Le design modulaire, c'est le futur ?

IntermédiaireMar 05, 2024
Cet article explore la comparaison entre les blockchains monolithiques et modulaires, analyse le potentiel de la modularisation pour améliorer les performances des systèmes décentralisés et anticipe son impact profond sur l'avenir de la blockchain.
Le design modulaire, c'est le futur ?

Introduction

Il y a une dizaine d'années, le monde a connu une augmentation de la croissance des smartphones mobiles. À l'époque, certaines grandes entreprises pensaient pouvoir révolutionner les smartphones en introduisant des architectures modulaires. En 2013, Google a annoncé Project Ara, un nouveau smartphone au design modulaire. Contrairement aux téléphones « monolithiques » actuels, fabriqués à partir de pièces scellées en aluminium et en verre, Ara permet aux utilisateurs de personnaliser leur téléphone de nombreuses manières, permettant ainsi de moduler tous les éléments essentiels. Vous ne seriez pas obligée de changer de téléphone aussi fréquemment. Au lieu de cela, vous pouvez simplement ajouter les meilleures nouvelles pièces à votre ancien téléphone, selon vos préférences. Malheureusement, la modularité n'a pas été un succès dans l'écosystème de la téléphonie mobile, et le concept reste presque oublié de l'histoire de la technologie.

Le smartphone modulaire peut servir de mise en garde pour les blockchains modulaires, car l'engouement pour les nouvelles solutions passionnantes ne garantit pas une victoire à long terme, malgré les inconvénients légitimes des outils actuels. Cependant, dans le cas des blockchains, la demande d'évolutivité des utilisateurs pousse déjà les développeurs à développer et à adopter des architectures modulaires. En raison de cette demande, il est peu probable que les architectures blockchain modulaires connaissent le même sort que celui des smartphones modulaires.

Mais qu'est-ce qu'une architecture blockchain modulaire exactement ? Comment pouvons-nous nous assurer que ces solutions ne seront pas considérées comme un autre projet Ara ? Cet article espère répondre à toutes ces questions.

Monolithique et modulaire

Avant d'aller plus loin, clarifions la différence entre les architectures monolithiques et modulaires. Le moyen le plus simple de présenter ce concept serait de donner l'exemple d'un concept familier. Tout comme les téléphones portables possèdent certains composants de base, tels qu'un appareil photo, une batterie et un écran tactile, la blockchain en possède également.

Un iPhone est un excellent exemple de téléphone « monolithique ». Il est livré avec toutes les pièces nécessaires à l'utilisation du téléphone et n'offre pas beaucoup d'options de personnalisation. Bien sûr, vous ne pourrez peut-être pas trop modifier les éléments internes, mais c'est élégant et rapide. Cependant, il se peut que vous souhaitiez personnaliser davantage votre téléphone à un moment donné. Supposons qu'au fil des années, les nouveaux téléphones soient équipés d'appareils photo bien meilleurs. Le reste de votre téléphone obsolète fonctionne peut-être correctement, mais avec votre appareil photo actuel, vous ne pouvez pas offrir une expérience comparable à celle des nouveaux téléphones.

Avec une architecture modulaire, vous n'auriez pas à acheter un téléphone neuf. Au lieu de cela, vous pourriez échanger votre appareil photo comme s'il s'agissait d'une pièce Lego et en mettre un meilleur.

Le projet Ara de Google est un exemple de téléphone modulaire. Le téléphone est composé de composants qui peuvent être échangés et remplacés à votre guise. Tant que des pièces compatibles seront fabriquées, Ara les prendra en charge.

