Tout comme les routes ont besoin de feux de circulation, et les États modernes ne fonctionneraient pas sans l'état de droit, chaque blockchain qui vise à atteindre son potentiel maximum (sans encombrer, s'effondrer ou être super chère sur les transactions et les interactions contractuelles intelligentes) doit évoluer. Le composant essentiel de la mise à l'échelle de la blockchain, et le sujet principal de cette série, consiste à utiliser efficacement les couches de blockchain disponibles et supplémentaires au-dessus de la couche de base.

Introduction aux couches blockchain et à l'évolutivité par - Mickey Maler

L'utilisation intelligente des options d'évolutivité de la blockchain (disponibles dans des couches spécifiques) peut-elle fournir une clé qui débloquerait le trilemme d'évolutivité de la blockchain, ce qui empêche la blockchain de parvenir à une coexistence harmonieuse de trois caractéristiques essentielles : la sécurité, l'évolutivité et la décentralisation ? Ou, à défaut, peut-il au moins aider à apaiser les difficultés technologiques liées aux problèmes d'évolutivité ?

Si c'est la première fois que vous lisez sur le trilemme de la blockchain et les problèmes d'évolutivité, c'est la bonne série d'articles pour vous. Le premier chapitre de cette série, celui que vous lisez en ce moment, fournira les informations de base sur les couches - les blocs de construction de la blockchain. Le deuxième chapitre expliquera ce qu'est le trilemme de la blockchain, les difficultés qu'il crée pour les projets de blockchain d'aujourd'hui et comment une architecture intelligente qui utilise correctement les couches pourrait jouer un rôle important dans sa résolution définitive. Après avoir obtenu les connaissances nécessaires, les chapitres suivants examineront plus en profondeur les couches spécifiques et les mises à niveau d'évolutivité de la blockchain et les fonctionnalités qu'elles pourraient fournir pour une blockchain.

Commençons donc par les bases.

Couches. En tant que passionnés de blockchain et de crypto, vous les traitez beaucoup.

Ces « emballages » technologiques encapsulent des protocoles qui agissent comme des blocs de construction de base dans la technologie informatique d'aujourd'hui. Et il en va de même pour la blockchain.

Cet article vise à vous donner une compréhension de base des bases de l'évolutivité de la blockchain, puis fournit un aperçu technologique plus large des blocs de construction de la blockchain. Pour ce faire, nous nous appuierons sur l'analogie d'un modèle simplifié de ville.

Considérez les protocoles de blockchain comme l'infrastructure et les lois d'une ville. Les protocoles de blockchain permettent à la «ville» de se déplacer de manière ordonnée, réglementée et rationalisée. Les villes du monde réel utilisent leurs éléments de différentes manières :

• Ils dédient des rues, des zones et des quartiers à des fonctions ou à des fins spécifiques.
• Ils optimisent la charge sur leurs parties individuelles en répartissant leur personnel via différents types de transports urbains, tels que les voitures, les bus, les trains et autres.

De la même manière, l'architecture d'un projet blockchain attribue certaines technologies à différentes couches.

Cette similitude fonctionne également avec l'expansion. Les villes modernes s'étendent à la fois horizontalement et verticalement pour accueillir autant de citoyens que possible et pour ajouter une variété fonctionnelle - elles deviennent de plus en plus larges et hautes. Ensuite, le sommet de l'urbanisation efficace consiste en des gratte-ciel et des immeubles d'appartements, qui utilisent le moins d'espace pour loger le plus de personnes et d'équipements.

En s'élargissant, la ville peut obtenir de nouvelles fonctionnalités et également alléger la charge de population. Cela pourrait être démontré, par exemple, en ajoutant une nouvelle partie de la ville dédiée aux universités et aux logements étudiants, dont le but est de créer un espace où les personnes intelligentes peuvent opérer et vivre sans surcharger les principales capacités de circulation et d'hébergement de la ville.

Dans le même ordre d'idées, les blockchains ont également tendance à mettre quelque chose à côté de leur architecture de base sous la forme d'un ajout à la couche de base, ou en y ajoutant une couche supplémentaire, pour satisfaire la croissance exponentielle des transactions des utilisateurs ou ajouter de nouvelles fonctionnalités, telles que en tant que compatibilité EVM avec le monde de Bitcoin qui permet aux réseaux basés sur Bitcoin d'utiliser des contrats intelligents Solidity.

