Qu’est-ce que le trilemme de la blockchain ?

Points essentiels

Le trilemme de la blockchain décrit la difficulté à concilier décentralisation, sécurité et scalabilité dans les réseaux distribués, où l’amélioration d’un aspect se fait souvent au détriment d’un autre. Diverses approches, comme les solutions layer 1 et layer 2, ont été développées pour répondre à ces limites, mais aucune solution définitive n’a encore été trouvée. Bien que certains projets annoncent des avancées majeures, la résolution complète du trilemme reste un défi.

Le trilemme de la blockchain, aussi appelé trilemme de la scalabilité, désigne le problème fondamental de la montée en charge des systèmes distribués. Il repose sur l’idée que les trois caractéristiques principales de la blockchain (décentralisation, sécurité, performance) ne peuvent pas être assurées au même niveau simultanément. Les réseaux décentralisés ne peuvent garantir que deux de ces trois propriétés à un haut niveau, ce qui implique qu’en améliorant l’une, une autre sera inévitablement affectée.

On peut l’illustrer avec l’exemple de Bitcoin. Cette blockchain traite un nombre assez faible de transactions par seconde – environ sept – et les blocs sont minés toutes les dix minutes. Ainsi, lorsque le réseau est saturé, les transactions avec des frais faibles peuvent prendre beaucoup de temps à être confirmées. En résumé, la sécurité et la décentralisation sont assurées à un haut niveau, mais la performance en pâtit.

Une façon d’améliorer la performance consiste à augmenter la taille des blocs, mais cela accroît considérablement la complexité. En conséquence, seuls les grands pools de minage restent présents sur le réseau et le système devient plus centralisé. Si l’on tente d’améliorer la performance en réduisant le temps de minage, c’est la sécurité qui en souffre, car les nœuds risquent de ne pas avoir le temps d’atteindre un consensus avant la création de nouveaux blocs.

Historique du trilemme de la blockchain

Le scientifique américain Eric Brewer a formulé le théorème CAP dans les années 1990 (il a été formellement démontré en 2002). Ce théorème postule que tout système de stockage de données distribué ne peut garantir que deux des trois caractéristiques suivantes : cohérence, disponibilité et tolérance au partitionnement. Les développeurs de systèmes décentralisés doivent donc sacrifier l’une de ces propriétés pour assurer un haut niveau d’efficacité des deux autres.

Ce théorème a ensuite été adapté à la blockchain et popularisé par Vitalik Buterin. Son projet Ethereum a été la première plateforme à permettre le déploiement de DApps. Étant donné que les applications décentralisées peuvent potentiellement accueillir un nombre illimité d’utilisateurs, l’objectif principal des développeurs Ethereum était d’augmenter le débit du réseau sans compromettre la décentralisation ni la sécurité.

Comment les différents réseaux vivent le trilemme de la blockchain

On considère qu’une base de données distribuée possède trois caractéristiques principales :

• la scalabilité (la capacité de la blockchain à accroître ses performances, c’est-à-dire à traiter toujours plus de transactions par seconde) ;
• la sécurité (la résistance aux attaques informatiques) ;
• la décentralisation (l’absence d’autorité centrale, le contrôle total du fonctionnement du réseau étant réparti entre les participants).

Voyons maintenant quelques exemples pour illustrer l’impact du trilemme sur différents réseaux décentralisés.

• Traditional blockchains (comme Bitcoin ou Litecoin). Les participants doivent valider chaque transaction, ce qui renforce la sécurité et la décentralisation, mais limite la productivité.
• High-speed networks. Ces réseaux fonctionnent avec un nombre réduit de nœuds, chacun devant répondre à des exigences strictes. Cette approche offre de bonnes performances et une sécurité élevée, mais réduit fortement la décentralisation.
• Multichains. Ce principe consiste à connecter des applications à différents réseaux interagissant via des protocoles d’interopérabilité cross-chain (CCIP). Ces blockchains bénéficient d’une forte décentralisation et d’une bonne scalabilité, mais la sécurité en souffre. En effet, il suffit qu’un hacker prenne le contrôle de la majorité des nœuds d’un seul réseau pour compromettre l’ensemble du système, ce qui mettrait en péril toute l’architecture et l’ensemble des participants.

Existe-t-il une solution au trilemme de la blockchain ?

Les développeurs de registres décentralisés ont tenté à de nombreuses reprises de résoudre le trilemme de la blockchain au fil des ans.

Aujourd’hui, deux grands axes concentrent les efforts pour relever ce défi : les layers 1 et 2 du réseau.

• Layer 2. Certaines blockchains qui cherchent à résoudre le problème de scalabilité choisissent de déporter une partie de leur charge sur une « layer 2 », c’est-à-dire une blockchain séparée. Parmi les solutions layer 2 sur Ethereum, on trouve notamment les réseaux Optimism, Arbitrum et Polygon.
• Layer 1. Les solutions layer 1 impliquent des modifications de l’architecture de la blockchain principale. Selon les réseaux, les solutions proposées varient : passage du PoW (proof-of-work), jugé lent, à d’autres algorithmes de consensus, sharding, augmentation de la taille des blocs, réduction du temps de minage, etc. Il est important de noter que la conception et la mise en place de ces changements sont beaucoup plus complexes et longues que pour les solutions layer 2.

Certains projets affirment avoir dépassé les « compromis quasi parfaits » et résolu le trilemme. L’an dernier, par exemple, les développeurs de Kaspa ont annoncé qu’avec BlockDAG, le trilemme ne posait plus de problème sur leur réseau. Découvrez notre article pour en savoir plus sur BlockDAG et le fonctionnement de Kaspa.

De plus en plus d’idées émergent pour améliorer la blockchain et renforcer l’une des trois propriétés fondamentales sans sacrifier les deux autres. Seul l’avenir dira si le trilemme de la blockchain pourra un jour être totalement résolu.