Comme les smartphones, les blockchains sont composées de plusieurs composants essentiels ; ces composants sont présentés ci-dessous :

  • Consensus
    • La couche consensuelle des blockchains assure l'ordre et la finalité grâce à un réseau d'ordinateurs qui parviennent à un consensus sur l'état de la chaîne.
  • Exécution
    • Cette couche gère le traitement proprement dit des transactions en exécutant le code spécifié. C'est également là que les utilisateurs interagissent généralement avec la blockchain, par exemple en signant des transactions, en déployant des contrats intelligents et en transférant des actifs.
  • règlement
    • La couche de règlement sert de plateforme pour vérifier les activités exécutées sur la couche 2, telles que les cumuls et la résolution des litiges. Plus important encore, c'est là que l'état final de la blockchain est enregistré.
  • Disponibilité des données
    • Les données requises pour vérifier la validité d'une transition d'état doivent être publiées et stockées sur cette couche. Cela devrait être facilement récupérable et vérifiable en cas d'attaque ou de panne opérationnelle lorsque les producteurs de blocs ne fournissent pas de données de transaction.

En termes simples, une blockchain monolithique effectue toutes ces tâches toute seule, dans un seul logiciel, tandis qu'une blockchain modulaire les sépare en plusieurs logiciels. À ce stade, vous vous demandez peut-être quels sont les inconvénients d'une blockchain qui gère toutes ces tâches en même temps.

Cela revient à un problème séculaire, le trilemme de l'évolutivité.

Le trilemme de l'évolutivité indique qu'une blockchain ne peut présenter que deux des trois caractéristiques suivantes : décentralisation, sécurité et évolutivité. Les blockchains monolithiques existantes ont tendance à être optimisées pour les coins sécurisés et évolutifs du triangle. Bitcoin et Ethereum mettent davantage l'accent sur le fait d'être aussi décentralisés et sécurisés que possible. Malheureusement, cela a un prix. Les chaînes décentralisées ne disposent généralement pas d'une bande passante élevée pour exécuter des transactions. Ethereum plafonne à environ 20 transactions par seconde, et le Bitcoin baisse encore plus bas sur l'échelle. 20 transactions par seconde, c'est totalement insuffisant si nous voulons utiliser ces protocoles à l'échelle mondiale. Certaines chaînes monolithiques pourraient, du moins en théorie, nous rapprocher de l'échelle mondiale, car leur TPS et leur débit global sont suffisants. Cependant, ils manquent souvent de décentralisation, le principe fondamental de la technologie blockchain.

Une architecture modulaire vise à externaliser une partie du travail d'une blockchain afin de rendre les chaînes plus performantes tout en préservant la décentralisation. Passons en revue Ethereum et discutons de la manière dont il est censé tirer parti de la modularité.

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Un écosystème centré sur Ethereum


Exemples : La plupart des Layer 1, Fuel

Ethereum, tel qu'il existe aujourd'hui, est une blockchain monolithique. La plupart des autres blockchains de couche 1 actuelles seraient également classées comme des blockchains monolithiques et structurées comme telles. Comme dans l'exemple de l'iPhone, certaines fonctionnalités des blockchains monolithiques commencent parfois à prendre du retard par rapport à celles des nouvelles solutions, ce qui entraîne la perte des développeurs et des consommateurs qui recherchent la couche 1 la plus récente et la plus innovante. Pour remédier aux problèmes de débit actuels d'Ethereum, les développeurs créent des couches d'exécution cumulatives afin d'augmenter la bande passante des transactions.

Exemples : Optimism, Arbitrum, Fuel, Scroll, ZkSync

Les rollups en tant que couche d'exécution sont la méthode de mise à l'échelle la plus utilisée sur Ethereum aujourd'hui. Les rollups sont des blockchains distinctes dotées d'une exécution des transactions plus performante et dont les résultats nets se situent sur Ethereum pour hériter efficacement de sa (bien meilleure) sécurité et de sa décentralisation.

À un niveau élevé, un cumul est simplement une blockchain qui publie le résultat net de ses blocs sur une autre blockchain. Cependant, il ne s'agit que d'un élément du cumul, car vous avez également besoin de preuves de validité & contre la fraude et d'une méthode d'insertion de transactions sans autorisation. Les cumuls y parviennent en synchronisant les données entre deux contrats intelligents, l'un déployé au niveau 1 et l'autre au niveau 2. C'est ce design qui en fait un roll up et non un sidechain. Ces éléments clés sont nécessaires à la sécurité d'un cumul, car celui-ci peut être interrompu ou censuré sans eux.