Et c'est à ce moment-là, comme dans notre ville, que nos blockchains "s'élargissent", ce qui signifie l'application d'une chaîne latérale qui renforce la capacité d'une chaîne principale et prend en charge certaines de ses charges de débit de données, tout en partageant la même couche ontologique, Layer 1.

Une chaîne principale et une chaîne latérale connectées par un pont inter-chaînes tout en partageant la même couche technologique est une approche d'évolutivité qui devrait améliorer la capacité de la blockchain. Cette approche n'est pas la seule chose qui pourrait être faite pour aider une blockchain à mieux fonctionner. L'ajout de nœuds de blockchain supplémentaires pour améliorer l'efficacité de la blockchain, comme l'évolutivité ou le débit, est un autre moyen. Lorsque nous ajoutons plus d'unités de même signification à un système dans le but d'améliorer ses capacités, nous parlons du concept de mise à l'échelle horizontale.

• Une signification importante de "s'élargir" peut laisser présager une modification des règles de la ville. Plus de citoyens signifient plus d'utilisateurs de blockchain peer-to-peer ; plus d'utilisateurs créent une demande plus élevée de trafic urbain qui pourrait être assimilée à des possibilités de transactions blockchain. Une demande plus élevée de données diffusées d'un point A à un point B peut entraîner la nécessité de blocs de blockchain plus volumineux. Alors que des blocs plus gros, qui peuvent être assimilés à des autoroutes plus larges avec des voies de circulation supplémentaires, peuvent aider à traiter plus de charge de trafic, dans une blockchain, cela dépendrait du nombre de blocs extraits qui va de pair avec la capacité globale de débit des transactions de la blockchain. .
  

S'agrandir ou s'étendre verticalement signifie simplement une meilleure utilisation des ressources spatiales dont dispose la ville. Quelque chose comme une utilisation d'une «mise à niveau de la structure» qui transforme les grands bâtiments de la ville en dimensions de l'Empire State, dont les propriétés augmentent les capacités de fonction d'hébergement de la même zone urbaine en utilisant la dimension verticale.

Ensuite, le matériel, les nœuds et les conteneurs de la blockchain qui permettent à la blockchain de fonctionner peuvent être mis à niveau de la même manière. Ici, nous n'ajoutons pas d'ordinateurs supplémentaires pour faire la même chose qu'avec la mise à l'échelle horizontale, mais nous mettons à niveau la couche matérielle actuelle pour augmenter les capacités du système. Lorsque nous mettons à niveau les exigences matérielles pour augmenter les capacités, nous parlons du concept de mise à l'échelle verticale.

Ces deux concepts, issus du domaine du développement de bases de données, ont leurs avantages et leurs inconvénients, mais leur application dans le contexte de réseaux décentralisés apporte des compromis supplémentaires.

• Les compromis d'évolutivité et l'explication générale suivront dans la suite de cet article.

Pour illustrer le concept susmentionné de la manière la plus simple possible, permettez-moi de citer M. Jonathan R. Brandt , d'une interview pour un Cointélégraphe article Mise à l'échelle verticale et horizontale de la blockchain, expliquée :

«Dans la lutte contre le crime, Hulk évolue verticalement et la Justice League évolue horizontalement. Dans Bitcoin, un serveur de minage peut être mis à l'échelle verticalement en augmentant la mémoire ou en mettant à niveau son GPU, et il peut être mis à l'échelle horizontalement en joignant les serveurs.

Même si l'analogie des éléments de la ville avec les couches de blockchain n'est pas parfaite, elle est toujours étonnamment applicable car la blockchain et la structure d'une ville ont en fait beaucoup en commun :

• Les deux sont des systèmes qui se développent et évoluent de manière organique.
• Les rues, les quartiers et la circulation de la ville peuvent avoir leurs propres niveaux, qui font partie de la même couche ; de la même manière que les voitures, les bus et les trains font partie du trafic urbain.
• Les deux suivent un ensemble de règles de base simples qui déterminent la manière dont ils sont projetés, construits et dont ils fonctionnent.
• Les deux nécessitent la construction d'une infrastructure par-dessus.

Ils ont d'autres similitudes à partir desquelles nous pouvons construire nos analogies :

• Le trafic urbain comme projet blockchain
  • Chaîne principale (L1) en tant que réseau terrestre principal avec une chaîne latérale en tant que circuit urbain autoroutier autour de la ville (L1)
  • Quantité de trafic urbain avec le nombre de blocs minés et le nombre de personnes transportées avec le nombre de transactions blockchain.

