Points Clés

  • Le trilemme de la blockchain explique le défi d'équilibrer sécurité, décentralisation et scalabilité dans les réseaux blockchain.

  • Améliorer une propriété se fait souvent au détriment d'une ou des deux autres.

  • Différentes blockchains adoptent diverses approches techniques, telles que des mécanismes de consensus alternatifs, des solutions de couche 2 et du sharding, pour aborder le trilemme.

  • Bien qu'aucune blockchain n'ait complètement "résolu" le trilemme, l'industrie continue d'innover vers des conceptions plus équilibrées.

Introduction

Comme les blockchains ne peuvent gérer qu'un nombre limité de transactions par seconde, beaucoup soutiennent que pour que la technologie soit adoptée à l'échelle mondiale, elle devrait être capable de gérer beaucoup plus de données et à des vitesses plus rapides. Cela permettrait à plus de personnes d'utiliser le réseau sans qu'il ne devienne lent ou coûteux.

Cependant, la conception fondamentale de nombreux réseaux décentralisés signifie qu'augmenter la scalabilité tend à affaiblir la décentralisation ou la sécurité. C'est ce qu'on appelle le trilemme de la blockchain. Les développeurs explorent diverses solutions, telles que de nouveaux mécanismes de consensus, du sharding et des réseaux de couche 2.

Le Trilemme de la Blockchain

En résumé, une blockchain est une base de données numérique distribuée. Les blocs de données sont organisés dans un ordre chronologique. Les blocs sont liés et sécurisés par des preuves cryptographiques. La mise en œuvre de cette technologie dans différents secteurs change déjà notre façon de travailler et de vivre.

L'idée est que des blockchains décentralisées et sécurisées permettent un monde où nous n'avons pas besoin de compter sur des tiers pour que les réseaux ou les marchés fonctionnent. Cependant, les experts s'accordent généralement à dire que si cette technologie doit être adoptée plus largement, le trilemme de la blockchain doit être résolu.

Popularisé par le co-fondateur d'Ethereum, Vitalik Buterin, le trilemme de la blockchain fait référence à l'idée qu'il est difficile pour les blockchains d'atteindre des niveaux optimaux des trois propriétés simultanément. Renforcer l'une de ces propriétés signifie souvent compromettre l'une ou les deux autres.

Décentralisation

Les réseaux blockchain sont décentralisés par conception, ce qui signifie qu'aucune personne, entreprise ou organisation unique ne les contrôle. Le réseau est ouvert à quiconque souhaite participer, et le contrôle est distribué entre tous les participants. Tout le monde a accès au même livre, et si un participant essaie de tricher en modifiant les enregistrements en sa faveur, le reste du réseau peut vérifier et rejeter les données frauduleuses.

Considérez la différence entre Bitcoin et le système bancaire traditionnel. Les banques imposent la confiance entre les personnes qui effectuent des transactions et s'assurent que tous les enregistrements sont correctement conservés. La blockchain Bitcoin, en revanche, partage toutes ces données avec tout le monde sur le réseau, afin qu'elles puissent être vérifiées et confirmées avant d'être ajoutées à la base de données. Le résultat est un système qui peut exister sans avoir besoin de tiers.

La décentralisation offre la possibilité de ce qu'on appelle le Web3. Alors que le Web2 constitue la majeure partie d'Internet aujourd'hui, avec des sites et des applications contrôlés par des entreprises, le Web3 donne aux utilisateurs le contrôle de leurs données et de leur identité.

Cependant, la décentralisation s'accompagne de compromis. Comme plusieurs utilisateurs doivent parvenir à un consensus sur chaque transaction, le traitement est souvent plus lent que dans les systèmes centralisés. Cela rend la scalabilité (la capacité à gérer plus de transactions par seconde) un défi clé pour les réseaux décentralisés.

Sécurité de la Blockchain

La sécurité est essentielle pour toute blockchain car, sans elle, les attaquants pourraient compromettre le réseau et altérer l'historique des transactions. Que le système soit centralisé ou décentralisé, la sécurité n'est pas garantie. Les systèmes centralisés peuvent bénéficier d'un contrôle plus strict et d'une prise de décision plus rapide, mais ils présentent également un point de défaillance unique et dépendent fortement de la qualité de leurs équipes de sécurité.

