Si vous suivez l’actualité et le monde des crypto-monnaies, difficile de passer à côté des Layer 2 crypto d’Ethereum. Ces blockchains de seconde couche en français, sont devenues indispensables. Face aux soucis de congestion et d’augmentation du prix du gas sur Ethereum, ces nombreuses solutions permettent de prendre en charge de nombreuses transactions et de gagner en scalabilité.
Alors qu’est-ce qu’un layer 2 crypto? Quelles sont les différentes solutions disponibles sur le marché ? Quel effet aura le Merge sur ces solutions de seconde couche ? Autant de questions auxquelles nous répondrons dans cet article !
Définition et raison du succès des Layer 2 crypto
Ethereum est un mastodonte de l’écosystème crypto. Lancé en 2015, la blockchain a introduit la révolution des smarts contracts dans le monde des cryptos. Ces contrats intelligents se réalisent automatiquement lorsque certaines conditions sont remplies. Ainsi, ils permettent le déploiement de nombreuses applications décentralisées (dApps dans le jargon crypto). On considère qu’Ethereum correspond à la blockchain 2.0 en référence à Bitcoin qui serait la version 1.0, pionnière mais limitée dans ses cas d’usages.
Ethereum a connu un succès d’envergure depuis son lancement. Des centaines de dApps ont été déployées sur son réseau. La blockchain a notamment permis l’émergence de tout un secteur, celui de la finance décentralisée. La DeFi permet à n’importe quel utilisateur d’emprunter et de prêter facilement des fonds via des protocoles décentralisés comme Aave, Maker, Curve ou encore Compound.
Face à cet engouement pour Ethereum, des problèmes de congestions se sont rapidement posés sur le réseau. En effet, la blockchain a bien des qualités mais est souvent critiquée pour sa faible scalabilité, tout du moins jusqu’à son passage en proof of stake dont nous parlerons plus bas.
Cette scalabilité limitée et ses performances moyennes ont entrainé un engorgement de la blockchain et une congestion importante par moment. Ces problèmes sont apparus dès 2017 avec le succès fou du jeu NFT CryptoKitties. Le pic de transactions Ethereum a en effet causé les premiers soucis de congestion de la blockchain. Ces soucis sont devenus récurrents notamment avec l’explosion de la finance décentralisée, majoritairement implantée sur Ethereum.
Ethereum ne peut prendre en charge qu’une vingtaine de transactions par seconde, un chiffre limité. Cette congestion a entrainé une augmentation considérable des frais de gas. Durant certaines périodes une seule transaction pouvait couter plusieurs centaines de dollars. Un frein majeur à l’utilisation de la blockchain par le plus grand nombre et une entorse à la volonté de son fondateur, Vitalik Buterin.
Différentes solutions sont possibles lorsqu’une telle situation se produit. Tout d’abord, on peut augmenter la taille des blocs. Toutefois, ces derniers deviennent alors plus difficiles à vérifier et le risque de centralisation est élevé. On peut aussi recourir à des solutions technologiques comme le sharding, à l’œuvre chez Solana ou Near Protocol par exemple. Par sharding ou partitionnement en français, on entend le fait de partitionner les données de manière horizontale pour mieux répartir leur stockage.
De son côté et pour répondre à cette problématique, Ethereum a vu l’apparition des layer 2, les solutions de seconde couche. Si elles sont nommées ainsi, c’est parce qu’elles viennent en surcouche d’Ethereum pour venir décharger le réseau des nombreuses transactions qu’il ne peut prendre en charge. Un layer 2 permet de déporter une partie des transactions en dehors d’Ethereum pour minimiser la charge de la blockchain.
L’idée est d’avoir un smart contract sur la chaîne principale avec deux objectifs: traiter les dépôts et les retraits, et vérifier les preuves que tout ce qui se passe hors de la chaine Ethereum est bien conforme et valide.
Concrètement, lorsqu’un utilisateur souhaite effectuer une transaction sur un layer 2, il doit envoyer des fonds sur le contrat de bridge hébergé sur Ethereum. Ces fonds se retrouvent bloqués sur ce contrat et l’utilisateur reçoit une version tokénisée de ces derniers, émise par le layer 2 et envoyée vers son wallet crypto.