Planification, architecture et au-delà

Les aménagements de la ville de base ont été initialement planifiés et conçus uniquement pour leurs premières années d'existence, avec quelques possibilités dérobées d'expansion ou de développement supplémentaires si la population augmente de façon exponentielle pendant une courte période. Après cela, la façon dont une ville évolue est largement basée sur des conditions émergentes, telles que les migrations de population ou les opportunités de travail. Toute planification stricte se produit principalement en réaction à ces conditions.

Il en va de même pour les projets blockchain. Chacun d'eux est conçu pour servir un certain objectif, résoudre un problème et satisfaire autant d'utilisateurs que possible. Cependant, tout a ses limites, et les limites que vous prévoyez peuvent soudainement être largement dépassées, par exemple en raison du succès de l'adoption massive. Lorsque ces limites sont atteintes ou dépassées, une mise à niveau ou une extension de la structure actuelle doit être appliquée pour empêcher le système d'engorger les transactions ou de planter le système.

Et c'est à cela que servent les solutions d'évolutivité de la blockchain disponibles dans les couches 0 à 3.

Deux approches des couches blockchain

Il y a deux points de vue dont nous devons être conscients lorsque nous pensons aux couches de la blockchain.

La première perspective, plus structurelle, comprend les couches de l'architecture de la blockchain, tandis que la seconde perspective décrit les solutions d'évolutivité possibles pour une blockchain créée du point de vue de la hiérarchie ontologique.

Perspective 1 : L'architecture de la blockchain

La première de ces deux perspectives présente tous les blocs de construction de la blockchain qui créent l'architecture en couches de la blockchain, classés en cinq couches. Une courte description qui résume ces couches - de haut en bas :

Couche d' application et de présentation - Couche sur laquelle les contrats intelligents et l'application s'exécutent - Permet la communication entre le front-end des appareils utilisateur et le back-end de la blockchain

Couche de consensus - Cette couche exécute le protocole qui nécessite un certain nombre de nœuds pour vérifier une transaction. Par conséquent, chaque transaction est traitée par plusieurs nœuds qui doivent alors arriver au même résultat et s'accorder sur sa validité ( Déterminisme - partie 1 )Ce cadre :- Maintient la nature décentralisée de la blockchain car aucun nœud n'a le contrôle exclusif des données transactionnelles, et le rôle est distribué- Réalise l'unanimité de l'acceptation de la vérité parmi les nœuds participants- Établit un ensemble clair d'accords entre les nœuds du réseau P2P- Garantit qu'aucune partie n'a un contrôle total sur le réseau blockchain grâce à la décentralisation, et où seule la chaîne la plus lourde ou la plus longue est suivie

Couche réseau - Aussi appelée couche de propagation, est la plate-forme de communication inter-nœuds où chaque nœud doit être capable de découvrir d'autres nœuds- C'est un cadre P2P conçu pour :-- permettre de tester la validité des données de transaction dans le consensus du système création, ajout et découverte de blocs

Couche de données - Les informations sur les transactions sont regroupées et stockées sous la forme de blocs signés et vérifiés - Chaque bloc suivant est lié aux blocs précédents, qui sont connectés au premier bloc jamais extrait, le bloc Genesis. Ce processus est répété chaque fois qu'un nouveau bloc est ajouté ( Déterminisme - partie 1 )- Chaque transaction est signée numériquement avec la clé privée du portefeuille de l'expéditeur. Seul l'expéditeur a accès à cette clé, garantissant ainsi que les données ne peuvent être ni consultées ni falsifiées par quiconque.

Couche matérielle - Équipement et systèmes qui le maintiennent en fonctionnement - Backbone technologique permettant la connexion peer-to-peer de milliers d'ordinateurs qui demandent les données les uns des autres - L'ordinateur dans la blockchain est appelé un nœud, qui est un élément matériel qui fonctionne le logiciel client et vérifie de manière aléatoire les données de transaction

Visualisation

L'architecture de la blockchain commence à partir de sa couche matérielle/infrastructure, au-dessus de laquelle elle construit des couches supplémentaires. Ceux-ci, lorsqu'ils sont combinés, créent une épine dorsale de blockchain.

• Chacune de ces couches a son sens et une raison d'être séparée des autres.

Les trois couches inférieures de l'architecture en couches créent une couche distincte du point de vue de la hiérarchie ontologique. Cette couche combinée est appelée couche 0 (L0).

L0 est un cadre de réseau fonctionnant sous la blockchain et composé de protocoles, de connexions, de matériel, de mineurs, de nœuds, etc., qui constitue le fondement de l'écosystème de la blockchain. Ces composants contribuent à faire de la blockchain une réalité, et leur technologie permet à Bitcoin, Ethereum et à d'autres réseaux de blockchain de fonctionner.

