Plasma, la solution de mise à l'échelle d'Ethereum, pourrait faciliter « des milliards de transactions par seconde ».

L'architecte connu pour avoir conceptualisé le Lightning Network, une solution de mise à l'échelle hors chaîne pour Bitcoin, récidive. Le 8 août, Joseph Poon et Vitalik Buterin d'Ethereum ont publié un livre blanc intitulé Plasma : des contrats intelligents autonomes et évolutifs.

Poon a conçu pour la première fois la structure de haut niveau de Plasma au milieu de l'année 2014, avant la publication de l'article sur le Lightning Network , avant la sortie de Frontier sur Ethereum, et alors que la mise à l'échelle sur Bitcoin Talk n'était qu'un désastre théorique à évolution lente.

Cependant, comme le phénomène des Initial Coin Offerings a abouti à une course folle vers des financements bon marché, qui a ensuite engorgé le réseau Ethereum, il est devenu évident que cette machine virtuelle Turing-complète est massivement non évolutive.

Dans sa configuration actuelle, chaque contrat intelligent et chaque transaction exécutés sur le réseau doivent être traités globalement. Cette conception Turing-complète rend la synchronisation de la blockchain Ethereum extrêmement lente. Le problème de la mise à l'échelle est depuis devenu une priorité pour la Fondation Ethereum.

L'article sur Plasma décrit un cadre qui s'attaque au problème du débit. Plasma est structuré de manière à permettre à cette technologie d'effectuer potentiellement des milliards de calculs par seconde.

Au lieu d'une application décentralisée, ou « dApp », fonctionnant comme un contrat intelligent sur la couche de consensus elle-même, la conception de Plasma réinvente les dApps fonctionnant comme leurs propres blockchains.

« Ces contrats intelligents sont incités à continuer de fonctionner de manière autonome grâce aux frais de transaction du réseau », explique l'article, « ce qui dépend en fin de compte de la blockchain sous-jacente (par exemple Ethereum). »

Cette conception aboutit à des blockchains d'applications décentralisées (DAB). « On pourrait littéralement faire Reddit sur la blockchain », explique Poon. « On peut potentiellement exécuter des calculs comportant des milliards de transactions par seconde avec un seul engagement d'au maximum 100 octets, englobant des millions de calculs. »

« En matière de conception de mécanismes de théorie des jeux, tout repose sur l'information. Lorsqu'on travaille avec des informations incomplètes, il est nécessaire de mettre en place des mesures d'atténuation. »
— – Joseph Poon

En résumé, le fonctionnement de Plasma est le suivant : un développeur écrit un contrat intelligent qui s’exécute sur Plasma, télécharge ce contrat intelligent sur la blockchain, puis d’autres utilisateurs récupèrent cette application et l’exécutent sur leurs machines pour le compte du développeur.

Des incitations économiques intégrées encouragent les utilisateurs de l'application à poursuivre son exploitation, à respecter les règles et à être rémunérés pour cela. « Les utilisateurs sont incités à continuer d'exploiter cette blockchain car ils perçoivent des frais de transaction », explique Poon à BraveNewCoin. « Tant qu'il y aura des utilisateurs, il y aura des personnes pour exploiter la blockchain », ajoute-t-il. « Et je trouve ça plutôt amusant. »

Le système Plasma intègre un système dynamique de récompenses et de sanctions. Le comportement des validateurs de blocs, comparables aux « mineurs », est influencé par leurs gains, lesquels dépendent de leur comportement exemplaire. Si un validateur adopte un comportement malveillant, ses gains diminuent. À l'inverse, pour les validateurs honnêtes, les gains augmentent.

Il est possible que la possession du jeton ne garantisse pas un rendement proportionnel ; en réalité, différents types de rendements sont calculés en fonction de leur comportement.

Plasma pourrait remplacer les fermes de serveurs par un réseau pair-à-pair où chacun exécute collectivement ces applications de manière évolutive et décentralisée. Il instaure un système de contrôle où la vérification de l'intégralité des données sur la blockchain n'est plus obligatoire ; seules les données pertinentes pour les utilisateurs le sont. Plasma laisse entrevoir la désintermédiation des services web comme Amazon EC2 au profit d'un véritable cloud computing distribué.

