Bitcoin écosystème développement et défis : débloquer le potentiel du marché de mille milliards

Avec la montée en puissance des discussions autour de l'écosystème Bitcoin sur le marché des cryptomonnaies, les professionnels s'attendent à ce que le prochain cycle de croissance exponentielle des indices blockchain provienne de l'application à grande échelle du Bitcoin. Utiliser des solutions de validation côté client pour construire des contrats intelligents sur le script Bitcoin, tout en étant compatible avec le réseau Lightning à évolutivité illimitée pour les transactions de canaux, pourrait devenir une solution d'application à grande échelle de la blockchain garantissant en même temps "sécurité, décentralisation, évolutivité".

Cet article expliquera certains concepts fondamentaux de l'écosystème Bitcoin. Du "triangle impossible de la blockchain" qui entrave l'application à grande échelle, au "réseau Lightning de Bitcoin" qui surmonte le "triangle impossible", jusqu'aux solutions actuelles pour le script Bitcoin et le principe du modèle UTXO.

Obstacles à l'application à grande échelle de la blockchain

Des experts ont suggéré que "les réseaux de blockchain ne peuvent pas réaliser simultanément la sécurité, la décentralisation et l'évolutivité", c'est-à-dire "le triangle impossible de la blockchain". Ce problème a longtemps entravé l'application à grande échelle de la blockchain.

Sur la base de la sécurité, certaines blockchains publiques ont concentré leurs efforts au cours des dix dernières années sur le développement de la décentralisation, en innovant constamment au niveau de l'infrastructure des blockchains publiques pour étendre leur évolutivité. Pour atteindre cet objectif, diverses technologies telles que les algorithmes, le sharding et les Rollups ont également été itérées.

Mais en ce qui concerne le problème de la scalabilité, d'après certaines tentatives de chaînes publiques et de leurs Layer2, il semble que tant que les solutions restent limitées à la blockchain, les performances auront une limite. Même la blockchain actuellement la plus performante a du mal à dépasser une limite de TPS de ( transactions par seconde ), et il y a encore un énorme écart par rapport aux exigences des applications commerciales massives à des millions de TPS et aux objectifs d'implémentation industrielle mondiale de dizaines de millions de TPS. Pour les chaînes publiques majeures, peu importe lesquelles, elles sont toutes confrontées à un goulot d'étranglement : "Comment résoudre la scalabilité ?"

Mécanisme de fonctionnement du réseau Lightning

Le réseau Lightning utilise un calcul hors chaîne, c'est-à-dire "canal de paiement (Payment Channel)", pour résoudre complètement le problème de scalabilité du "triangle impossible" - tant qu'il y a suffisamment de canaux construits, il est possible d'exécuter un nombre illimité de transactions simultanées.

Principe du réseau Lightning

• En utilisant le système bancaire comme métaphore, si A et B ouvrent un compte pour transférer de l'argent. Lorsque les deux personnes sont dans la même banque, le règlement s'effectue au sein de la même banque. Et lorsque A et B ne sont pas dans la même banque, un règlement interbancaire doit être effectué par la banque centrale.

• Le réseau Lightning imite le mode de règlement des banques : les utilisateurs A et B ouvrent un canal Lightning entre eux via le réseau Lightning. Lorsque le canal est ouvert, A et B utilisent le canal pour régler directement dans le réseau Lightning, sans avoir besoin de régler sur la blockchain Bitcoin. Ce n'est que lorsque le canal est fermé qu'A et B doivent traverser le réseau Lightning pour régler sur la blockchain Bitcoin.

Processus d'opération de canal de paiement

1. Dépôt de garantie : À l'instar des scénarios traditionnels où l'ouverture d'un compte bancaire nécessite un dépôt de garantie préalable, l'ouverture d'un canal Lightning nécessite également un dépôt de Bitcoin.
2. Comptabilité des transactions hors chaîne : chaque transaction est enregistrée une par une via le réseau Lightning, et chaque enregistrement doit être accompagné d'un accord de pénalité.
3. Enregistrement de règlement sur la chaîne : après avoir fermé le canal de paiement, encapsulez et regroupez une fois pour toutes les données de transaction historiques, puis envoyez-les finalement sur la blockchain Bitcoin.

