La proposition de valeur de Bitcoin est avant tout d’être un système monétaire. Il a donc été conçu avec des limites intentionnelles en matière de passage à l’échelle et de fonctionnalités, afin de préserver sa sécurité et sa décentralisation. Toutefois, pour répondre à l’augmentation du nombre d’utilisateurs et permettre de nouvelles fonctionnalités, sans pour autant réduire sa sécurité, des solutions de seconde couche ont émergé.
La plus célèbre est sûrement le Lightning Network, qui permet de faire des paiements en BTC rapides et peu coûteux en les déplaçant en dehors de la chaîne principale. Mais il existe également une autre famille de solutions de seconde couche : les sidechains. Ces chaînes latérales permettent de réaliser des transactions plus rapides, plus confidentielles et d'exécuter des contrats intelligents, tout en utilisant un token représentant le bitcoin. Dans cet article, nous explorons le fonctionnement des sidechains pour mieux comprendre leurs compromis et les possibilités qu'elles offrent.
C’est quoi une Sidechain ?
Une sidechain, ou « chaîne latérale » en français, est une blockchain indépendante de la blockchain Bitcoin, mais qui utilise la même unité de compte que celle-ci. Elle fonctionne en parallèle, et offre souvent des fonctionnalités supplémentaires tout en restant liée à Bitcoin grâce à un mécanisme appelé « ancrage bilatéral » (ou « two-way peg » en anglais).
Ce mécanisme permet de transférer des bitcoins de la chaîne principale vers la sidechain et inversement, tout en maintenant la parité de valeur entre les actifs sur les deux chaînes. Cela signifie que les bitcoins sur la sidechain représentent toujours de vrais bitcoins authentiques, bien qu’ils circulent sur une infrastructure différente.
Le principal objectif d’une sidechain est d’ajouter des fonctionnalités ou des améliorations techniques qui ne peuvent pas être directement mises en œuvre sur la blockchain de base de Bitcoin. Par exemple, les sidechains peuvent permettre des transactions plus rapides, des frais réduits, plus de confidentialité, une plus grande capacité transactionnelle ou encore la prise en charge de contrats intelligents complexes. Puisque la sidechain est complètement séparée de Bitcoin, on peut y tester des innovations sans affecter la sécurité et la stabilité de la blockchain principale de Bitcoin.
Le concept de sidechain a été introduit en 2014 par des développeurs très connus dans l'écosystème dans un papier scientifique nommé « Enabling Blockchain Innovations with Pegged Sidechains ». Parmi ses auteurs, on retrouve notamment Adam Back, Matt Corallo, Luke Dashjr, Pieter Wuille, Andrew Poelstra ou encore Gregory Maxwell.
Depuis, plusieurs sidechains ont été mises en œuvre sur Bitcoin. Les plus connues sont Liquid, qui permet d'émettre des altcoins et d’effectuer des transactions confidentielles rapides, et RSK (Rootstock), qui permet notamment d’exécuter des contrats intelligents.
Les sidechains représentent donc une solution pour étendre les capacités de Bitcoin tout en préservant l’intégrité et la sécurité de sa chaîne principale. Pour fonctionner, elles reposent sur deux mécanismes qui vont déterminer son niveau de décentralisation et sa sécurité : le mécanisme de consensus et l’ancrage bilatéral.
Quels sont les mécanismes de consensus des Sidechains ?
Sur la blockchain principale de Bitcoin, nous avons un mécanisme de consensus qui repose sur le minage. Il permet de déterminer qui a le droit de publier un bloc et sous quelles conditions, afin que tous les utilisateurs se mettent d’accord sur une unique version de l’historique des transactions.
Puisque les sidechains sont avant tout des blockchains, elles doivent également disposer de leur propre mécanisme de consensus pour valider les transactions et garantir l'intégrité des blocs créés. Cependant, les sidechains ne sont pas limitées à la preuve de travail, qui est le mécanisme utilisé sur Bitcoin. Elles peuvent implémenter divers mécanismes en fonction de leurs objectifs en termes de décentralisation, de sécurité et de performance.
L’un des mécanismes les plus courants dans le contexte des sidechains est la fédération de signataires. Dans ce modèle, un groupe d’entités sélectionnées, appelées fonctionnaires ou signataires de blocs, sont responsables de la création et de la validation des blocs. Contrairement à Bitcoin, où n’importe qui peut participer au minage, seuls les membres de cette fédération sont autorisés à valider les blocs sur la sidechain. Cela accélère considérablement le processus de confirmation des transactions, mais au prix d’une plus grande centralisation. Le principal exemple de ce modèle est la sidechain Liquid, qui dispose d’une fédération de 71 entreprises de l’écosystème Bitcoin, pour signer et valider les blocs.
Un autre mécanisme de consensus utilisé par certaines sidechains est le minage fusionné (Merged Mining). Ce mécanisme permet aux mineurs de Bitcoin de réutiliser leur puissance de calcul pour valider simultanément une ou plusieurs sidechains, sans nécessiter un travail supplémentaire. Cette méthode permet à une sidechain de bénéficier de la sécurité du réseau Bitcoin, puisqu'elle repose sur la même puissance de hachage. Cependant, cette méthode impose aux mineurs de gérer des nœuds spécifiques à chaque sidechain, ce qui limite de fait leur sécurité. Elle a aussi l’inconvénient de distribuer les récompenses de la sidechain directement sur la sidechain, et non pas sur Bitcoin. Par exemple, la sidechain Rootstock utilise ce mécanisme.
