Cet article est issu d’une traduction de Robert Habermeier, co-fondateur de Polkadot. Adapté et illustré par Polkafrance pour faciliter la compréhension.
Avec la participation, révision, modifications et discussions de Fabian Gompf, Pranay Mohan, Björn Wagner et Gavin Wood.
https://www.rob.tech/polkadot-blockspace-over-blockchains/
Construction de Polkadot jusqu’à ce jour
Le paysage de la technologie blockchain et crypto a beaucoup évolué au cours des cinq dernières années. Nous occupons un monde différent de celui où nous avons commencé à construire Polkadot. 🌎
Bien que beaucoup aient divergé de notre vision originale, nombre des thèses originales de Polkadot sont devenues une réalité. ✅
Par exemple, le premier pari des blockchain basé sur l’interopérabilité et la composabilité inter-chaînes est passé de la théorie à la pratique. Nous sommes passés de la spéculation aux faits – un avenir multi chaîne est désormais possible et d’actualité.
De plus, les Parachains, la sécurité partagée et la disponibilité des données, telles qu’elles sont décrites dans le whitepaper de Polkadot datant de 2016, ont fait des vagues dans le monde des idées. 🗞️
Les idées de Polkadot ont été une source d’inspiration architecturale pour des projets à la fois nouveaux et anciens. 💡
Nous sommes passés d’un univers de quelques chaînes à un univers avec une abondance de chaînes sur différents écosystème. Mais l’objectif de Polkadot n’a jamais été de maximiser la quantité de blockchains pour le plaisir.
Il s’agit en réalité de maximiser la quantité de travail qu’un réseau décentralisé peut faire, c’est à dire résoudre pour l’évolutivité.
Lorsque Polkadot a été lancé, il a été décidé de créer un système maximisant le débit des transactions sans compromettre les garanties de sécurité et la résistance à la censure. Cet objectif est toujours le même.
Cependant, les progrès au niveau de la couche applicative permettent désormais de nuances à cette vision. Les développeurs d’applications et de protocoles sont confrontés à de nouveaux défis dans un monde multi-chaînes.
Ils doivent équilibrer les exigences d’exécution sécurisée, de résistance à la censure, de convivialité, de coûts et de composabilité.
Le concept émergent de blockspace sert d’abstraction et de primitive qui englobe ces exigences et ces objectifs.
"Blockspace" is a useful abstraction: it provides a clear conceptual handle on the product that chains are really providing. @polkadot blockspace combines quality, flexibility and, with our new Exotic Scheduling facility, economic efficiency beyond any other. Read Rob's analysis: https://t.co/UuqKZNJeu3
— Gavin Wood (@gavofyork) October 17, 2022
Traduction du Tweet de Gavin Wood :
Le « Blockspace » est une abstraction utile : il représente un concept clair sur le produit que les chaînes fournissent réellement.
Le blockspace allie qualité, flexibilité et, avec notre nouvelle installation « Exotic Scheduling », une efficacité économique inégalé.
Qu’est-ce que le blockspace ?
Robert Habermeier approfondit la définition et les qualités de l’espace de bloc (Blockspace) et comment évaluer les différentes offres de blockspace sur le marché.
Il explique pourquoi nous changeons notre perspective des blockchains au blockspace et pourquoi Polkadot est architecturalement bien adapté en tant que producteur de blockspace généralisé le plus puissant.
« Blockspace est le meilleur produit à vendre dans les années 2020. »
Citation de Chris Dixon un grand investisseur connu de la technologie internet, propriétaire du fond +a16z, sur le podcast Bankless.
Le blockspace est la capacité d’une blockchain à finaliser et valider des opérations.
C’est un terme qui a pris de l’importance ces derniers temps. Cela nécessite un peu de précision.
Dans un certain sens, c’est le produit principal des systèmes de consensus décentralisés qui fonctionnent aujourd’hui.
C’est un terme qui décrit ce que les blockchains produisent réellement : les transferts de solde, aux contrats intelligents ou au calcul est une préoccupation pour la couche application.
Le blockspace est un ingrédient clé pour des applications imparables. Elles reposent sur des systèmes décentralisés de paiement, de consensus blockchain ou de règlement.
En tant que telle, la couche d’application (les layers 1) est un consommateur principal d’espace de blocs en tant que produit. Comme pour toute entreprise, les applications et leurs développeurs doivent se préoccuper à la fois de la qualité et de la disponibilité des biens dans leur chaîne d’approvisionnement.