Actuellement, la plupart des rollups sont compatibles EVM pour aider les développeurs d'Ethereum à migrer facilement, mais en termes d'efficacité des calculs et de facilité de développement, il existe peut-être de meilleures alternatives pour les couches d'exécution. Les utilisateurs peuvent même souhaiter bénéficier de fonctionnalités de qualité de vie supplémentaires qui ne sont pas présentes sur les chaînes équivalentes à EVM, comme l'abstraction des comptes. Compte tenu du large éventail de préférences des développeurs, il est probable que cette tendance se poursuive, et nous verrons encore plus de solutions innovantes apparaître sur le marché, telles que les couches d'exécution SolanaVM et MoveVM. Fuel est un exemple de couche d'exécution qui n'est pas compatible avec EVM et dont le seul objectif est d'effectuer des calculs impossibles sur d'autres cumuls. Fuel est également la première « couche d'exécution modulaire » qui, comme nous allons le voir, permet d'en faire un cumul souverain, une chaîne de règlement ou même une blockchain monolithique. Alors que les cumuls ne sont que des couches d'exécution, Fuel peut en être plus.

Le carburant peut être modularisé comme ne le font pas les cumuls normaux. D'où le nom de « couche d'exécution modulaire ». Nous allons bientôt nous intéresser à la mécanique de l'architecture Celestia. (Source : Fuel)

Fuel a démontré que les couches d'exécution peuvent être créatives et donner la priorité à la vitesse de calcul plutôt qu'à la prise en charge de l'EVM. Bien que de nombreuses personnes qui connaissent bien les architectures modulaires connaissent Fuel, un autre grand concurrent est moins connu. L'une des couches d'exécution modulaires les plus intéressantes à venir s'appelle Kindelia. En plus d'être l'une des couches de calcul les plus rapides, Kindelia possède un système de preuve unique utilisant sa machine virtuelle. Le HVM de Kindelia propose un vérificateur de preuves quasi instantané intégré à leur langage de contrats intelligents, appelé Kind. La gentillesse est essentielle car les contrats intelligents peuvent prouver dans leur code que celui-ci est protégé contre les exploits et qu'il fonctionne correctement. Ce type de conception pourrait résoudre le problème des contrats intelligents mal codés et nous éviter les exploits qui affectent les contrats intelligents aujourd'hui. Ce n'est qu'une des manières dont Kindelia apporte de la valeur par rapport aux autres couches d'exécution.

Mais la mise à l'échelle en termes de couche d'exécution n'est qu'une pièce du puzzle. Les développeurs cherchent à modulariser davantage les blockchains monolithiques afin d'optimiser toutes les performances possibles. Cela nous amène à voir comment la couche de disponibilité des données peut être modularisée.

Exemples : Metis, ZKPorter, Anytrust

Un Validium est un cumul dont les données sont déplacées hors chaîne au lieu d'être stockées sur la chaîne.

Mais pourquoi transférons-nous des données hors chaîne ? C'est parce que nous essayons d'optimiser la disponibilité des données. L'efficacité globale d'un système de cumul dépend largement des capacités de sa couche de disponibilité des données. Lorsque cette couche ne parvient pas à gérer le volume de données générées par le séquenceur de transactions du cumul, cela crée un goulot d'étranglement dans le traitement des transactions. Par conséquent, le cumul ne peut pas gérer de transactions supplémentaires, ce qui entraîne une augmentation des frais de gaz et/ou un ralentissement des délais d'exécution. En d'autres termes, la performance de la couche de disponibilité des données du rollup est un facteur essentiel pour déterminer ses capacités globales de traitement des transactions et les frais qui y sont associés.

