Deuxième plateforme de blockchain la plus populaire au monde après le bitcoin (BTC), Ethereum (ETH) vise à être tout ce que son prédécesseur n'est pas. Certaines des limites de Bitcoin freinent Ethereum, comme l'insistance du premier sur l'algorithme de consensus par preuve de travail (PoW) et le manque général d'évolutivité. La mise à jour en plusieurs phases d'Ethereum, comprenant la chaîne Beacon, la chaîne Merge et la chaîne Shard, vise à améliorer l'évolutivité et la sécurité du réseau Ethereum en apportant plusieurs modifications à l'infrastructure. La plus notable est la conversion d'une méthode de consensus par preuve de travail (PoW) en faveur d'un modèle par preuve d'enjeu (PoS), les deux offrant des différences variables dans le protocole.
En 2013, le créateur d'Ethereum, Vitalik Buterin, a proposé une plateforme blockchain qui prendrait en charge des applications et d'autres avantages qui ne sont pas nécessairement centrés sur la finance. Buterin voyait un monde où les développeurs pourraient exploiter la puissance de la décentralisation pour créer des systèmes de gouvernance, des plateformes de prêt, des bases de données, représenter des actifs physiques dans un espace numérique et bien d'autres choses encore.
M. Buterin considère Ethereum comme un superordinateur mondial, mais le réseau peine à valider quelques centaines de transactions dans un délai raisonnable. Les utilisateurs qui effectuent des transactions de faible montant sur Ethereum doivent parfois payer plus de 100 % de frais et de coûts supplémentaires. Pour une plateforme qui cherche à révolutionner la façon dont le monde interagit sur un réseau, Ethereum est indubitablement construit sur une technologie douteuse.
Heureusement, Buterin, divers développeurs de réseaux et la Fondation Ethereum sont conscients des limites du projet. L'équipe d'Ethereum comprend également que les limites de la blockchain d'Ethereum empêchent les investisseurs institutionnels et les autres parties intéressées d'adopter Ethereum.
Pour résoudre les problèmes d'évolutivité d'Ethereum, Buterin et l'équipe de l'ETH ont présenté une mise à niveau du réseau appelée Ethereum 2.0, ou Eth2. Ethereum 2.0 apporte des changements fondamentaux au fonctionnement d'Ethereum, mais sa mise en œuvre prendra des années. Depuis 2020, les développeurs d'Ethereum ont travaillé sans relâche à la mise à jour du réseau, dans l'espoir de rendre Ethereum plus rapide, plus sûr et plus accessible que jamais.
Présentation d'Ethereum 2.0
Ethereum 2.0 marque un changement important dans l'algorithme de consensus du réseau. Au lieu qu'Ethereum utilise un algorithme de preuve de travail à forte consommation d'énergie, la mise à jour Eth2 implique le passage à un algorithme de preuve d'enjeu.
Un algorithme PoS présente de nombreux avantages par rapport à un algorithme PoW, car il permet d'ajuster divers aspects d'un réseau tels que l'évolutivité, la sécurité et l'accessibilité.
Preuve d'enjeu contre preuve de travail
En ce qui concerne le consensus de la blockchain, la preuve de travail a été la méthode originale mise en œuvre par Bitcoin (la première crypto-monnaie au monde). Dans le cadre de la preuve de travail, les mineurs, c'est-à-dire les utilisateurs qui prêtent leur puissance informatique telle que les unités de traitement graphique (GPU) et les unités de traitement centrales (CPU), résolvent des algorithmes complexes et valident des blocs. Les blocs contiennent un certain nombre de transactions au sein d'un réseau blockchain. Lorsqu'un bloc est complet, il est validé et enregistré sur la blockchain par les mineurs.
Essentiellement, chaque bloc de transactions doit être unique afin d'éviter les doubles dépenses ou les transactions en double. Chaque bloc possède son propre code hexadécimal de 64 chiffres prouvant son unicité, mais les mineurs doivent trouver ce code. La puissance prêtée par les ordinateurs des mineurs est utilisée pour résoudre le code hexadécimal, d'où le nom de preuve de travail. Un ordinateur utilise une puissance réelle pour travailler et résoudre un bloc.