L1 englobe les concepts du réseau de base et de son infrastructure sous-jacente. Ici, nous pouvons trouver un consensus, les protocoles L1 et la chaîne principale et la chaîne latérale (si elle est utilisée) elle-même.

Perspective 2 : La hiérarchie ontologique de la blockchain

Cette approche se concentre sur les solutions d'évolutivité possibles pour une blockchain déjà créée.

• La hiérarchie ontologique de la blockchain sera couverte dans le dernier épisode de cette série.

Jusqu'à présent, nous avons décrit cinq couches architecturales de blockchain qui constituent les bases pour exécuter une blockchain. Cela nous permet de faire un pas de plus pour observer sa fonctionnalité. Les deux images suivantes résument une approche générale des fonctionnalités et fournissent des éléments supplémentaires de chacun des blocs ci-dessous :

La dernière étape que nous devons franchir dans notre exploration de la blockchain est de réaliser que la blockchain, avec toutes ses couches que nous venons de décrire, repose sur Internet. Conformément au thème de cet article, la blockchain est essentiellement une couche Internet supplémentaire.

Comme nous l'avons vu plus haut, le Web fonctionnel n'existerait pas sans Internet. Les applications blockchain ont également besoin d'Internet, mais elles peuvent contourner le Web et nous donner, en plus de bien d'autres choses, une autre version du Web plus décentralisée et unique. Cette version du Web s'appelle Web3, et c'est l'une des plus grandes percées de la technologie blockchain. Vous pouvez en savoir plus sur Web3 dans le chapitre précédent de l'académie .

Pour le dire simplement, une blockchain repose sur les piliers d'Internet, et c'est grâce aux couches Internet qu'une blockchain a tout ce dont elle a besoin pour se connecter aux nœuds et communiquer avec les mineurs, les nœuds et les pairs de la blockchain.

Fin

Mais quelles sont ces couches de toute façon? À proprement parler, une "couche" dans un langage informatique est quelque chose qui est construit et fonctionne sur la base des services fournis par un autre protocole, plus basique. Après tout, c'est ainsi que le protocole IP, l'une des pierres angulaires d'Internet, a été conçu à l'origine.

Par exemple, l'interface réseau qui est à la base de la communication physique d'Internet est la couche qui prend en charge les services pour la couche IP. La couche IP est la base de la couche TCP et la couche TCP est la base de la couche HTTP. Ainsi, deux machines peuvent communiquer par protocole HTTP grâce à toutes les autres couches en dessous d'elles.

• Référence: Réseaux de communication, García/Widjaja, Chapitre 2

Enfin, l'un des éléments essentiels de la blockchain est la suite de protocoles Internet, communément appelée TCP/IP. Grâce à TCP/IP, la blockchain peut fonctionner sur Internet, et tout ce que fait la blockchain est basé sur TCP/IP. Cette fonctionnalité est identifiée comme l'une des parties de la couche 0 de la blockchain.

L'interaction de la blockchain avec TCP/IP est comme une respiration : le service que TCP/IP fournit à une blockchain est comme l'oxygène que notre planète offre. Grâce à ce don de la nature, à condition de l'utiliser avec l'abondance actuelle, nous sommes autorisés à atteindre nos capacités.

De nombreuses blockchains pourraient être utilisables en dehors de TCP/IP. Pourtant, à l'instar d'une petite population d'humains qui vivraient sur Mars dans un avenir proche, cela coûterait extrêmement cher en ressources et serait actuellement inefficace. De la même manière, les humains qui essaieront de vivre sur Mars avec peu d'oxygène auront un style de vie plus dur que sur Terre avec l'abondance d'oxygène, une blockchain fonctionnant sans TCP/IP sera beaucoup moins efficace.

Pensée finale

Si nous imaginons l'interconnexion mondiale comme la roue qui propulse la civilisation moderne vers l'avant, TCP/IP est comme le pneumatique ajouté à la roue, nous faisant passer de l'ère du télégraphe électrique à l'ère d'Internet.

Maintenant, la blockchain promet d'ajouter encore une autre couche sur le pneu, ce qui améliorerait encore plus la fonctionnalité de la roue. Peut-être que, si les choses se passent bien, cela pourrait être comme un harnais anti-gravité, donnant au véhicule souvent lourd de l'humanité la chance de s'envoler dans les cieux.

La fin

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À propos de Sovryn

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