Différentes familles de layer 2 existent, et le nombre total de ces blockchains n’a cessé de grimper depuis plusieurs mois. Les layer 2 se décomposent en deux familles distinctes : les sides chains et les rollups. Ces dernières utilisent deux technologies différentes.
Premières arrivées, les sides chains sont une blockchain évoluant en parallèle d’un réseau principal. Pour connecter la side chain au réseau principal Ethereum, on a recours à un bridge. Concernant la sécurité de ces blockchains, il faut noter qu’elles disposent de leur propre mécanisme de consensus et ne reposent donc pas sur Ethereum. Dans cette catégorie, on peut citer xDa ou encore Polygon.
Les rollups sont eux plus récents. S’ils évoluent aussi en parallèle du réseau Ethereum, ils reposent sur la blockchain principale pour leur sécurité. Ils déplacent les différents calculs en dehors de la chaine principale mais conservent certaines données par transaction sur la chaine. Ils exportent donc une partie des calculs et validations en dehors du réseau et les informations conservées sur la blockchain sont compressées pour diminuer leur taille. Les exemples les plus connus sont Optimism, Loopring ou encore Starkware.
Alors comment fonctionne un rollup ? Ces derniers à l’image d’Ethereum fonctionnent par le biais des arbres de Merkle. En cryptographie, un arbre de Merkle parfois appelé arbre de hachage, est une structure de données qui contient un résumé d’information d’un volume de données généralement conséquent. Sur un rollup, la totalité des données doit pouvoir être contenue dans un arbre de Merkle. Ce dernier sert ainsi de référence concernant l’état du rollup.
Sur la chaine principale du réseau, on retrouvera seulement un smart-contract reliant au rollup. On aura accès à l’état racine du roll-up et il sert de fondement pour évaluer les états futurs.Deux types de rollups existent : les ZK-rollups et les optimistic rollups.
Optimistic rollups
Dans le cadre d’un optimistic rollups, les fonds sont conservés sur un smart contract sur la chaine principale tandis que les transactions se déroulant hors de la chaine sont rassemblées et publiées sous une forme compressée sur la chaine principale Ethereum.
D’un point de vue sécurité, nous avons deux types d’acteurs qui se partagent les tâches : les émetteurs et les agrégateurs. Les émetteurs prennent en charge les transferts et publient les différents transactions sur le réseau. De leur côté, les agrégateurs comme leur nom l’indique agrègent les transaction et vont publier le changement d’état sur la blockchain principale.
La proposition de l’agrégateur ne deviendra valide qu’après 7 jours, le temps de vérifier que tout est bon. N’importe quel utilisateur peut en effet recalculer la racine de l’état publiée et vérifier sa véracité. Une fois validées, les modifications sont inscrites sur Ethereum.
Si ces rollups sont qualifiés d’optimistes, c’est parce qu’ils assurent le bon fonctionnement du réseau et des états fiables dès lors qu’un seul validateur est de bonne foi. Ce type de rollup bien qu’avantageux se montre moins efficaces et scalables que l’autre catégorie : les zk rollups.
ZK rollups
Les ZK rollups ou zero knowledge rollups proposent eux d’agréger des centaines de transactions se déroulant en dehors d’Ethereum et publient dans le même temps une preuve cryptographique de l’état des soldes à la fin des transactions directement sur Ethereum.
On distingue deux types d’utilisateurs sur un ZK rollups : les émetteurs et les relayeurs. Les émetteurs effectuent des transferts et publient leurs transactions sur le réseau. Les relayeurs collectent les données de ces transactions au bout d’un certain temps et génèrent ce qu’on appelle une preuve SNARK représentant la différence entre l’état des comptes avant et après le rollup.
Ainsi la quantité d’informations présente sur Ethereum est fortement réduite, augmentant la scalabilité du réseau et diminuant fortement les frais de gas.