Malheureusement, le minage de blocs n'est pas très écologique. Il consomme beaucoup d'énergie et augmente considérablement la facture d'électricité du mineur. De plus, le minage de crypto-monnaies est une compétition. Les mineurs qui ne possèdent qu'une seule carte graphique sont en concurrence avec des exploitations dotées de centaines, voire de milliers de cartes. Seul le premier mineur qui trouve le code reçoit une récompense payée en bitcoins, ce qui limite les utilisateurs qui n'ont pas beaucoup d'argent à investir dans un système de minage adéquat. Il existe d'autres solutions que le minage en solitaire, comme l'adhésion à un pool de minage, mais la récompense est répartie entre des dizaines de participants.
La preuve d'enjeu, cependant, résout une grande partie des problèmes inhérents à un algorithme de consensus PoW. La preuve d'enjeu est similaire à l'exploitation minière en ce sens qu'elle exige des utilisateurs qu'ils valident les transactions. Toutefois, les participants à un réseau PoS sont appelés validateurs. Les validateurs sont des utilisateurs qui investissent, ou verrouillent, un montant de crypto-monnaie dans le réseau. Pour verrouiller les fonds, ces utilisateurs signalent au réseau qu'ils veulent être des validateurs, et plus les validateurs misent de fonds, plus ils sont récompensés pour leur participation.
En tant que validateur, les utilisateurs sont chargés de valider les transactions effectuées sur le réseau auquel ils participent. Lorsqu'un validateur valide une transaction, celle-ci est envoyée à la blockchain et le validateur reçoit une récompense. Par rapport à un système PoW, le PoS est plus accessible, car tout le monde peut participer s'il dispose des fonds nécessaires, plutôt que de nécessiter un matériel coûteux.
L'accessibilité du réseau permet une meilleure évolutivité, car davantage d'utilisateurs sont connectés au réseau et valident les transactions. Un plus grand nombre d'utilisateurs validant un réseau permet également d'améliorer la sécurité et la décentralisation. Il y a de plus en plus de points de stabilité sur un réseau de points de vente, plutôt qu'un point central que les mauvais acteurs peuvent attaquer. L'environnement souffre également moins d'un réseau PoS, car celui-ci nécessite moins d'énergie que l'exploitation minière sur un réseau PoW.
Une plus grande décentralisation sur un réseau permet également d'éviter ce que l'on appelle une attaque 51 %, une attaque standard sur les réseaux PoW impliquant un acteur malveillant qui prend le contrôle de 51 % des nœuds et valide des transactions mal intentionnées. D'une certaine manière, la preuve d'enjeu permet d'éviter une attaque de type 51 %, car pour tenter une telle attaque, il faut détenir 51 % de tous les jetons du réseau. Détenir 51 % de tous les jetons sur un réseau PoS semble presque impossible, car il faudrait pour cela voler des centaines de portefeuilles Ethereum à la fois.
Une fois la mise à niveau terminée, Ethereum bénéficiera de tous les avantages de la preuve d'enjeu. La preuve d'enjeu apportera à Ethereum une meilleure évolutivité, une meilleure accessibilité et une meilleure sécurité, ce qui le rendra plus respectueux de l'environnement. Mais le passage d'Ethereum à un réseau 2.0 n'est pas une tâche facile, car il nécessite une multitude de contributions de la part des utilisateurs et beaucoup de temps pour que les changements prennent effet.
La transition d'Ethereum vers le réseau 2.0 est divisée en plusieurs étapes.
Phase 0
La phase 0 de la mise à jour d'Ethereum 2.0 introduit ce que l'on appelle la chaîne de balises. Lancée le 1er décembre 2020, la Beacon Chain marque le passage au PoS, permettant aux utilisateurs de mettre en jeu (verrouiller) leur Ethereum et de devenir des validateurs. Cela dit, la phase 0 n'affecte pas la blockchain principale d'Ethereum, la chaîne Beacon existe parallèlement au réseau principal d'Ethereum. Toutefois, la chaîne Beacon et le réseau principal finiront par être reliés. L'objectif est de "fusionner" le Mainnet avec le système de preuve d'enjeu contrôlé et coordonné par la Beacon Chain.