L'inconvénient des validiums, c'est qu'ils sont hors chaîne, ce qui introduit davantage d'hypothèses de confiance. Nous voulons une solution en chaîne pour améliorer la couche de disponibilité des données d'Ethereum. La réponse est Danksharding.

L'intégration de Danksharding à Ethereum en fait une plateforme rationalisée pour le règlement et l'accessibilité des données.

Ce qui rend Danksharding innovant, c'est sa capacité à fusionner ces concepts pour former une unité cohérente. Les preuves cumulatives et les données sont vérifiées dans le même bloc, créant ainsi un système fluide et efficace. Cependant, dans le cadre de leur fonctionnement normal, les rollups nécessitent un espace de stockage important pour leurs données compressées. Danksharding fournit une solution à cette exigence, en offrant la possibilité de générer des millions de TPS sur plusieurs cumuls. Le danksharding est une technique qui divise l'activité du réseau en fragments afin d'augmenter l'espace réservé aux blobs de données. Un blob de données est un format de données plus efficace et standardisé sur Ethereum, qui peut contenir une grande quantité de données et qui est utilisé par les cumuls pour réduire les frais de gaz. Danksharding utilise un « échantillonnage de disponibilité des données » pour permettre aux nœuds de vérifier des quantités de données importantes en n'examinant qu'une petite partie, ouvrant ainsi la voie à un avenir où des réseaux de couche 2 moins chers et plus rapides pourront prospérer tout en permettant des transactions directes sur Ethereum.

Danksharding est également une bonne chose car elle bénéficierait de toute la sécurité et de la décentralisation d'Ethereum lui-même. Cependant, cela a un inconvénient. En raison du rythme relativement lent du développement d'Ethereum, Danksharding n'a probablement pas été correctement implémenté dans Ethereum depuis des années. L'EIP-4844 prévoit d'introduire le proto-Danksharding, qui est la première étape pour y parvenir. L'EIP-4844 améliore Ethereum en introduisant une nouvelle transaction qui accepte les blobs de données. Ce stockage spécialisé pour les données cumulatives ouvre la voie à un marché des frais plus rentable.

Et si vous voulez une couche de disponibilité rapide des données mais que vous ne voulez pas attendre la sortie de Danksharding ? Celestia est un protocole qui propose exactement cela. Pour passer d'une vision de la modularité centrée sur Ethereum, il vaut la peine de se plonger dans Celestia pour voir comment les blockchains modulaires peuvent être interprétées autrement.

Un écosystème centré sur Celestia

Celestium est une solution unique qui associe la disponibilité des données de Celestia au règlement et au consensus d'Ethereum. Le danksharding reste la méthode la plus sûre en raison de son intégration à Ethereum, de sa décentralisation et de sa robustesse. Cependant, certains rollups préfèrent rechercher l'évolutivité dès maintenant plutôt que d'attendre que Danksharding soit implémenté dans Ethereum.

Pour les projets qui sont impatients de voir Danksharding, l'une des options possibles est d'utiliser des solutions de disponibilité des données hors chaîne, telles que Validiums, qui font appel à un « comité de disponibilité des données » (DAC) pour attester de la disponibilité des données. Cependant, cette méthode n'est ni aussi décentralisée ni sécurisée, car elle repose sur une signature multiple, et il n'y a aucun moyen de vérifier si le DAC est honnête actuellement ou s'il l'a été par le passé.

Celestium propose une alternative plus sûre aux DAC. Avec Celestium, l'attestation de disponibilité des données est étayée par la mise de l'ensemble des validateurs Celestia, ce qui signifie que si des validateurs fournissent des informations incorrectes, ils peuvent être supprimés et risquer de perdre une grosse somme d'argent. Cela donne une réponse sévère et immédiate, contrairement à ce qui se passe dans un DAC où aucune pénalité n'est prévue.

De plus, les utilisateurs peuvent vérifier l'honnêteté de Celestia en effectuant un échantillonnage de la disponibilité des données sur les blocs et en consultant le Quantum Gravity Bridge, le pont de messagerie unidirectionnel fiable reliant Celestia à Ethereum. Les ponts sont généralement la partie la plus vulnérable de toute solution. Des redondances doivent donc être mises en place.