Toutefois, cette technologie est plus complexe à mettre en œuvre et plus sujette aux attaques.
De nombreuses solutions en concurrence !
Les layer 2 sont nombreux. Cette variété permet aux projets souhaitant se développer sur Ethereum de profiter de nombreuses options en fonction de leurs besoins. Ici, nous avons retenu les solutions qui dominent le marché et les plus prometteuses. Alors c’est parti pour un tour d’horizon des layer 2 !
Polygon : le leader incontesté
Le projet Polygon, ou plus précisément Matic Network à l’époque, est né en 2017 de la main de trois développeurs de la communauté Bitcoin. Cette solution se base sur la technologie Plasma. Il s’agit de dupliquer une blockchain mère, cette copie permettant de gagner en rapidité tout en conservant la sécurité. Ce n’est qu’en 2021 que Matic prend le nom de Polygon, le token du projet demeurant le MATIC.
Pour résumer, Polygon vient rassembler différentes solutions de scalabilité pour Ethereum. Avec Polygon, un développeur peut donc créer une blockchain scalable compatible avec Ethereum.
Différents types de blockchains comme les optimistics rollups, les ZK rollups peuvent être crées avec Polygon. Des stand-alone chains, entièrement responsables peuvent aussi être facilement créees.
Lorsque l’on souhaite créer une solution sur Polygon, il faut respecter une structure qui se décompose en 4 parties modulables et customisables :
- La couche Ethereum où sont stockés les smart contracts de Polygon. Ces derniers permettent la finalité des transactions, le staking ou encore différentes transferts d’informations entre Ethereum et Polygon.
- La couche de sécurité comprend les validateurs qui sécurisent les blockchains de Polygon en échange de frais.
Il faut savoir que ces deux premières couches demeurent optionnelles puisque Polygon permet la création de chains souveraines qui ne dépendront pas d’Ethereum. C’est toutefois assez rare car l’intérêt reste quand même de créer une blockchain compatible avec le mastodonte Ethereum.
- La couche Polygon rassemble elle toutes les blockchains développées sur le réseau. C’est ici que les blocs sont produits et que le consensus est géré.
- Enfin, la couche d’exécution qui s’occupe de l’exécution et de la coordination des transactions sur les blockchains Polygon. C’est ici que prend place la machine virtuelle Ethereum (EVM) notamment.
Polygon est une solution qui connait un franc succès et possède désormais un écosystème riche et varié. Polygon a d’ores et déjà vu la création de 7 solutions de scalabilité parmi lesquelles on retrouve Polygon Hermez ou encore Polygon Miden ou Polygon Zero. Ces blockchains peuvent être basées sur une technologie ZK ou Optimistic et répondre à différentes cas d’usages.
Polygon a aussi récemment crée un kit de développement, un SDK pour Software Development kit, nommé Polygon Edge. A l’instar de ce qui se fait sur Cosmos avec le Cosmos SDK, il s’agit de permettre aux développeurs de disposer d’outils pour facilement créer sa propre solution technologique scalable et personnalisable.
Lorsque l’on prend en compte l’écosystème d’applications décentralisées, le succès est là aussi impressionnant. On compte plus de 7000 dApps hébergées sur le réseau Polygon !
Parmi elles, on retrouve des mastodontes dans différents secteurs.
Dans le secteur de la finance décentralisée, de gros acteurs ont profité de cette solution pour contourner les frais importants de la grande sœur Ethereum. Ainsi, des protocoles comme UniSwap, Aave, 1inch ou bien Curve sont tous présents sur Polygon et vous permettent d’emprunter ou de prêter facilement vos fonds.
A l’heure actuelle, Polygon représente la 5ème blockchain en matière d’actifs verrouillés (la TVL pour total Value Locked) soit 3,21 % du total des actifs verrouillés dans la DeFi. C’est toujours loin derrière Ethereum mais la blockchain est désormais devant des blockchains comme Solana ou Fantom.
Dans le domaine des NFT, OpenSea, le leader des marketplaces prend aussi en charge Polygon. Même chose pour les deux projets leaders du metaverse : Decentraland et The Sandbox.