Le blockspace est un bien éphémère. Lorsque vous avez l’intention de commettre une opération sur une chaîne, vous avez besoin d’espace de bloc sur le moment : pas celui d’hier, pas celui de demain.
Lorsqu’une chaîne fonctionne en dessous de sa capacité, les ressources sont gaspillées pour produire un espace de bloc inutilisé.
L’exemple d’Ethereum
Ethereum a été le premier grand innovateur dans les offres d’espace de blocs.
En introduisant une machine virtuelle dans le protocole et en mesurant l’espace de bloc disponible via le «gaz».
Il a permis de répartir quantitativement l’espace de bloc dans un seul bloc entre les programmes en fonction de la quantité de calculs effectués et du stockage utilisé.
Depuis lors, de nombreux projets se sont lancés dans un voyage pour élargir les types de blockspace.
Cet objectif donne un aperçu des principaux différenciateurs entre Polkadot, Ethereum, Avalanche, Cosmos, Solana et des projets plus récents comme EigenLayer ou AltLayer.
Le trilemme des blockchains
Le trilemme de la mise à l’échelle de la blockchain nous indique qu’en termes de sécurité, de latence et de débit, vous ne pouvez en choisir que deux sous une charge importante.
Chez Polkadot, notre approche au niveau de la couche de base a toujours été de maximiser à la fois la sécurité et le débit lorsque nous sommes obligés de faire un choix.
Bien que le trilemme soit utile pour évaluer l’utilité théorique d’un protocole de couche de base, la notion d’espace de bloc nous permet de mieux raisonner sur la manière dont ce débit et cette sécurité sont alloués à la couche application.
L’espace de bloc produit par différents systèmes variera en qualité, disponibilité et flexibilité. La qualité de l’espace de blocs peut être jugée par les garanties de sécurité fournies par la blockchain – plus elle est sécurisée, plus la qualité est élevée.
Sans un approvisionnement en espace de bloc, les applications se heurtent à des congestions ou à des temps d’arrêt, ce qui conduit les utilisateurs à subir des frais élevés, de longs temps d’attente ou une exécution en avant-première.
Sans espace de bloc de haute qualité, les applications sont piratées et drainées : l’espace de bloc de faible qualité est vulnérable à 51 % des attaques et des chocs toxiques.
Les deux types d’occurrences seront familiers aux lecteurs qui ont passé du temps à observer l’écosystème de la blockchain. Ces caractéristiques de l’espace de bloc sont les facteurs clés que les développeurs d’applications doivent prendre en compte lorsqu’ils choisissent où se déployer.
Caractéristiques des blockspaces
Plongeons plus profondément dans les trois principales caractéristiques du blockspace en tant que bien : qualité, disponibilité et flexibilité.
- Qualité (= sécurité)
La qualité est un facteur majeur à prendre en compte par les consommateurs d’espace de blocs.Le but de l’espace de bloc est d’être converti en un enregistrement de données qui permettent l’exécution des applications.La qualité (ou sécurité) est déterminée par deux facteurs : le protocole de consensus qui est utilisé pour la sécuriser et la puissance ou la participation minière utilisée dans la production et l’engagement de l’espace de blocs.
- Disponibilité
La disponibilité de l’espace de bloc est déterminée par l’offre et la demande.L’offre d’espace de bloc est déterminée par le débit et la vivacité du système qui le produit.Les blockchains qui se bloquent, s’arrêtent ou nécessitent une intervention humaine manuelle auront un approvisionnement irrégulier d’espace de bloc.
Les blockchains qui ne maximisent pas le débit plafonneront leur offre à des échelles inférieures.
- Flexibilité
La flexibilité est la capacité de l’espace de blocs à être utilisé dans différents types d’opérations.Les espaces de blocs de Bitcoin et Ethereum se basent sur un modèle transactionnel.
Cet espace de bloc peut être alloué aux transactions soumises par l’utilisateur.Cependant, Bitcoin et Ethereum ont un mécanisme d’espace de bloc qui ne peut agir que sur les transactions soumises par l’utilisateur. Il ne peut pas être utilisé sur des opérations proactives effectuées sans intervention de l’utilisateur.
La plupart des blockchains n’ont pas dépassé ce modèle réactif. Même la plupart des protocoles de cumul sont principalement axés sur les transferts de solde pilotés par l’utilisateur et les invocations de contrats intelligents.
Les formats de transaction, les modèles de compte et les langages de script pris en charge par la plupart des blockchains sont limités.
