Layer 1 vs Layer 2

Les réseaux couche 1 constituent l’infrastructure fondamentale des blockchains telles que Bitcoin et Ethereum, qui assurent la gestion et la validation de l’ensemble des transactions tout en préservant la sécurité du réseau. Avec l’augmentation du nombre d’utilisateurs de cryptomonnaies, ces réseaux ont vu apparaître des difficultés de scalabilité, se traduisant par une hausse des frais de transaction et un allongement des délais de traitement. Les réseaux couche 2 sont apparus comme des solutions d’extension construites au-dessus des blockchains de base, permettant d’accroître sensiblement le débit des transactions et de réduire les frais en externalisant une partie du traitement hors chaîne. Ce partenariat entre les deux couches permet aux écosystèmes blockchain de se développer sans remettre en cause la décentralisation ni la sécurité.

Origine des réseaux couche 1 et couche 2

Le concept de réseaux couche 1 trouve son origine dans les premiers modèles de blockchain, incarnant des blockchains autonomes et complètes qui prennent en charge la validation des transactions, les mécanismes de consensus et le stockage des données. Bitcoin, première blockchain historique, présentait des contraintes de conception concernant la taille des blocs et le temps de génération, générant des problèmes de congestion du réseau. Ce « trilemme de la blockchain » — l’impossibilité de concilier simultanément scalabilité, sécurité et décentralisation — a favorisé l’émergence de recherches sur des solutions de mise à l’échelle.

L’explosion de la popularité des cryptomonnaies entre 2017 et 2018 a exacerbé les problèmes de congestion, incitant les développeurs à explorer de nouveaux mécanismes d’extension. Les réseaux couche 2 se sont développés dans ce contexte, avec pour objectif de ne pas modifier le protocole sous-jacent des chaînes principales, mais d’ajouter des couches de traitement supplémentaires. Le Lightning Network de Bitcoin fait partie des premières solutions couche 2, tandis qu’Ethereum a introduit différentes options telles que les Optimistic Rollups et les ZK-Rollups.

Mécanisme de fonctionnement : couche 1 et couche 2

Les réseaux couche 1 traitent toutes les transactions directement sur la chaîne via des mécanismes de consensus comme le Proof of Work ou le Proof of Stake. Chaque nœud valide et stocke l’intégralité du registre, garantissant sécurité et décentralisation, mais limitant la capacité de traitement. Par exemple, Bitcoin traite en moyenne 7 transactions par seconde, tandis qu’Ethereum en gère environ 15.

Les réseaux couche 2 s’appuient sur différentes technologies pour externaliser une grande partie du traitement hors chaîne :

1. State channels : les participants réalisent plusieurs transactions hors chaîne et ne soumettent à la chaîne principale que le solde final, à l’image du Lightning Network.
2. Rollups : les transactions sont agrégées et compressées avant d’être transmises à la chaîne principale, qu’il s’agisse des Optimistic Rollups (qui présument la validité des transactions avec une période de contestation) ou des ZK-Rollups (qui utilisent des preuves à connaissance nulle pour attester la validité).
3. Chaînes latérales : blockchains indépendantes fonctionnant en parallèle de la chaîne principale, avec des mécanismes de transfert d’actifs bidirectionnels.
4. Plasma : structure une hiérarchie de chaînes secondaires, chacune soumettant périodiquement des preuves de transaction à la chaîne principale.

Les solutions couche 2 permettent d’atteindre des vitesses de traitement de plusieurs milliers, voire dizaines de milliers de transactions par seconde (TPS), tout en bénéficiant des garanties de sécurité de la chaîne principale.

Risques et défis des réseaux couche 1 et couche 2

Principaux défis des réseaux couche 1 :

1. Limites de scalabilité : la congestion des transactions s’intensifie avec la croissance du nombre d’utilisateurs.
2. Consommation énergétique : particulièrement pour les blockchains reposant sur le Proof of Work.
3. Difficultés de mise à niveau : les évolutions de protocole requièrent un large consensus, ralentissant l’innovation.
4. Frais de transaction : les coûts augmentent lors des pics de congestion, affectant l’expérience utilisateur.

Risques liés aux réseaux couche 2 :

1. Modèles de sécurité complexes : les garanties diffèrent selon les solutions couche 2.
2. Fragmentation de la liquidité : les fonds se dispersent entre plusieurs solutions couche 2.
3. Difficultés d’utilisation : les utilisateurs doivent maîtriser les opérations de pontage entre protocoles.
4. Risques de centralisation : certaines solutions couche 2 reposent sur des validateurs désignés.
5. Délais de retrait : certains réseaux couche 2, comme les Optimistic Rollups, imposent un délai d’attente d’environ 7 jours pour les retraits.

Si les réseaux couche 2 atténuent de nombreuses limites des réseaux couche 1, ils introduisent aussi de nouvelles complexités et risques, ce qui impose aux utilisateurs de bien comprendre les atouts et contraintes de chaque solution.

Les réseaux couche 1 et couche 2 jouent des rôles complémentaires dans l’écosystème blockchain. La couche 1 assure la sécurité et la décentralisation de base, tandis que la couche 2 apporte scalabilité et efficacité. Avec l’évolution des technologies, l’intégration entre les deux couches deviendra plus fluide, notamment grâce à la combinaison du sharding (fragmentation) d’Ethereum et des solutions couche 2, permettant d’envisager des dizaines, voire des centaines de milliers de transactions par seconde. Cette architecture en couches permet à la blockchain de répondre aux besoins des applications d’entreprise tout en préservant les principes fondamentaux de décentralisation, offrant ainsi une base solide à l’expansion des usages de la technologie blockchain.