En outre, les validateurs potentiels peuvent toujours manifester leur intérêt pour la Beacon Chain en misant 32 ETH. Demander aux utilisateurs de miser 32 ETH n'est pas une mince affaire, étant donné que 32 ETH représentent des dizaines de milliers de dollars d'Ethereum. Les fonds misés seront également conservés pendant deux ans ou plus, avant d'être libérés lorsque l'Ethereum 2.0 sera prêt à être lancé. Les premiers validateurs doivent être très engagés dans l'avenir du projet, d'où les conditions d'entrée élevées.
Phase 1
La phase 1 devait être lancée à la mi-2021, mais elle a été reportée au début de 2022, les développeurs citant le travail inachevé et l'audit du code comme les principales raisons du retard d'Ethereum 2.0. Cette prochaine étape fusionnera la chaîne de balises avec le réseau principal et passera officiellement à un algorithme de consensus PoS. À partir de la phase 1, Eth2 hébergera tout l'historique des transactions d'Ethereum et prendra en charge les contrats intelligents sur le réseau PoS. Les stakers et les validateurs entreront officiellement en action, car Ethereum 2.0 éliminera le minage du réseau. On s'attend à ce que de nombreux mineurs prennent leurs avoirs et les mettent en jeu pour devenir des validateurs.
Dès le départ, les développeurs ont voulu que la phase 1 de la mise à niveau d'Ethereum 2.0 introduise le sharding. Le sharding consiste à diviser une base de données, ou dans ce cas, la blockchain, en plusieurs chaînes plus petites appelées shards. Eth2 aura 64 shards, c'est-à-dire qu'il répartira la charge du réseau sur 64 nouvelles chaînes. Les shards facilitent l'exploitation d'un nœud en réduisant les exigences matérielles. Cette mise à niveau interviendra après la fusion du réseau principal et de la chaîne de balises.
Avec Ethereum 2.0, les validateurs et d'autres utilisateurs peuvent gérer leurs propres shards, validant ainsi les transactions et évitant que la chaîne principale ne soit trop encombrée. Une méthode de consensus avec preuve d'enjeu est nécessaire pour que les réseaux d'entités puissent entrer en toute sécurité dans l'écosystème Ethereum. Le jalonnement sera introduit sur la chaîne Beacon, préparant ainsi le terrain pour la mise à jour ultérieure de la chaîne shard.
Phase 2
Enfin, la phase 2 verra l'introduction d'Ethereum WebAssembly ou eWASM. WebAssembly a été créé par le World Wide Web Consortium et est conçu pour rendre Ethereum beaucoup plus efficace qu'il ne l'est actuellement. Ethereum WebAssembly est un sous-ensemble déterministe de WebAssembly proposé pour la couche d'exécution des contrats intelligents d'Ethereum.
Ethereum dispose actuellement de ce que l'on appelle une machine virtuelle Ethereum, ou EVM. L'EVM permet à Ethereum de fonctionner comme un superordinateur mondial. Les utilisateurs accèdent à cet ordinateur dans le monde entier, exécutent des contrats intelligents et interagissent avec des applications décentralisées (DApps). L'EVM stocke tout le code nécessaire à l'exécution des commandes sur Ethereum, tout en facilitant les adresses des portefeuilles pour les transactions et en calculant les frais de transaction (gaz) pour chaque transaction.
L'EVM peut prendre en charge plusieurs actions à la fois, par exemple savoir si un contrat intelligent doit être résilié (il consomme trop de gaz), si une DApp est déterministe (si elle exécutera toujours les mêmes entrées et sorties) ou si un contrat intelligent est isolé (en cas de problème, l'erreur de ce contrat n'affectera pas l'ensemble du réseau Ethereum). Cependant, le réseau Ethereum est devenu un peu trop encombré. En raison du grand nombre de transactions simultanées, l'EVM est beaucoup plus lent que ce qui était prévu à l'origine. L'EVM d'Ethereum est également difficile à mettre à jour car il a été écrit dans un code spécifique et difficile à comprendre, Solidity. L'eWASM a été spécifiquement conçu pour remplacer l'EVM, dont la mise en œuvre interviendrait en phase 2.
L'eWASM compile le code beaucoup plus rapidement que l'EVM, ce qui accélère les processus au sein du réseau. Le gaz fonctionne plus efficacement via l'eWASM, et ce dernier est compatible avec divers langages de codage traditionnels tels que C et C++. Fondamentalement, l'eWASM est destiné à rendre le développement d'Ethereum beaucoup plus accessible.
