Des industriels, des consortiums et des fournisseurs se sont associés pour résoudre le problème de la scalabilité des transactions de cryptomonnaies basées sur la blockchain, tant en termes de taille que d'efficacité. S’ils réussissent, la monnaie numérique pourrait rivaliser avec les opérations bancaires traditionnelles et rendre même les cartes de crédit obsolètes, puisque le compte bancaire et le crédit d'une personne seraient liés à une infrastructure à clé publique-privée dont elle, et non la banque, aurait le contrôle. Même si l'adoption et l'utilisation des cryptomonnaies ne cessent de croître, la capacité à effectuer des paiements rapides à l'échelle en utilisant des chaînes de blocs reste un défi. Dans cet objectif, les chercheurs du MIT ont mis au point un système de routage des transactions plus efficace appelé « Spider », lequel, selon eux, peut effectuer le traitement des cryptomonnaies quatre fois plus rapidement. Les chercheurs ont déclaré qu’ils donneraient plus de détails sur cette technologie lors du 17e USENIX Symposium on Networked Systems Design and Implementation qui aura lieu du 25 au 27 février à Santa Clara, Californie. 

Les réseaux actuels de cryptomonnaies ne permettent d’acheminer que de petites quantités de données par bloc et prennent plusieurs minutes pour traiter chaque transaction. Par exemple, les grands registres Bitcoin ont un débit moyen de 3,3 à 7 transactions par seconde (TPS), tandis qu'Ethereum atteint entre 10 et 30 TPS. Comparativement, les réseaux Visa traitent environ 1700 transactions par seconde (TPS) en moyenne, et davantage encore en période de pointe. Avec la technologie du grand registre distribué pair-à-pair, les transactions sont ouvertes et efficaces et elles peuvent être visualisées en temps réel. Mais le problème de performance de la chaîne de blocs est bien réel. En effet, toute entrée de chaîne de blocs doit être traitée par chaque nœud, sauf à parvenir à un consensus. Le traitement hors de la chaîne de blocs, connu sous le nom de topologie de « Layer 2 », permet un traitement bidirectionnel, contournant les inefficacités du grand registre distribué tout en utilisant ses propriétés immuables pour enregistrer les transactions effectuées de manière transparente.

Suivre la saturation des datacenters 

Malgré l’émergence de réseaux PCN (Payment Channel Networks) bidirectionnels et évolutifs, comme le Lightning Network et le Raiden Network, effectuer des paiements sur ces réseaux PCN reste un défi. Les PCN bidirectionnels sont toujours sujets à une « saturation des canaux », car les scripts de contrat intelligents qui les contrôlent acheminent automatiquement les transactions par le chemin le plus court. Résultat : certains comptes en séquestre s'épuisent plus rapidement que d'autres. Comme les systèmes de routage actuels, inefficaces, épuisent fréquemment le solde des comptes des utilisateurs, ces derniers doivent maintenir de grosses sommes d'argent sur chaque compte ou rééquilibrer fréquemment leurs comptes sur la chaîne de blocs. Les PCN dépendent largement des comptes communs bidirectionnels - les deux parties peuvent recevoir et envoyer de l'argent - pour que l'argent puisse être acheminé entre tous les utilisateurs. Comme l’ont expliqué les chercheurs, un utilisateur B peut avoir un compte commun avec un utilisateur A, tout en se reliant séparément à un utilisateur C. Les utilisateurs A et C ne sont pas directement connectés, mais l'utilisateur A peut envoyer de l'argent à l'utilisateur C via les comptes communs A-B et B-C. « Le routage via le chemin le plus court peut provoquer des déséquilibres entre les comptes qui épuisent les principaux canaux de paiement et paralysent le système », a déclaré dans un communiqué Vibhaalakshmi Sivaraman, principal auteur et étudiant diplômé du CSAIL (Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory), le laboratoire d'informatique et d'intelligence artificielle du MIT. « Acheminer l'argent de manière à ce que les fonds des deux utilisateurs sur chaque compte commun soient équilibrés nous permet de réutiliser les mêmes fonds initiaux pour réaliser autant de transactions que possible ». 

Les chercheurs ont également adopté un algorithme qui surveille l'encombrement des datacenters pour identifier les retards dans les files d'attente des comptes encombrés, ce qui permet de contrôler le niveau des transactions. « Supposons que l'utilisateur A envoie des fonds à l'utilisateur C par l'intermédiaire de l'utilisateur B, et que ce dernier a une longue file d'attente. Le récepteur C envoie à l'expéditeur A, avec la confirmation du paiement, une information sur le temps d'attente de la transaction chez l'utilisateur B », ont encore expliqué les chercheurs. « Si le temps d'attente est trop long, l'utilisateur A achemine moins de transactions passant par l'utilisateur B. Au fur et à mesure que le temps d'attente diminue, le compte A achemine plus de transactions via l’utilisateur B. Ainsi, en surveillant uniquement les files d'attente, Spider peut s'assurer que le niveau de transactions est à la fois équilibré et aussi élevé que possible ».

 

La topologie Spider permet aux utilisateurs de réseaux de cryptomonnaie de n'investir qu'une fraction des fonds dans chaque compte associé à un réseau et de traiter environ quatre fois plus de transactions « hors chaîne » avant de se rééquilibrer sur la chaîne de blocs. Le schéma de routage de Spider « met en paquets » les transactions et utilise un protocole de transport à trajets multiples pour créer un routage à haut débit dans les PCN. La mise en paquets permet à Spider d'effectuer des transactions, même importantes, sur des canaux de paiement de faible capacité en les étalant dans le temps. « De plus, le protocole de contrôle de l'encombrement par trajets multiples garantit un usage équilibré des canaux et une équité entre les flux », ont encore fait valoir les chercheurs dans leur document. « Finalement, plus l'acheminement des PCN est équilibré, plus la capacité requise - c'est-à-dire l’ensemble de fonds détenus par tous les comptes communs - est faible pour un débit de transactions élevé », a déclaré le MIT.

« Les techniques d'amélioration des performances du réseau utilisées par les chercheurs du MIT s'apparentent à la commutation de paquets, une pratique répandue dans les systèmes de télécommunications, et à la gestion des files d'attente utilisée par de nombreuses solutions de gestion de systèmes/réseaux pour réduire la congestion du réseau et le trafic dans les datacenters et autres points d'agrégation de données », a déclaré Avivah Litan, vice-présidente de la recherche de Gartner. Grâce à des simulations approfondies, les chercheurs ont déclaré avoir démontré que Spider traitait 95 % de toutes les transactions en utilisant seulement 25 % des fonds nécessaires dans les schémas de routage traditionnels. « Et il ne faut qu'une transaction sur la chaîne pour 10 000 transactions acheminées pour avoir un rendement complet sur les demandes en déséquilibre », ont déclaré les chercheurs. « Les chercheurs du MIT appliquent intelligemment les techniques existantes couramment utilisées pour améliorer les performances du réseau à des solutions de canaux de chaines de blocs développées pour décharger le volume de transactions sur le réseau principal et résorber les goulets d'étranglement qui en résultent », a encore déclaré Mme Litan. « Il ne manque pas de mathématiciens et d'informaticiens intelligents au MIT, il n'est donc pas surprenant qu'ils développent cette solution innovante pour les transactions de la chaîne de blocs ».