Comment le réseau Lightning évite la fraude sur la chaîne

Si, lors d'une transaction dans le canal, A commet une fraude – en fermant prématurément le canal pour régler des Bitcoin. Alors, lorsque le canal se ferme, une transaction frauduleuse sera immédiatement générée sur la chaîne Bitcoin. En raison de l'ouverture de la chaîne Bitcoin, B peut l'observer rapidement et punir A avec l'accord de sanction préalablement signé. La sanction consiste à saisir tous les fonds de A.

le goulot d'étranglement de l'application à grande échelle du réseau Lightning

Théoriquement, le réseau Lightning a réalisé une évolutivité infinie, surmontant le triangle impossible de la blockchain. Mais le problème le plus crucial qui empêche le réseau Lightning de réaliser des applications à grande échelle est le suivant : le réseau Lightning utilise le même script que Bitcoin, et il n'y a pas de contrats intelligents sur la chaîne Bitcoin, seulement des scripts simples, incapables de supporter des applications complexes. En d'autres termes, la chaîne Bitcoin est non déterministe, tandis qu'un langage de script déterministe signifie qu'il peut théoriquement résoudre n'importe quel problème de calcul. En utilisant un langage de script déterministe, il est logiquement possible d'être compatible avec d'autres langages de programmation et théoriquement capable de réaliser toute la logique que d'autres langages peuvent réaliser, ainsi que de reproduire au mieux la logique commerciale du monde réel. Il n'y a pas de contrats intelligents sur la blockchain Bitcoin, sans parler de la construction d'applications basées sur des contrats intelligents. Ainsi, le plus grand problème que le réseau Lightning doit surmonter est "comment réaliser des contrats intelligents sur Bitcoin".

Solutions existantes pour améliorer la "fonctionnalité" de la blockchain Bitcoin

1. Chaîne latérale (Side Chain)

Une chaîne latérale fait référence à une chaîne ayant une fonctionnalité de contrat intelligent, qui la relie de manière bidirectionnelle à la chaîne principale de Bitcoin, permettant ainsi la migration transparente des actifs Bitcoin entre la chaîne principale et la chaîne latérale pour réaliser des contrats intelligents. Cependant, il n'existe actuellement pas de technologie de liaison bidirectionnelle suffisamment décentralisée. La réplication de la chaîne principale et la migration des actifs vers la chaîne latérale nécessitent des fournisseurs de services centralisés tiers, et il n'existe actuellement que des solutions de type semi-centralisé. Les solutions de chaînes latérales n'ont toujours pas reçu le soutien de la communauté des développeurs principaux de Bitcoin en raison des problèmes de centralisation liés aux émetteurs tiers.

2. Jetons colorés (Colored Coins)

En 2012, le président de l'association Bitcoin a publié un article intitulé « Aperçu des jetons colorés », dans lequel il présente un mécanisme utilisant la « substituabilité » de Bitcoin, en « colorant » certaines pièces pour séparer des jetons spécifiques des autres jetons, créant ainsi des applications adaptées à ces pièces. La méthode consiste à utiliser l'instruction OP_RETURN dans le script Bitcoin, en ajoutant 80 octets de caractères arbitraires, en concevant une chaîne de caractères selon un format spécifique dans ces 80 octets, en marquant la signification de la chaîne de manière à désigner les « jetons colorés » et en créant des contrats intelligents plus complexes. Cependant, l'espace de 80 octets est trop petit pour réaliser des fonctionnalités complexes.

Les solutions "jetons colorés" ont également lancé de nouvelles technologies. Par exemple, la technologie de gravure "Ordinals" utilise l'espace de 3 M de "segregated witness" dans les blocs de Bitcoin pour y insérer de petites images et émettre des NFT. Par exemple, le BRC-20 utilise une chaîne de code pour exprimer un contenu plus riche que 80 octets. Cependant, ces jetons colorés posent des problèmes graves supplémentaires : ils occupent l'espace de "segregated witness" qui était initialement destiné à stocker les signatures des transactions de transfert de Bitcoin, et l'occupation de cet espace de "segregated witness" réduit le nombre de transactions exécutables sur Bitcoin, ce qui diminue les performances de Bitcoin. Les solutions de jetons colorés ont également été fortement rejetées par les développeurs principaux de Bitcoin, car elles polluent le Bitcoin natif et la forme spécifiée par l'homme nécessite toujours une tierce partie centralisée pour l'analyse des serveurs.

3. Validation du client (Client-Validation)

En 2016, les développeurs principaux de Bitcoin ont publié un article proposant un paradigme de vérification des clients, garantissant la confidentialité du contenu du contrat connu uniquement des deux parties, sans nécessiter la participation d'un tiers, réalisant ainsi une décentralisation totale. De plus, lors de l'exécution des transactions, il est utilisé une méthode où le fournisseur de transaction fournit les données complètes d'historique de transactions nécessaires, et l'autre partie vérifie elle-même, afin de prévenir les problèmes de fraude. Il n'y a pas de préoccupations de centralisation, et la vérification hors chaîne n'est pas limitée par les performances, ce qui en fait actuellement ce que la plupart des gens considèrent comme la "meilleure" solution pour résoudre le problème de l'insuffisance de la complétude de Turing de la blockchain Bitcoin.