Celestium et Danksharding utilisent l'échantillonnage de disponibilité des données (DAS) pour vérifier la nature non malveillante de toutes les données. Le DAS permet aux nœuds de garantir la disponibilité d'un bloc en téléchargeant des segments aléatoires et en les alertant en cas de perte d'une partie. Ce système d'alerte n'est qu'un aspect d'un mécanisme DAS qui utilise des preuves de fraude (comme Celestia). Dans le cas d'un mécanisme DAS prouvant la validité comme Danksharding, aucun système d'alerte n'est nécessaire, car les preuves de validité garantissent l'exactitude du code d'effacement et des engagements. Ces mécanismes réduisent le risque de dissimulation de données de bloc et garantissent que de nombreux nœuds inspectent le bloc de manière aléatoire.

Un nœud échantillonne un bloc au hasard pour vérifier sa disponibilité. (Source : Vitalik Buterin)

C'est grâce à l'échantillonnage des données que Celestia et Danksharding sont si sûrs. Au moins, les utilisateurs savent qu'en cas de corruption, ils peuvent la détecter rapidement. En revanche, avec la boîte noire d'un DAC, il peut y avoir de la corruption pendant un an, sans que personne ne s'en rende compte.

Exemples : Carburant

Contrairement aux cumuls traditionnels sur Ethereum, les cumuls souverains fonctionnent différemment. Contrairement aux cumuls standard, les cumuls souverains ne reposent pas sur un ensemble de contrats intelligents de couche 1 pour valider et ajouter des blocs à la chaîne canonique. Au lieu de cela, les blocs sont publiés sous forme de données brutes directement sur la chaîne, et les nœuds du cumul sont chargés de vérifier la règle locale de choix des fork afin de déterminer la bonne chaîne. Cela fait passer la responsabilité du règlement de la couche 1 au cumul. Contrairement aux cumuls traditionnels, il n'existe pas de passerelle visant à minimiser la confiance entre un cumul souverain et Celestia. Cela peut être considéré comme négatif, car vous voudriez qu'un bridge soit le moins possible en termes de confiance, mais cela donne aux cumuls souverains l'avantage d'une voie de mise à niveau indépendante via la bifurcation. Cela permet une coordination plus facile et des mises à niveau plus sécurisées que ce que peuvent offrir les cumuls non souverains. Techniquement, nous ne devrions pas considérer cela comme un cumul, car un cumul implique généralement une couche unifiée de règlement et de disponibilité des données. Pour cette raison, les cumuls souverains sont également simplement appelés blockchains souveraines.

Pour permettre aux développeurs de créer plus facilement des cumuls souverains sur Celestia, Celestia a créé Rollmint, en remplacement de Tendermint en tant que mécanisme de consensus. Cela permet aux rollups de publier des blocs directement sur Celestia au lieu de passer par le processus Tendermint. Avec ce design, la communauté à l'origine de la chaîne est totalement souveraine et n'est soumise à l'autorité d'aucun autre appareil d'État. Cela la distingue des communautés qui proposent des contrats intelligents ou des rollups sur Ethereum, qui sont liées par le consensus social de la communauté Ethereum.

Exemples de chaîne de règlement : Fuel, Cevmos, DyMension

La création d'un composant de règlement autonome et modulaire définit le concept de cumul des règlements. Actuellement, les rollups utilisent la chaîne principale Ethereum pour les règlements, mais il existe d'autres solutions en plus de celle-ci. La chaîne Ethereum est partagée avec d'autres applications non cumulables pour les transactions de contrats intelligents, ce qui entraîne une réduction d'échelle et un manque de spécialisation.

Une couche de règlement idéale pour les cumuls autoriserait uniquement les contrats intelligents cumulatifs et les transferts simples entre les cumuls, tout en interdisant ou en rendant coûteuses les applications non cumulatives pour régler les transactions.

