blocs se fait au détriment de la décentralisation et de la sécurité.

Témoin séparé (SegWit) : Séparer les messages de transaction pour comprimer la taille des données

Lorsque le bitcoin a été conçu, Satoshi Nakamoto a limité la taille du bloc contenant les transactions à 1 Mo, les données de la transaction contenant à la fois les informations de base sur la transaction et les informations relatives à la signature des commerçants. La technologie SegWit, quant à elle, augmente d'environ 40 % le nombre de transactions pouvant être contenues dans un bloc en séparant les signatures scriptées des informations relatives aux transactions et en les stockant dans l'en-tête du bloc, sans enfreindre les règles d'audit du bloc.

Dans les adresses Bitcoin, celles qui commencent par des caractères tels que 3 ou bc sont des adresses de portefeuilles compatibles avec Segwit, tandis que les adresses commençant par le chiffre 1 sont des adresses plus anciennes.

Une vérification sur Blockchain.com des blocs récemment frappés montre que la plupart des nouveaux blocs sont dotés de la technologie Segwit. Grâce à Segwit, la taille réelle de ces blocs dépasse 1 Mo. En outre, le 14 novembre 2021, le réseau Bitcoin a également demandé de nouvelles mises à niveau de Taproot en plus de SegWit, afin d'améliorer encore la stabilité, la sécurité et la confidentialité du réseau.

Mise à l'échelle de Layer2 : Réseau Lightning

La mise à l'échelle de la couche 2 est également connue sous le nom de mise à l'échelle hors chaîne. Il s'agit d'une solution de performance qui s'étend en dehors du réseau principal afin d'améliorer la vitesse de traitement des transactions et l'efficacité du réseau Bitcoin en créant une autre couche du réseau.

Les solutions courantes de Layer2 comprennent Side Chain, Plasma, State Channels, Rollup, etc. Pour le bitcoin, la solution de niveau 2 la plus connue est le réseau Lightning, créé en 2015.

Réseau Eclair

Le Bitcoin Lightning Network est un système de paiement décentralisé qui vise à rendre les transactions en bitcoins plus rapides, plus sûres et plus rentables. Les transactions sur le réseau Bitcoin peuvent être lentes car elles doivent être confirmées par plusieurs nœuds avant d'être enregistrées sur la blockchain.

Le réseau Lightning a été créé pour répondre à ces questions.

L'intégration des canaux de paiement entre plusieurs utilisateurs et l'agrégation des messages de transaction à publier sur le réseau principal.

Le Lightning Network établit essentiellement des canaux de paiement entre deux utilisateurs, permettant des transactions hors chaîne (généralement de petits paiements), ce qui soulage le réseau principal de la demande de transactions et permet de traiter les transactions plus rapidement. Les nœuds du Lightning Network peuvent connecter des canaux de paiement entre plusieurs utilisateurs avant de consolider toutes les informations relatives aux canaux en une seule transaction et de l'envoyer au réseau principal de Bitcoin pour un enregistrement permanent.

Par conséquent, seules la première et la dernière transaction d'un canal de paiement sont valides sur la chaîne de blocs Bitcoin ; toutes les autres transactions entre les deux parties sont hors chaîne.

Pour créer le canal de paiement, les deux parties doivent soumettre un certain nombre de bitcoins, qui seront également stockés dans la blockchain bitcoin jusqu'à ce que le canal soit désactivé ou fermé. Le montant total de bitcoins que les deux parties peuvent échanger dans ce canal de paiement ne peut pas dépasser le nombre de bitcoins soumis, mais un nombre illimité de transactions peut être effectué sans frais.

Inquiétudes concernant le réseau Lightning : Vitesse toujours limitée par le réseau principal, sécurité des nœuds et seuil d'utilisation élevé.

À première vue, le Lightning Network semble être une bonne solution au problème d'évolutivité de Bitcoin. Il n'a pas encore été largement adopté et présente les limites suivantes :

La vitesse reste limitée par les performances du réseau principal : La vitesse de transaction du Lightning Network reste limitée par les performances du réseau principal, avec une vitesse de transaction maximale de seulement quelques dizaines de transactions par seconde.

Inquiétudes concernant la sécurité : Le réseau Lightning étant décentralisé, sa sécurité dépend de celle de chaque nœud. Si un nœud présente une faille de sécurité, l'ensemble du réseau Lightning peut être affecté.

Difficulté d'utilisation : Le réseau Lightning est encore difficile à utiliser.

Points forts

• Le bitcoin est relativement décentralisé et sécurisé grâce au mécanisme de consensus PoW. Toutefois, sa principale faiblesse est son manque d'évolutivité, avec un taux de transaction moyen de 7 transactions par seconde. Pour résoudre ce problème, il existe plusieurs idées, telles que la modification directe du code de base du bitcoin et l'amélioration du réseau lightning en s'appuyant sur le réseau principal.
• Les deux fourches de Bitcoin, BCH et BCHSV, ont augmenté la taille des blocs et la vitesse des transactions, mais avec l'augmentation de la taille des blocs, les besoins en matériel des nœuds augmentent, ce qui affecte le degré de décentralisation, et la complexité des données affecte la sécurité. La fourchette sacrifie donc toujours la décentralisation et la sécurité.
• Segwit réduit la taille des données en séparant les signatures, et la plupart des nœuds Bitcoin ont adopté cette technologie.
• Pour accélérer les transactions, le réseau Lightning crée des canaux de paiement inter-comptes qui consolident plusieurs messages de transaction avant de les publier dans la chaîne principale. Mais le développement et la sécurité du réseau principal et des nœuds participants, ainsi que le seuil élevé d'utilisation, continuent de limiter la vitesse.