Regardons de plus près la recherche d’IOG, partie 4. Comment les solutions de couche 1 et de couche 2 créent une blockchain plus rapide et plus résiliente.
Les précédents articles de blog ont abordé la recherche fondamentale (1) qui a permis à Cardano de prendre en charge un grand livre multifonctionnel pour des contrats intelligents expressifs (2) et des actifs natifs (3).
Dans le cadre de la phase de développement Basho, Cardano fait l’objet de mises à niveau et d’optimisations régulières pour une évolutivité et une interopérabilité accrues. L’article intitulé « Comment nous mettons Cardano à l’échelle en 2022 » traitait des objectifs d’évolutivité de Cardano, ainsi que de l’interopérabilité et du rôle des chaînes latérales. Ce nouveau billet examine de plus près les recherches qui permettront ces améliorations progressives.
Mise à l’échelle de Cardano
L’évolutivité est essentielle pour qu’un réseau de blockchain puisse prendre en charge une base d’utilisateurs en expansion et assurer une croissance sans sacrifier le débit.
La mise à l’échelle d’une blockchain nécessite généralement une approche combinée avec une diversité de solutions adaptées à chaque situation et projet. Par exemple :
- Solutions de couche 1 : mises à niveau appliquées directement au protocole de la chaîne principale.
- Solutions de couche 2 : chaînes supplémentaires (sidechains) ou solutions de couche 2 (ZK rollups) qui augmentent les performances de la chaîne principale.
Solutions d’évolutivité de la couche 1
Le pipelining et les avaliseurs d’entrée sont deux solutions on-chain dont la mise en œuvre est prévue sur Cardano en 2022-2023. Le document détaillant les recherches effectuées sur le pipelining n’est pas encore publié, mais voici quelques-unes des propriétés et des raisons de l’introduction du pipelining.
Le pipelining dans Ouroboros
Pour comprendre ce qu’est le pipelining, définissons d’abord le terme de propagation de blocs. La propagation des blocs signifie que les nœuds producteurs de blocs distribuent les informations sur les nouveaux blocs à travers le réseau.
Le pipelining améliore les temps de propagation des blocs. L’objectif est que les blocs soient propagés aux pairs en moins de cinq secondes. Le pipelining permet d’atteindre cet objectif en donnant aux nœuds la possibilité de pré-notifier leurs pairs en aval d’un bloc entrant, ce qui permet au pair de pré-recueillir le nouveau corps du bloc.
La recherche présente une idée pour propager les corps de bloc avant de les avoir entièrement validés. Cela permet de retirer le travail de validation du corps de bloc du chemin critique de la propagation du bloc et de faire en sorte que le temps consacré à la validation se chevauche avec l’envoi du bloc au prochain pair du réseau. Cela réduit le temps de propagation des blocs, ce qui permet d’augmenter la taille des blocs ou d’améliorer Plutus, entre autres. Par conséquent, plus le bloc est gros, plus il peut contenir de transactions et de scripts Plutus, ce qui influence également le débit de la blockchain. Il est prévu que ces améliorations soient appliquées à Cardano lors de l’événement de hard fork de Vasil.
Inputs endorsers
La mise en œuvre des endosseurs d’entrée ( ou « input endorsers » ) améliorera également les temps de propagation des blocs et le débit. Les endosseurs d’entrée gardent la trace de toutes les transactions soumises et regroupent ces transactions dans des blocs pré-construits. Cela signifie qu’il y a deux ensembles de blocs, ceux qui contiennent les transactions et ceux qui réalisent le consensus. Les blocs qui obtiennent le consensus font référence aux blocs préconstruits, qui sont diffusés en continu sans avoir à attendre que le consensus soit atteint. Cela améliorera la cohérence des temps de propagation des blocs et permettra des taux de transaction plus élevés.
La mise en œuvre du pipelining est une technologie tout simplement géniale. Les benchmarks synthétiques montrent des gains d’efficacité allant jusqu’à 40 %. C’est une grande partie de l’histoire de la façon dont Cardano évolue pour répondre à la demande en 2022. L’année 2023 verra l’avènement de Ouroboros Leios (endosseurs d’entrée), qui changera la donne. On s’attend à ce que les avaliseurs d’entrée fassent évoluer Cardano pour la prochaine demi-décennie.
John Woods, l’ancien directeur de Cardano Architecture chez IOG
Tarification échelonnée
Une autre initiative de recherche des scientifiques d’IOG est la mise en œuvre d’une tarification différenciée. Dans le système actuel, toutes les transactions sont traitées de la même manière sans possibilité de modifier leur priorité en payant des frais de gaz plus élevés, par exemple. Cette approche fonctionne bien tant que le débit du réseau est comparable à la demande de traitement des transactions. Toutefois, lorsque l’utilisation du réseau augmente, toutes les transactions ne sont pas forcément incluses dans la blockchain. La possibilité d’une attaque par déni de service (DoS) – profitant du traitement équitable des transactions pour faire passer des spams malveillants pour des transactions légitimes – nécessite des mesures supplémentaires pour assurer la santé du réseau.