« Cela résout un problème dont la plupart des gens, je pense, ignoraient l'existence en ce qui concerne le sharding, les chaînes latérales, le Lightning Network ; ce genre de choses. Le problème fondamental réside dans la rétention d'informations. »
— – Joseph Poon

Sur le plan technique, les systèmes informatiques distribués gérés par des organisations centralisées doivent être capables de résister à de multiples modes de défaillance. Les blockchains, quant à elles, qui reposent sur un réseau décentralisé de nœuds répartis dans le monde entier, exigent un niveau de tolérance aux pannes encore plus élevé, appelé tolérance aux pannes byzantines (BFT).

Les systèmes tolérants aux pannes byzantines partent du principe que le réseau est hostile ; qu’il cherche à vous nuire. Ils doivent donc supposer qu’un certain pourcentage de participants au réseau sont des acteurs malveillants, qualifiés de byzantins dans le contexte du calcul distribué, afin de garantir un niveau de sécurité et de fiabilité suffisamment élevé face aux attaques de coalition.

Poon explique que l'une des manières d'adopter un comportement byzantin est de retenir des informations, « de sorte qu'il est impossible de prouver la malveillance ou l'hostilité d'une personne à travers divers moyens, simplement parce qu'elle ne fournit pas de preuves suffisantes pour établir sa culpabilité ». Dans l'article , ce type de comportement byzantin est désigné par l'expression « rétention d'informations par blocage » et constitue le principal sujet d'étude.

Plasma est décrit comme une solution de contrats intelligents évolutive sur la blockchain, optimisée pour le consensus de preuve d'enjeu (PoS). Il s'agit d'un concept de conception de blockchain qui fournit le cadre d'une architecture blockchain évolutive, atténuant ainsi le blocage des blocs.

Structurée sous forme d'arbre hiérarchique, cette architecture permet de reconstruire ingénieusement des applications autonomes décentralisées, par exemple des contrats intelligents sur Ethereum, en blockchains enfants distinctes (les branches). Ces blockchains enfants dérivent d'une blockchain racine (parente), comme celle d'Ethereum ou de Bitcoin. Joseph Poon appelle familièrement cette arborescence de blockchains des « chaînes sur des chaînes sur des chaînes », c'est-à-dire des branches de chaînes reposant sur d'autres chaînes elles-mêmes imbriquées au-dessus de la blockchain racine.

Les transitions d'état sur ces blockchains enfants sont simplement vérifiées cryptographiquement et appliquées par la blockchain racine principale. Plasma allège la blockchain racine et son processus de consensus de toute complexité, se concentrant sur une tâche simple : maintenir la sécurité de manière décentralisée sans compromettre la scalabilité.

« Si la blockchain racine est fragmentée, la chaîne Plasma peut alors s'exécuter par-dessus pour une meilleure évolutivité et d'autres avantages. »
— – Plasma : Contrats intelligents autonomes et évolutifs

De nombreuses institutions s'efforcent de résoudre le problème de la mise à l'échelle horizontale des blockchains. Une solution largement étudiée consiste à répartir la charge de travail entre les ordinateurs du réseau distribué mondial, puis à les empiler pour un traitement plus rapide. Face à la rétention de blocs ou à des informations manquantes, dans un réseau asynchrone, ces réseaux distribués se retrouvent bloqués et la coordination devient un grave problème de sécurité.

« Beaucoup pensaient auparavant que le partitionnement était impossible à cause de ce problème », explique Poon. « D'une certaine manière, Lightning permet le partitionnement. La condition essentielle est que Lightning suppose une disponibilité complète des données pour toutes les parties. » En informatique, on parle de synchronisation. Concrètement, les deux parties d'un canal de paiement Lightning Network doivent être synchronisées pour que la transaction puisse se poursuivre.

« Dans ce cas précis, une synchronisation aussi parfaite n'est pas nécessaire, permettant à d'autres d'avancer sans vous », ajoute Poon. « Toutefois, il est supposé que vous serez en ligne de façon périodique afin de surveiller toute activité frauduleuse. Si des comportements complexes sont observés, vous pouvez vous retirer prématurément. » Plasma est compatible avec les efforts de sharding de la couche de base d'Ethereum.

En comparant la blockchain à une « fête », Poon, avec la solution Plasma, a offert aux participants une porte de sortie en cas de compromission. « Le principe de base est simple : si une fête tourne mal, il faut la quitter. De nombreuses solutions de preuve de fraude n'envisageaient pas la possibilité de se retirer en cas de rétention d'informations. »