Le token natif de l’écosystème, le MATIC est un utility token qui permet de frais sur les différentes blockchains de l’écosystème Polygon. Il est possible de le staker pour générer des intérêts. Il servira aussi prochainement dans le cadre de la Polygon DAO (organisation autonome décentralisé) pour participer à la gouvernance du projet. C’est un projet inflationniste avec un nombre maximal de tokens fixé à 10 milliards d’unités. Il a connu une année 2021 exceptionnelle en passant de 0,01$ à plus de 2,92$ à son ATH. Une des plus belles performances du dernier cycle haussier.
Polygon reste un projet très prometteur en développement permanent. Ce dernier s’est imposé comme la solution numéro 1 de scalabilité pour Ethereum !
Optimism : le pionnier des optimistic rollups
Optimism comme son nom l’indique se classe parmi les optimistic rollups. Comme évoqué précédemment, les optimistics rollups sont des blockchains dont la sécurité est garantie par un smart contract sur Ethereum.
A l’image de Polygon, Optimism possède un vaste écosystème d’applications décentralisées. On retrouve aussi des géants de la DeFi comme Aave, Curve ou encore Uniswap. La solution attire en effet beaucoup de développeurs anciens mais peu de nouveaux projets qui se tournent vers d’autres solutions encore moins coûteuses.
On retrouve tout de même certaines dApps intéressantes comme Synthetix qui propose différents produits synthétiques entièrement décentralisés. Angle ou encore Beefy sont aussi disponibles sur Optimism. La blockchain se classe actuellement 9ème en termes de TVL derrière Polygon mais devant d’autres layer 2 comme Arbitrum.
Pour certains observateurs, cette solution précurseure en matière d’optimistic rollups souffre aujourd’hui de ce statut de pionnier. En effet, en raison de sa précocité, la solution est plus limitée que de nouveaux projets comme Arbitrum dont nous parlerons plus bas. De plus, les grands exchanges ne prennent pas tous en charge Optimism et réduisent de ce fait l’adoption de cette solution technologique.
Arbitrum : le concurrent numéro 1 d’Optimism
Arbitrum se range aussi dans la catégorie des optimistic rollups. C’est une évolution de la technologie proposée par Optimism. Arbitrum va notamment plus loin concernant son système de fraud proof. Ce dernier permet d’isoler et de repérer les transactions suspectes puis de les exclure. Arbitrum a améliorer ce processus et peut ainsi attendre une cadence de plus de 40 000 transactions par seconde !
Plus performante et moins coûteuses qu’Optimism, Arbitrum a logiquement attiré de nombreuses applications décentralisées. On retrouve ici aussi les géants de la DeFi Aave, Curve ou encore Uniswap mais aussi des protocoles DeFi intéressants notamment en matière de Yield Farming. Des protocoles comme Abracadabra ou encore Badger choisissent donc plutôt Arbitrum qu’Optimism.
Arbitrum est actuellement 10eme en termes de TVL, juste derrière Optimism et bien loin de Polygon ou d’Ethereum. Rapide et peu couteuse, Arbitrum utilise aussi l’Ether comme token Natif. Cela permet de faciliter l’adoption auprès des utilisateurs. Arbitrum s’est imposé comme un optimistic rollup prometteur qui attire de nombreuses applications et de plus en plus d’utilisateurs.
Starkware : le ZK rollup ultra performant
Starkware est quant à lui un ZK rollup. Les ZKP ou preuve à divulgation nulle de connaissance est un protocole cryptographique qui permet de prouver la véracité d’une proposition sans avoir connaissance de la proposition en elle-même. Skarknet est la solution technologique de Starkware qui permet de prendre en charge les mêmes opérations que sur Ethereum mais avec beaucoup plus de scalabilité. La blockchain permet d’atteindre 3 000 transactions par seconde et le tout pour des frais ridicules en comparaison d’Ethereum.
Ce n’est donc pas un hasard si le géant de la fantasy league NFT Sorare a choisi Starkware comme blockchain pour son jeu à succès.