Comparatif des blockspaces du marché
Nous pouvons classer les blockchains en 2 modèles de fonctionnement :
- Le modèle transactionnel (modèle actuel)
- Le modèle autonome ou flexible (nouveau modèle)
L’espace de blocs hautement flexible se concentre entièrement sur l’exécution, le stockage et la consommation de données et laisse au consommateur d’espace de blocs la manière d’allouer ces ressources de base aux opérations réactives et proactives.
Les consommateurs du blockspace devraient être en mesure de donner la priorité à la logique d’application de première classe par rapport aux transactions soumises par l’utilisateur afin qu’ils puissent faire des progrès significatifs même en l’absence ou la surabondance de transactions soumises par l’utilisateur.
Cela ne veut pas dire que les modèles transactionnels sont mauvais.
En fait, c’est l’inverse : les modèles d’exécution transactionnel (anciens) peuvent être utilisés de manière correcte en interopérabilité avec des modèles d’exécution autonomes. (nouveaux)
Le produit sous-jacent derrière ces deux éléments est l’espace de blocs, et l’espace de blocs ne peut prendre en charge les deux modèles que lorsqu’il est le plus flexible possible.
L’espace de bloc flexible est une condition préalable pour pouvoir commercialiser de l’espace de bloc.
Fonctionnement actuel de l’interopérabilité entre blockchains
Pour ajouter plus de nuances, nous devons reconnaître le fait que les applications de blockchains modernes sont basées sur l’interopérabilité entre les machines d’état utilisant l’espace de blocs.
Mélanger un espace de blocs de mauvaise qualité avec des applications de haute qualité gâche des applications entières et expose les utilisateurs à des risques extrêmes.
Exemple : Si nous construisions un restaurant, nous ne servirions pas à nos clients un repas préparé principalement à partir d’ingrédients de haute qualité mélangés à une petite quantité de déchets.
L’ingrédient de mauvaise qualité ruine le reste du plat.
De même, les développeurs d’applications ne doivent pas proposer à leurs clients et utilisateurs des applications composées principalement d’un espace de blocs à haute sécurité et d’un espace de blocs partiellement à faible sécurité.
Dans le monde interopérable, les applications cherchant à minimiser les risques pour leurs utilisateurs doivent utiliser uniquement un espace de bloc de haute sécurité pour fournir un produit final.
Un besoin de stabilité
Les applications modernes ont besoin d’un espace de bloc parallèle avec une qualité prévisible et constante. De plus, une classe de blockspace est mieux adaptée aux applications interopérables lorsque tout le blockspace de la classe fournit des garanties de sécurité homogènes.
Un réseau fiable de machines à états composées de manière asynchrone libère de la valeur super-additive, et les classes d’espace de bloc les mieux adaptées à cette thèse sont celles qui offrent des garanties de sécurité standards et fortes : créer de la valeur sans encourir de risque supplémentaire.
On dit que ces classes d’espace de blocs fournissent une sécurité partagée pour tous les espaces de blocs qu’elles contiennent.
Les solutions de layer 2
Les solutions de mise à l’échelle (layers 2, ZK, etc.) répondent au problème de fourniture d’espace de bloc. Ils aident à augmenter la disponibilité de l’espace de bloc en déchargeant la blockchain par le regroupement de la validation de nombreuses transactions.
Le sharding et les rollups, par exemple, utilisent la crypto-économie pour évoluer en introduisant des protocoles de preuve ou de contestation où, dans le cas par défaut, tous les validateurs n’ont pas besoin de vérifier chaque transition d’état.
Ces solutions d’évolutivité peuvent être couplées à des architectures de sécurité partagées pour répondre à la fois au besoin d’approvisionnement et de qualité.
Les autres modèle de sécurité partagée proposés par le marché
Certains écosystèmes reconnaissent maintenant le besoin d’architectures de sécurité partagées. Mais ils utilisent l’acceptation volontaire par les validateurs pour déterminer le niveau de sécurité que reçoivent les produits d’espace de bloc de la sécurité partagée.
C’est une mauvaise architecture, car elle consacre des validateurs particuliers en tant que groupe d’intérêts particuliers à la recherche de rente auquel les demandeurs doivent faire appel afin de démarrer leur projet ou de le sécuriser de manière adéquate.
Les barrières à l’entrée entre l’offre et la demande ont la conséquence de réduire à la fois la disponibilité et la qualité de l’espace de bloc.
Les développeurs d’applications et de protocoles doivent accorder une attention particulière à ces trois caractéristiques (en plus de la qualité de la blockchain et des smart-contracts) afin de structurer leur application davantage autour de l’espace de bloc.