Le design de Celestia propose une couche standard de consensus global permettant aux développeurs de créer des cumuls d'exécution faisant partie d'un cluster unique minimisant la confiance. Cela permet également de réduire la confiance entre les cumuls d'une même couche de consensus global, un nouveau concept qui n'existe pas dans les architectures actuelles. Reste à savoir si les développeurs adopteront ce nouveau paradigme de cross-rollup.

Parmi les chaînes de règlement, citons Cevmos, Fuel et DymEnsion. Polygon est en concurrence avec Celestia en élaborant son interprétation d'une architecture modulaire. Dans la conception modulaire de Polygon, Polygon Avail sert de composant modulaire de disponibilité des données et de consensus, tandis que la blockchain Polygon fait office de couche de règlement.

Les arguments en faveur des chaînes monolithiques

De nombreux articles sur les blockchains modulaires considèrent généralement la couche 1 monolithique comme une technologie de dinosaure, par rapport aux nouvelles solutions modulaires. Actuellement, il est difficile de soutenir pleinement cette affirmation, car l'un des principaux problèmes liés à ces solutions de mise à l'échelle réside dans les hypothèses de confiance qu'elles ajoutent à l'ensemble du système. Bien que nous ayons expliqué que la plupart des DAC et des validiums ne sont pas sécurisés, cela peut même s'étendre à la couche d'exécution (c'est-à-dire aux cumuls).

Certains des rollups les plus utilisés aujourd'hui ne sont pas encore véritablement décentralisés, même s'ils permettent de gagner des milliards de dollars. Au moment de la rédaction de cet article, Optimism ne dispose toujours pas de preuves de fraude fonctionnelles, et Arbitrum est modifiable à partir d'un seul multisig. Les deux protocoles s'efforcent de résoudre ces problèmes dans le cadre de leur développement planifié, mais il est important de garder à l'esprit que la décentralisation n'est pas une évidence simplement parce qu'un protocole utilise une architecture particulière. De plus, les ponts entre tous les composants modulaires, principalement les modules souverains, peuvent être confrontés aux mêmes insécurités que les ponts inter-chaînes. Enfin, l'un des principaux problèmes est qu'il est de plus en plus complexe de développer sur une base modulaire ; pour certains développeurs, cela peut être difficile. À terme, nous pensons que les cumuls permettront de résoudre ces problèmes et de parvenir à une décentralisation suffisante. Cependant, la couche 1 monolithique pourrait également devenir tout aussi décentralisée entre-temps.

Nos rapports précédents expliquaient comment certaines couches 1 monolithiques évoluent en interne avec une architecture DAG. Ce n'est qu'un exemple qui montre que les blockchains monolithiques essaient d'innover sans recourir à des composants hors chaîne, et que d'innombrables autres optimisations sont en cours d'élaboration pour optimiser les performances. Nous ne pouvons pas simplement discréditer l'idée d'un nouveau design de blockchain qui vise à résoudre tous les aspects du trilemme de l'évolutivité.

Conclusion

Tout comme il y avait les téléphones modulaires, il existe désormais des blockchains modulaires. Cependant, le fait de voir la possibilité d'un futur centré sur le rollup basé sur Danksharding indique qu'il est peu probable que l'architecture modulaire de la blockchain connaisse le même sort que le téléphone modulaire. Les couches d'exécution telles que Kindelia et Fuel seront particulièrement touchées par la croissance du nombre d'utilisateurs, car l'accent mis sur la rapidité et les nouvelles fonctionnalités permettra aux applications créées dessus d'être véritablement innovantes.

Malheureusement, bon nombre de ces modèles modulaires n'ont toujours pas été testés, et certains modèles modulaires de blockchain ne seront peut-être jamais largement adoptés. Les validiums seront peut-être complètement supprimés à mesure que Celestia et Danksharding seront largement adoptés. Les rollups souverains de Celestia peuvent être confrontés aux mêmes problèmes de transition que les systèmes de couche 1 existants, ce qui en freine l'adoption pour des raisons de sécurité et de complexité.