Le projet possède en outre une roadmap ambitieuse avec pour objectif un boost de ses performances et une décentralisation complète. Ce projet très performant et doté d’une technologie complexe et innovante a donc tous les atouts pour s’imposer dans le futur.
Boba Network : le petit nouveau qui monte
Boba Network doit son nom au Bubble tea et aux billes de tapioca qu’il contient : les fameuses Boba. Alan Chiu et jan Liphart ont choisi ce produit populaire et peu couteux pour la symbolique qu’il représente et souhaite développer avec leur solution technologique.
Boba Network s’est développé sur les mêmes bases qu’Optimism mais de nombreuses évolutions ont été apportés par les créateur de Boba pour en faire la solution numéro 1 parmi les layer 2 Ethereum.
Boba Network se distingue notamment par un système de gaz innovant qui permet de faire baisser le prix des transactions de manière significative. La blockchain propose aussi un outil de détection des fraudes permettant à n’importe quel utilisateur de vérifier facilement une transaction. De plus, Boba se distingue par un délai de vérification des transactions extrêmement réduit par rapport aux autres optimistic rollups.
Pour les développeurs, Boba Network propose de connecter un contrat intelligent avec une application en dehors du réseau Ethereum. Une manière de connecter le monde du web traditionnel et le web 3 afin d’en décupler les possibilités. Boba Network possède donc de nombreux arguments à faire valoir dans cette bataille entre les solutions de seconde couche Ethereum.
L’impact du Merge sur les Layer 2
Ethereum est à un stade crucial de son développement. En effet, à la mi-septembre, le mastodonte des blockchains basculera d’un mécanisme de consensus proof of work à un mécanisme proof of stake. Un changement nommé «The Merge » qui permettra au réseau de prendre en charge un plus grand nombre de transactions et de gagner en scalabilité.
Mais alors quel futur pour les layer 2 dont le but est justement de permettre une plus grande scalabilité sur un réseau Ethereum limité ?
Difficile de prévoir l’impact, mais il est sûr que l’efficacité accrue d’Ethereum peut détourner des utilisateurs des solutions de seconde couche. Toutefois pour certains observateurs, ces dernières ont encore de l’avenir.
Alan Chiu, le fondateur et PDG de Boba Network pense que la montée en efficacité d’Ethereum s’accompagnera d’une montée en efficacité encore plus importante pour les layer 2 qui conserveront donc leurs avantages par rapport à Ethereum.
Harold Hyatt, un chef de produit DAO et DeFi chez Trusttoken est en accord avec cette hypothèse : « Les solutions de scalabilité basées sur Ethereum se mettent à l’échelle avec Ethereum, donc si Ethereum devient plus scalable dans le futur ( via le sharding notamment), les L2 gagneront également en scalabilité. Par exemple, si Optimism est 10x plus rapide que le layer 1, puis Ethereum est 10x après le passage au sharding, Optimism sera 100x plus rapide ! »
D’autres observateurs de l’industrie crypto pensent que pour une meilleure adoption de la blockchain, ces layer 2 sont essentiels. Un expert déclare à ce sujet : “Ce que nous verrons, c’est qu’Ethereum deviendra la couche de règlement universelle et que toutes les différentes chaînes compatibles L2 et EVM seront le lieu où la majorité des petites transactions auront lieu.”
S’il est difficile de prévoir l’avenir, les layer 2 semblent avoir les ressources pour survivre au Merge. Plus encore, ils pourraient rester encore longtemps au cœur de l’écosystème Ethereum et Crypto !
Conclusion
Nées de la faible scalabilité et des soucis d’Ethereum, les solutions de seconde couche ont pris leur envol. Dans le sillage de Polygon qui s’est imposé comme le leader en la matière, des blockchains comme Optimism, Arbitrum ou encore Boba Network ont convaicu développeurs et utilisateurs.
Si le flou règne sur leur avenir en raison du Merge à venir pour Ethereum, de nombreux observateurs et investisseurs croient toujours en leur potentiel. L’avenir nous dira si le futur appartient bien aux layer 2 !