Les applications et protocoles décentralisés peuvent fonctionner à moindre coût pour leurs utilisateurs ou détenteurs de jetons en acquérant un espace de bloc à la demande au lieu d’exécuter une chaîne 24h/24 et 7j/7.
Il est assez courant que les blockchains à un stade précoce distribuent une grande quantité de jetons aux validateurs produisant des blocs avec une utilisation sous-jacente minimale.
Il s’agit d’un effet secondaire d’une allocation d’espace de blocs inefficace, qui profite principalement aux validateurs aux dépens des développeurs d’applications et des détenteurs de jetons.
De la même manière, le cloud-computing a supplanté l’espace de serveur dédié car il a alloué des ressources physiques de manière plus granulaire et adaptative.
Polkadot : architecture focalisée sur l’espace de blocs
Le système de consensus de Polkadot est, à la base, un générateur d’espace de bloc efficace et flexible. Comme les processeurs modernes, le réseau Polkadot est une machine avec plusieurs coeurs.
Ce système est basé sur une seule primitive : l’Execution Core. Chaque cœur peut exécuter un bloc à partir d’une machine d’état à la fois. Le réseau utilise ses ressources sous la forme de validateurs et jetons en staking (Proof of Stake) pour moduler le nombre maximum de cœurs à tout moment.
En raison des gains d’efficacité de l’architecture de Polkadot, les validateurs de Polkadot sont capables de transformer les ressources réelles qu’ils consomment en plus d’espace de bloc qu’en exécutant simplement plus de chaînes de blocs autonomes avec la même valeur jalonnée. La sécurité partagée à elle seule ne suffit pas pour créer un producteur efficace d’espaces de blocs. La sécurité partagée garantit une qualité homogène de l’espace de bloc. Il doit être couplé à un mécanisme d’échelle pour garantir l’approvisionnement .
En tant que producteur de blockspace, Polkadot fait de son mieux en ouvrant ses services au maximum d’utilisateurs possible. Parce que Polkadot utilise WebAssembly et une architecture de machine virtuelle, les blockchains Polkadot n’ont pas besoin de convaincre les validateurs d’exécuter leur logiciel.
Comme les contrats intelligents, la seule exigence est de publier du code sur la chaîne et d’acquérir un espace de bloc.
Les validateurs Polkadot n’ont pas le choix de la blockchain sur laquelle ils doivent travailler à un moment donné – la seule chose qui compte pour eux est le noyau auquel ils sont affectés à tout moment, et la blockchain correspondante programmée sur ce noyau.
Les validateurs Polkadot sont de purs prestataires de services. Ils sont efficients. Ils travaillent sur ce sur quoi le marché leur dit de travailler.
Les acheteurs d’espace de bloc à Polkadot ont la garantie que les validateurs tiendront leur part du marché sans aucune intervention humaine, et les validateurs qui ne le feront pas perdront des récompenses. (slashing)
Mécanismes d’allocation de l’espace de bloc
Les modèles d’utilisation des blockchains ne sont pas cohérents. Les blockchains connaissent des périodes de forte charge et de congestion ainsi que des périodes de sous-utilisation et de vide.
D’une part, les applications doivent pouvoir s’adapter aux périodes de forte charge. D’autre part, les applications ne doivent pas payer pour l’espace de bloc qu’elles n’utilisent pas.
L’exemple du cloud-computing
Un parallèle pour réfléchir à la conception de produits d’allocation d’espace de bloc est le marché du cloud-computing.
Les modèles commerciaux de cloud-computing ont souvent deux caractéristiques clés :
- les instances réservées
- les instances ponctuelles
Les instances réservées sont moins chères mais garanties pour une période prolongée. Les instances ponctuelles sont plus coûteuses, disponibles à la demande et éphémères.
Les applications avec une charge prévisible permettront d’économiser de l’argent en achetant des instances réservées, mais peuvent évoluer pour répondre à la demande sans interruption de service en utilisant des instances ponctuelles.
Cependant, les instances réservées représentent également un engagement – l’opérateur de l’application gaspille de l’argent si la demande réelle pour l’application tombe en dessous de l’offre réservée de ressources de calcul cloud.
L’exemple de Polkadot avec les parathreads (payer ce qui est utilisé)
Rendons cela concret.
Les créneaux (slots) à long terme sont le seul mécanisme actuel d’allocation des cœurs d’exécution de Polkadot.
Celles-ci s’apparentent à des instances réservées, attribuées soit par gouvernance (common-good), soit par enchères (parachain) : les gagnants gagnent une blockchain d’exécution dédié pour une durée prédéterminée de 6, 12, 18 ou 24 mois.