Dans les systèmes décentralisés, la sécurité doit être atteinte sans dépendre d'une autorité centrale. Bitcoin, par exemple, utilise une combinaison de cryptographie et d'un mécanisme de consensus appelé Proof of Work (PoW). Chaque bloc de données est lié au précédent par une signature numérique unique (hash), rendant toute falsification immédiatement détectable.

Le PoW ajoute une autre couche de protection en exigeant que les participants au réseau, connus sous le nom de mineurs, résolvent des énigmes mathématiques complexes par le biais de calculs de hachage extensifs avant de valider les transactions. Cela rend les attaques coûteuses et difficiles à réaliser. Comme le minage de Bitcoin est par conception lourd en ressources, il est plus lent que certaines autres approches.

Notez également que plus il y a de participants (nœuds) dans le réseau, plus il est sécurisé. Plus le réseau est grand, plus il devient difficile pour un acteur malveillant de prendre le contrôle du système.

En théorie, si une personne ou un groupe parvient à contrôler plus de la moitié de la puissance du réseau, ils pourraient effectuer ce qui est connu sous le nom d'attaque à 51 %, ce qui pourrait potentiellement permettre des exploitations telles que la double dépense.

Scalabilité de la Blockchain

La scalabilité fait référence à la capacité d'une blockchain à gérer un nombre croissant de transactions par seconde (TPS). Pour que la technologie blockchain puisse soutenir l'adoption grand public et potentiellement des milliards d'utilisateurs, elle doit traiter les transactions rapidement, à moindre coût et de manière fiable. En pratique, la scalabilité est souvent mise de côté par rapport à la décentralisation et à la sécurité, qui sont les deux principes fondamentaux de la conception de la blockchain.

Les systèmes de paiement centralisés comme Visa, par exemple, peuvent apparemment gérer des milliers de transactions par seconde car ils opèrent dans un environnement fermé et autorisé. Ils ne nécessitent pas de consensus mondial de milliers de nœuds indépendants, ce qui leur permet de traiter les transactions presque instantanément.

En revanche, les blockchains publiques doivent traiter chaque transaction à travers plusieurs validateurs indépendants. Cette vérification distribuée ralentit les performances : la couche de base de Bitcoin a une moyenne d'environ 5 TPS, tandis qu'Ethereum traite environ 18 TPS.

Même avec le consensus Proof of Stake (PoS) remplaçant le PoW dans certains réseaux, le besoin d'accord mondial impose toujours des contraintes. Sans solutions de scalabilité efficaces, une augmentation de l'utilisation peut entraîner une congestion du réseau, des temps de transaction plus lents et des frais plus élevés.

S'attaquer au Trilemme de la Blockchain

La solution la plus évidente et basique au Trilemme de la Blockchain est de réduire le nombre de validateurs (nœuds) du réseau en échange d'une plus grande échelle et vitesse. Mais cela entraînerait un affaiblissement de la décentralisation, avec le contrôle remis à un nombre plus restreint de participants. Cela pourrait également conduire à un affaiblissement de la sécurité, car moins de joueurs signifient un risque d'attaques plus élevé.

Ainsi, voici le trilemme : décentralisation et sécurité sont profondément connectées, et la manière dont les blockchains sont construites rend difficile l'amélioration de la scalabilité sans affaiblir une ou les deux. La grande question est de savoir comment rendre les blockchains plus rapides sans sacrifier les qualités mêmes qui les rendent fiables en premier lieu.

Développements en Cours

Il n'existe pas de solution unique au trilemme. Cependant, les développeurs et les chercheurs ont exploré une variété d'approches, dont beaucoup ont montré des résultats prometteurs. Certains des développements les plus notables incluent :

1. Sharding

Le sharding divise une blockchain en partitions plus petites, ou shards, chacune ayant son propre livre et sa capacité à traiter les transactions indépendamment. Une chaîne principale coordonne les interactions entre les shards, réduisant la charge sur une chaîne unique et améliorant la scalabilité.