Signature de contrats traditionnels vs signature de contrats intelligents sur blockchain

• Signature de contrat traditionnel : Il y a une transaction entre A et B, ils signent d'abord un contrat, les deux parties confirment le contenu du contrat puis signent, le contrat ne peut pas être modifié au moment de la signature. Toute transaction dans le processus d'exécution du contrat à l'avenir est une transaction entre A et B, sans besoin d'intervention d'un tiers.

• Signature de contrat intelligent sur la blockchain : le processus de transaction est rendu public à l'ensemble du réseau, tous les mineurs effectuent l'exécution et la vérification. L'ensemble du processus d'exécution ne comporte aucune confidentialité, et en raison de la nécessité de le rendre public pour atteindre un consensus au sein du réseau, les performances sont limitées.

La vérification du client est-elle infaillible ?

En voyant cela, il semble que certaines personnes puissent se poser des questions. La blockchain Bitcoin décentralisée elle-même résout les problèmes de sécurité dans le commerce traditionnel, mais avec l'introduction de la validation par le client, la solution revient hors chaîne. Même si elle résout le problème de la fraude, comment prévenir efficacement le problème de la double dépense ?

Introduire "scellé à usage unique"

Étant donné que la validation côté client ne contient pas elle-même de mécanisme de prévention des doubles dépenses, nous devons introduire une aide tierce pour résoudre ce problème. Pour atteindre cet objectif, nous allons lier chaque état de chaque contrat à valider dans la validation côté client à une sortie de transaction non utilisée spécifique de Bitcoin, (UTXO). Étant donné que les UTXO n'existent que sous deux formes, "dépensé" et "non dépensé". Lorsqu'il est nécessaire de modifier l'état d'un contrat de validation, il est impératif de dépenser l'UTXO lié (n'importe quel montant peut être utilisé), afin que la transaction qui le dépense soit confirmée par la blockchain. De plus, la transaction Bitcoin qui le dépense doit également fournir la preuve du contenu de la transformation d'état (similaire à une valeur de hachage). En termes simples, l'UTXO lié peut être considéré comme le sceau de cette "enveloppe" d'état - pour ouvrir l'enveloppe, il faut briser le sceau.

Compléments d'explication sur le modèle UTXO

Contrairement à certains modèles de compte des blockchains publiques, les sorties de transactions non dépensées (UTXO) sont la somme des cryptomonnaies envoyées d'une adresse à une autre mais qui n'ont pas encore été réclamées par le destinataire, afin d'envoyer des fonds à d'autres lors de transactions ultérieures.

• Par exemple, si Alice envoie 1 Bitcoin à Bob, tant que Bob n'a pas dépensé le BTC reçu d'Alice, il possède un UTXO. Une fois que Bob a dépensé 1 BTC, le cycle de vie de l'UTXO se termine.

• Supposons que le portefeuille de Bob n'ait participé qu'à une seule transaction, où Bob a reçu 1 BTC d'Alice, le validateur de la transaction sait que le solde UTXO de Bob est de 1 BTC. Si Bob envoie 1 BTC à Carol, son UTXO devient immédiatement 0 BTC. Si Bob tente ensuite de dépenser deux fois son jeton dans une deuxième transaction sortante, le validateur découvrira que son solde UTXO est insuffisant pour servir d'entrée pour la deuxième transaction, et un validateur honnête ne propagera ni ne confirmera sa transaction de double dépense.

Prochaine croissance exponentielle : explosion complète de l'écosystème Bitcoin

Dans l'évolution du Bitcoin, la conception de la validation côté client a habilement contourné les problèmes de centralisation des solutions de chaînes latérales et de jetons colorés, tout en introduisant un mécanisme de scellage à usage unique, ce qui a encore renforcé la sécurité. En ce moment, l'écosystème Bitcoin accueille la naissance d'une série de nouveaux protocoles, parmi lesquels le protocole RGB non seulement adopte les concepts mentionnés ci-dessus, mais propose également une compatibilité avec le réseau Lightning, posant ainsi les bases d'une évolutivité illimitée. Bien que la compatibilité du protocole RGB avec le réseau Lightning ne soit pas encore parfaite, nous sommes pleins de confiance pour l'avenir, croyant que l'infrastructure qui aide à l'optimisation continue du protocole dépassera depuis longtemps les limitations du "triangle impossible de la blockchain".

Nous avons d'autant plus de raisons d'attendre que la prochaine phase de croissance exponentielle de la blockchain provienne de l'explosion de l'écosystème Bitcoin, entraînant une large adoption de la blockchain. Nous croyons que Bitcoin dépassera la simple fonction de réserve de valeur, tout en mettant en avant ses attributs monétaires, et en continuant à intégrer davantage d'applications dans l'écosystème Bitcoin grâce à des solutions diversifiées, favorisant ainsi l'évolutivité et le développement durable de l'écosystème, et apportant continuellement d'infinies possibilités au monde de la blockchain.