Enfin, on peut également établir une sidechain sur du minage fusionné aveugle (Blind Merged Mining). Dans ce modèle, les mineurs de Bitcoin ne valident pas directement les blocs de la sidechain, mais vendent leur preuve de travail à des opérateurs de nœuds indépendants. Ainsi, les mineurs de la chaîne principale n’ont pas besoin de faire tourner un nœud sur la sidechain, et ils touchent leurs récompenses directement sur Bitcoin. En contrepartie, les opérateurs de nœuds de la sidechain s’occupent de la création des blocs et récupèrent les frais de transaction dans le token de la sidechain. Le minage fusionné aveugle nécessite toutefois des modifications au protocole Bitcoin proposées dans le BIP301 pour pouvoir fonctionner.
L’ancrage bilatéral : comment transférer des bitcoins sur les sidechains ?
L’ancrage bilatéral, ou « two-way peg » (2WP), est le mécanisme qui permet d’utiliser des bitcoins sur la sidechain. En réalité, ce ne sont pas de vrais bitcoins, mais des actifs numériques indépendants qui sont adossés au bitcoin. Ce dispositif d'ancrage garantit que les BTC utilisés sur la sidechain sont basés sur de vrais BTC de la chaîne principale, et qu'ils en conservent la même valeur.
Le mécanisme du two-way peg fonctionne grâce à un système de verrouillage et d’émission. Le processus commence sur la blockchain principale de Bitcoin. Lorsqu'un utilisateur souhaite déplacer ses bitcoins vers une sidechain, ils sont temporairement verrouillés sur la chaîne principale. Une quantité équivalente d'actifs est alors créée sur la sidechain, sous forme de tokens représentant les bitcoins originaux. Par exemple, sur la sidechain Liquid, ces bitcoins sont représentés par des L-BTC, qui circulent de manière indépendante, mais restent adossés aux bitcoins verrouillés sur la blockchain principale.
Le retour des actifs sur la blockchain principale suit le processus inverse. Lorsque l'utilisateur souhaite récupérer ses véritables bitcoins, les tokens sur la sidechain sont détruits, et les bitcoins correspondants sont déverrouillés sur la blockchain principale. Ce processus garantit que le nombre total de bitcoins en circulation reste constant entre les deux chaînes, et évite ainsi la dilution de la valeur des actifs.
L'objectif est aussi de prévenir le « dépeg », c'est-à-dire la dissociation entre la valeur de la reconnaissance de dette qui circule sur la sidechain et l'actif sous-jacent, le bitcoin, auquel elle doit normalement être indexée.
Il existe plusieurs manières de gérer l'ancrage bilatéral sur une sidechain. La méthode la plus simple est de faire confiance à une entité centralisée, qui gère le verrouillage et le déverrouillage des bitcoins. Cependant, cette méthode implique un trop grand risque de confiance qui est évidemment incompatible avec l'esprit de Bitcoin.
Une approche plus décentralisée consiste à utiliser une fédération d'entités pour gérer l’ancrage bilatéral. C’est le cas de Liquid, où un groupe d’entreprises contrôle les adresses multisignatures contenant les bitcoins verrouillés, et gère ainsi l’émission des L-BTC, puis leur destruction en échange des bitcoins verrouillés on-chain.
Enfin, dans le cas des « drivechains », on dispose d’une méthode encore plus décentralisée, puisque l’ancrage bilatéral est confié directement aux mineurs de Bitcoin. Dans ce système, les bitcoins sur la chaîne principale sont bloqués avec un contrat intelligent, et pour les débloquer en échange de la destruction des actifs émis sur la sidechain, une majorité des mineurs doivent voter avec leur puissance de calcul durant une période définie. Ce mécanisme réduit la centralisation de l’ancrage bilatéral, mais il nécessite d’implémenter le BIP300 via un soft fork. Sans cela, la drivechain ne peut pas fonctionner.
Les sidechains sont des solutions de seconde couche pour étendre les capacités de Bitcoin sans compromettre sa sécurité ou son intégrité. Elles permettent l'ajout de fonctionnalités, comme des transactions rapides ou des contrats intelligents complexes, tout en utilisant un token adossé sur le bitcoin grâce à l'ancrage bilatéral. Cependant, ces protocoles viennent forcément avec certains compromis, notamment en termes de décentralisation et de sécurité.
Les drivechains, quant à elles, sont une forme spécifique de sidechain, qui confient la gestion de l'ancrage bilatéral aux mineurs de la chaîne principale. Mais à l’heure actuelle, elles ne peuvent pas être mises en œuvre sans l’adoption des BIP300 et BIP301, qui sont des propositions très controversées dans la communauté Bitcoin, car elles pourraient modifier ses incitations et son modèle de sécurité.
Nous verrons donc à l'avenir si les évolutions de Bitcoin se concentreront sur les sidechains ou si d'autres protocoles de seconde couche, tels que le Lightning Network, prendront le dessus.
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