Les parathreads, qui ont été introduites pour la première fois en tant que concept en 2019, sont des blockchain payantes. Les parathreads sont comme des instances ponctuelles.
La réflexion actuelle est que ce prix spot soit fixé à l’aide d’un contrôleur optimal : en termes simples, le prix augmentera lorsque les cœurs exposés par Polkadot pour les parathreads seront saturés et le prix baissera lorsqu’il y aura des cœurs vides.
Ceci n’est qu’un exemple supplémentaire de la façon dont l’espace de bloc peut être alloué.
Allons plus loin
L’architecture de Polkadot est telle qu’une seule chaîne peut avoir plusieurs cœurs qui lui sont alloués simultanément – imaginez une blockchain qui au lieu d’avancer d’un bloc à la fois, avance de 2 ou 3. C’est possible, et est dû aux particularités de la conception de Polkadot qui permettent la validation de transitions d’état séquentielles en parallèle.
Concrètement, le nombre de cœurs qu’une chaîne peut occuper efficacement n’est limité que par le nombre de cœurs qu’elle peut acquérir à la fois et la vitesse à laquelle la chaîne peut produire des blocs.
Polkadot prévoit qu’à mesure que le marché mûrira, il y aura une vague d’innovation dans la génération de blocs pour les chaînes Polkadot afin de maximiser l’utilité de cette fonctionnalité.
Des parachains de court-terme pourrait voir le jour
Comme exemple de la façon dont plusieurs cœurs pourraient être utilisés par une seule chaîne, nous pourrions introduire un autre type de produit d’allocation d’espace de bloc : les enchères à court terme.
Ces enchères se situeraient quelque part entre l’allocation ponctuelle pure et l’allocation réservée à long terme.
Il est certainement possible de concevoir un mécanisme d’enchères pour allouer des créneaux pour de courtes durées – d’une heure, un jour ou un mois.
Cela pourrait être utilisé pour quelque chose qui pourrait être appelé « Parachain Boost » – la capacité des blockchains à augmenter leur débit pendant les périodes de forte charge, comme une autoroute qui s’élargit aux heures de pointe.
De plus, en changeant la perspective de centrée sur la blockchain sur l’espace de bloc, il devient clair qu’il n’y a aucune raison pour qu’une blockchain ou une machine à états fonctionne indéfiniment.
Les blockchain éphémères
Les blockchains éphémères sont un cas d’utilisation intéressant qui est très sous-exploré.
Les processus en cours d’exécution plus longs devraient pouvoir décharger leurs calculs ou leurs protocoles sur des chaînes de courte durée, tout comme les programmes exécutés sur un PC peuvent décharger des calculs ou travailler sur des threads d’arrière-plan.
Un marché secondaire de blockspace
Une dernière piste qui est étudiée pour l’allocation de cœurs d’exécution est la possibilité de transférer les capacités sur les cœurs d’exécution.
Cela créera un marché secondaire pour le blockspace Polkadot : les chaînes pourront échanger des capacités supplémentaires entre elles et agir en tant que revendeurs.
Les chaînes connaissant une demande plus faible ou plus élevée que prévu pourront s’adapter en conséquence ou peut-être même spéculer sur la demande future d’espace de bloc.
Recadrer le sens de la blockchain
D’un point de vue du co-fondateur de Polkadot, l’écosystème de la blockchain a pensé trop petit au monde multi-chaînes.
Les blockchain qui démarrent et fonctionnent indéfiniment avec une validation régulière sont un mécanisme manifestement inefficace.
L’environnement multi-chaîne de demain consiste en des blockchains qui évoluent et se réduisent à la demande.
Il contient des chaînes éphémères engendrées par des usines en chaîne, créées par des contrats et imprégnées d’un objectif automatisé – pour terminer leur travail quelques heures plus tard et disparaître.
Notre objectif dans Web3 n’est pas de maximiser le nombre de blockchains. Maximiser le nombre de blockchains est quelque chose que je dirais explicitement comme un non-objectif, car cela profite principalement aux cartels de validateurs cherchant à extraire de la valeur.
Notre objectif dans Web3 est de maximiser la quantité d’espace de bloc existant et de nous assurer qu’il est alloué aux machines d’état qui en ont le plus besoin à tout moment : une génération et une allocation constantes de ressources consensuelles mondiales à ceux qui en ont le plus besoin.
Une entreprise sans gaspillage.
En d’autres termes : le producteur d’espaces de blocs le plus efficace au monde.