La tarification par paliers permet une performance régulière du système de manière agile, et est particulièrement pertinente pour prévenir les attaques par déni de service. La recherche propose de maintenir la prévisibilité, l’équité et la rentabilité des transactions Cardano tout en atténuant les problèmes qui pourraient découler d’une demande accrue du réseau. L’approche met en avant un nouveau mécanisme de frais de transaction, dans lequel chaque bloc est divisé en trois « niveaux » (en fonction du cas d’utilisation). Chaque niveau représente un pourcentage déterminé de la taille maximale du bloc et est conçu pour différents types de transactions : équitable, équilibré et immédiat. Lorsque le réseau n’est pas occupé, les paliers fonctionnent par défaut selon la méthode standard de hiérarchisation des transactions.
Solutions d’évolutivité de la couche 2
Pour faciliter la mise à l’échelle du nombre de transactions pouvant être traitées en même temps, un réseau de blockchains peut mettre en place un certain nombre de chaînes latérales, introduire des canaux d’état ou appliquer un système de multi-signatures basé sur les enjeux, par exemple.
Sidechains
Le document « Proof-of-Stake Sidechains » a été publié en 2019. Ce document fournit la première définition formelle de ce qu’est un système de sidechains et de la manière dont les actifs peuvent être déplacés en toute sécurité entre les sidechains.
Les scientifiques d’IOG ont proposé une définition de la sécurité qui augmente les propriétés connues des grands livres de transactions, à savoir la persistance et la vivacité, pour qu’elles soient valables pour plusieurs grands livres, et les améliorent avec une nouvelle propriété de sécurité « pare-feu ». Cela protège chaque blockchain de ses chaînes latérales, limitant ainsi l’impact d’une défaillance potentiellement catastrophique d’une chaîne latérale. L’article fournit également une construction de sidechain qui convient aux systèmes de sidechain de preuve d’enjeu et qui est compatible avec le protocole de consensus Ouroboros. Des techniques telles que le jalonnement fusionné, la certification inter-chaînes et l’utilisation de signatures multiples sont présentées pour assurer la résilience des chaînes latérales aux attaques malveillantes.
À la suite de ces recherches, IOG a développé la sidechain Cardano EVM, qui est actuellement en version alpha sur testnet. Elle sera compatible avec les outils et les bibliothèques d’Ethereum, ce qui permettra aux développeurs de créer des contrats intelligents Solidity, des DApps et des jetons ERC20 sur Cardano pour bénéficier d’avantages tels que la rentabilité, l’évolutivité et la sécurité.
Hydra
Outre les chaînes latérales, il existe d’autres solutions pour améliorer l’évolutivité des réseaux. Les chaînes d’état Hydra, par exemple.
L’article de recherche « Hydra : Fast Isomorphic State Channels » a été publié en 2021. Ce document présente Hydra, un canal d’état multipartite isomorphe. Les canaux d’état constituent une solution de niveau 2 intéressante pour améliorer le débit et la latence des blockchains. Hydra simplifie le développement de protocoles et de contrats intelligents hors chaîne en adoptant directement le système de contrats intelligents de la couche 1, ce qui permet d’utiliser le même code sur et hors chaîne. En tirant parti du modèle EUTXO, la recherche suggère comment développer un protocole off-chain rapide pour l’évolution des têtes Hydra, dont le protocole est actuellement mis en œuvre sur Cardano.
Mithril
Enfin, pour obtenir une plus grande évolutivité, il est également important de rationaliser la vitesse et l’efficacité de la synchronisation des données entre les applications. C’est dans cette optique que l’équipe de recherche d’IOG a publié un article intitulé « Mithril : Stake-based Threshold Multisignatures » en 2021.
Une validation efficace de la chaîne est essentielle pour obtenir une plus grande évolutivité dans un contexte de blockchain. Cela dépend également des différents messages signés par les validateurs du réseau. Mithril s’attaque à la complexité des opérations critiques qui dépendent logarithmiquement du nombre de ces participants. Compte tenu du temps nécessaire pour valider un message particulier et de l’utilisation des ressources pendant la phase de validation de la synchronisation de la chaîne, Mithril fournit une solution qui rend l’agrégation de signatures multiples rapide et efficace sans compromettre les caractéristiques de sécurité.
L’article réfléchit à la manière de conserver des paramètres de sécurité forts dans l’agrégation multi-signatures. En conséquence, Mithril peut être appliqué pour un protocole de synchronisation de chaîne rapide, efficace et sécurisé. Il est avantageux pour le vote sécurisé, l’échange de données entre les chaînes latérales et la synchronisation des données dans les portefeuilles légers. Il fait partie de la phase Basho et sera mis en œuvre en 2022.
Le mot de la fin
Il y a actuellement 144 articles hébergés dans la bibliothèque de recherche d’IOG et ce nombre est en constante augmentation. Tout ce travail a toujours posé et continuera de poser les bases avant qu’une fonctionnalité ou une mise à niveau ne soit déployée sur Cardano.
Dans les mois à venir, nous nous pencherons davantage sur les derniers développements et recherches en cours concernant les optimisations du ledger, les améliorations de la scalabilité et les initiatives de gouvernance.
Cet article est une traduction : https://iohk.io/en/blog/posts/2022/07/19/an-analysis-of-the-research-underpinning-cardanos-scalability/
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