L'avenir d'une blockchain modulaire et décentralisée est encore loin. En attendant, les blockchains monolithiques continueront d'être pertinentes et d'innover. Lorsque nous arriverons enfin à un avenir où les blockchains modulaires seront largement adoptées, le paysage monolithique des blockchains pourrait également être complètement différent. Néanmoins, nous avons besoin de solutions évolutives pour gérer les blockchains existantes en termes de liquidités et d'utilisateurs, et à long terme, une architecture blockchain modulaire sera probablement le meilleur moyen d'y parvenir.

Auteur

Robert McTague est associé aux investissements pour Amber Group's Eco Fund, le fonds de capital-risque dédié aux entreprises en phase de démarrage. Il a récemment remporté la troisième place à l'ETHSF avec quelques amis qui ont construit sur Fuel. Il est très optimiste quant à l'avenir des blockchains modulaires.


Les informations contenues dans ce billet (les « Informations ») ont été préparées uniquement à des fins d'information, sont présentées sous forme de résumé et ne sont pas censées être complètes. Les informations ne sont pas, et ne sont pas destinées à être, une offre de vente ou une sollicitation d'offre d'achat de titres. Les informations ne fournissent pas de conseils d'investissement et ne doivent pas être considérées comme des conseils d'investissement. Les informations ne tiennent pas compte des objectifs d'investissement spécifiques, de la situation financière ou des besoins particuliers d'un investisseur potentiel. Aucune déclaration ni garantie n'est faite, expresse ou implicite, en ce qui concerne l'équité, l'exactitude, le caractère raisonnable ou complet des Informations. Nous ne nous engageons pas à mettre à jour les informations. Cela ne doit pas être considéré par les investisseurs potentiels comme un substitut à l'exercice de leur propre jugement ou à leurs recherches. Les investisseurs potentiels devraient consulter leurs propres conseillers juridiques, réglementaires, fiscaux, commerciaux, d'investissement, financiers et comptables dans la mesure où ils le jugent nécessaire, et prendre toute décision d'investissement sur la base de leur propre jugement et des conseils des conseillers qu'ils jugent nécessaires et non sur les points de vue exprimés dans ce document

Avertissement:

  1. Cet article est reproduit sur [bitcoininsider.org], Tous les droits d'auteur appartiennent à l'auteur original [Robert McTague]. En cas d'objection à cette réimpression, contactez l'équipe de Gate Learn, elle s'en occupera rapidement.
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Le design modulaire, c'est le futur ?

IntermédiaireMar 05, 2024
Cet article explore la comparaison entre les blockchains monolithiques et modulaires, analyse le potentiel de la modularisation pour améliorer les performances des systèmes décentralisés et anticipe son impact profond sur l'avenir de la blockchain.
Le design modulaire, c'est le futur ?

Introduction

Il y a une dizaine d'années, le monde a connu une augmentation de la croissance des smartphones mobiles. À l'époque, certaines grandes entreprises pensaient pouvoir révolutionner les smartphones en introduisant des architectures modulaires. En 2013, Google a annoncé Project Ara, un nouveau smartphone au design modulaire. Contrairement aux téléphones « monolithiques » actuels, fabriqués à partir de pièces scellées en aluminium et en verre, Ara permet aux utilisateurs de personnaliser leur téléphone de nombreuses manières, permettant ainsi de moduler tous les éléments essentiels. Vous ne seriez pas obligée de changer de téléphone aussi fréquemment. Au lieu de cela, vous pouvez simplement ajouter les meilleures nouvelles pièces à votre ancien téléphone, selon vos préférences. Malheureusement, la modularité n'a pas été un succès dans l'écosystème de la téléphonie mobile, et le concept reste presque oublié de l'histoire de la technologie.