Par exemple, le protocole NEAR utilise un modèle de sharding connu sous le nom de Nightshade 2.0, qui évolue dynamiquement en divisant le réseau en plusieurs shards parallèles. En août 2025, le réseau fonctionne avec 8 shards actifs et peut atteindre la finalité des transactions en environ 600 millisecondes.

2. Différents mécanismes de consensus

L'une des raisons pour lesquelles le trilemme existe dans le réseau Bitcoin est due à la manière dont le PoW fonctionne pour garantir la sécurité. Trouver un moyen différent de sécuriser le consensus est une approche pour résoudre le trilemme.

Dans les blockchains PoS, les participants impliqués dans la validation des transactions doivent miser (verrouiller) leurs jetons. Il n'est pas nécessaire d'avoir des machines de minage très spécialisées. Ajouter plus de validateurs au réseau est plus simple et plus accessible. Le PoS n'est qu'une des nombreuses approches différentes des mécanismes de consensus en tenant compte de la scalabilité.

Une autre approche est le Proof of Authority (PoA), qui sécurise le réseau en utilisant les identités des validateurs plutôt que des pièces mises. Dans les systèmes PoA, un nombre limité de participants de confiance sont pré-approuvés pour vérifier les transactions et créer des blocs. Cela peut offrir une scalabilité plus élevée, mais réduit la décentralisation.

Certaines réseaux blockchain utilisent des modèles hybrides pour équilibrer les compromis. Par exemple, la BNB Smart Chain utilise le Proof of Staked Authority (PoSA), où les validateurs mettent en jeu des BNB pour participer à la production de blocs, atteignant des temps de bloc d'environ trois secondes. Le réseau Conflux combine des éléments de PoW avec une structure de graphe acyclique dirigé (DAG) pour améliorer le débit tout en conservant les caractéristiques de sécurité du PoW.

3. Solutions de couche 2

Une autre approche pour s'attaquer au trilemme est de construire au-dessus d'une blockchain existante plutôt que de modifier sa couche de base. Les solutions de couche 2 traitent les transactions en dehors de la chaîne principale, puis règlent les résultats sur celle-ci. Cela réduit la congestion, diminue les frais et maintient la sécurité de la couche de base.

Les Rollups regroupent plusieurs transactions hors chaîne et soumettent une seule preuve compressée à la chaîne principale pour vérification. Les rollups optimistes comme Arbitrum supposent que les transactions sont valides sauf contestation, tandis que les rollups à connaissance zéro (ZK) comme Scroll utilisent des preuves cryptographiques pour confirmer la validité sans révéler tous les détails. Ethereum est devenu de plus en plus centré sur les rollups, avec une grande partie de son activité de finance décentralisée (DeFi), de jeux et de NFT se déroulant sur la couche 2 pour améliorer la vitesse et réduire les coûts.

Les canaux d'état permettent aux participants de réaliser des transactions hors chaîne, seules les états d'ouverture et de fermeture étant enregistrées sur la blockchain. Le réseau Lightning de Bitcoin est un exemple bien connu qui utilise des canaux d'état pour permettre des transactions rapides et peu coûteuses en gardant la plupart des activités hors chaîne tout en s'appuyant sur la couche de base de Bitcoin pour le règlement final.

Réflexions Finales

Le trilemme de la blockchain reste un défi significatif pour que la technologie atteigne son plein potentiel. Cependant, les efforts continus tels que la feuille de route centrée sur les rollups d'Ethereum et l'essor des blockchains modulaires haute performance montrent des voies prometteuses à suivre. Ces innovations visent à améliorer la scalabilité sans compromettre la sécurité ou la décentralisation, rapprochant l'industrie d'un avenir où les blockchains peuvent soutenir des applications à l'échelle mondiale.

Lectures Complémentaires

  • Qu'est-ce que les Appchains (blockchains spécifiques à une application) ?

  • Qu'est-ce que les Réseaux Bitcoin de Couche 2 ?

  • Qu'est-ce que l'Abstraction de Chaîne ?

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