Le smartphone modulaire peut servir de mise en garde pour les blockchains modulaires, car l'engouement pour les nouvelles solutions passionnantes ne garantit pas une victoire à long terme, malgré les inconvénients légitimes des outils actuels. Cependant, dans le cas des blockchains, la demande d'évolutivité des utilisateurs pousse déjà les développeurs à développer et à adopter des architectures modulaires. En raison de cette demande, il est peu probable que les architectures blockchain modulaires connaissent le même sort que celui des smartphones modulaires.

Mais qu'est-ce qu'une architecture blockchain modulaire exactement ? Comment pouvons-nous nous assurer que ces solutions ne seront pas considérées comme un autre projet Ara ? Cet article espère répondre à toutes ces questions.

Monolithique et modulaire

Avant d'aller plus loin, clarifions la différence entre les architectures monolithiques et modulaires. Le moyen le plus simple de présenter ce concept serait de donner l'exemple d'un concept familier. Tout comme les téléphones portables possèdent certains composants de base, tels qu'un appareil photo, une batterie et un écran tactile, la blockchain en possède également.

Un iPhone est un excellent exemple de téléphone « monolithique ». Il est livré avec toutes les pièces nécessaires à l'utilisation du téléphone et n'offre pas beaucoup d'options de personnalisation. Bien sûr, vous ne pourrez peut-être pas trop modifier les éléments internes, mais c'est élégant et rapide. Cependant, il se peut que vous souhaitiez personnaliser davantage votre téléphone à un moment donné. Supposons qu'au fil des années, les nouveaux téléphones soient équipés d'appareils photo bien meilleurs. Le reste de votre téléphone obsolète fonctionne peut-être correctement, mais avec votre appareil photo actuel, vous ne pouvez pas offrir une expérience comparable à celle des nouveaux téléphones.

Avec une architecture modulaire, vous n'auriez pas à acheter un téléphone neuf. Au lieu de cela, vous pourriez échanger votre appareil photo comme s'il s'agissait d'une pièce Lego et en mettre un meilleur.

Le projet Ara de Google est un exemple de téléphone modulaire. Le téléphone est composé de composants qui peuvent être échangés et remplacés à votre guise. Tant que des pièces compatibles seront fabriquées, Ara les prendra en charge.

Comme les smartphones, les blockchains sont composées de plusieurs composants essentiels ; ces composants sont présentés ci-dessous :

  • Consensus
    • La couche consensuelle des blockchains assure l'ordre et la finalité grâce à un réseau d'ordinateurs qui parviennent à un consensus sur l'état de la chaîne.
  • Exécution
    • Cette couche gère le traitement proprement dit des transactions en exécutant le code spécifié. C'est également là que les utilisateurs interagissent généralement avec la blockchain, par exemple en signant des transactions, en déployant des contrats intelligents et en transférant des actifs.
  • règlement
    • La couche de règlement sert de plateforme pour vérifier les activités exécutées sur la couche 2, telles que les cumuls et la résolution des litiges. Plus important encore, c'est là que l'état final de la blockchain est enregistré.
  • Disponibilité des données
    • Les données requises pour vérifier la validité d'une transition d'état doivent être publiées et stockées sur cette couche. Cela devrait être facilement récupérable et vérifiable en cas d'attaque ou de panne opérationnelle lorsque les producteurs de blocs ne fournissent pas de données de transaction.

En termes simples, une blockchain monolithique effectue toutes ces tâches toute seule, dans un seul logiciel, tandis qu'une blockchain modulaire les sépare en plusieurs logiciels. À ce stade, vous vous demandez peut-être quels sont les inconvénients d'une blockchain qui gère toutes ces tâches en même temps.

Cela revient à un problème séculaire, le trilemme de l'évolutivité.

Le trilemme de l'évolutivité indique qu'une blockchain ne peut présenter que deux des trois caractéristiques suivantes : décentralisation, sécurité et évolutivité. Les blockchains monolithiques existantes ont tendance à être optimisées pour les coins sécurisés et évolutifs du triangle. Bitcoin et Ethereum mettent davantage l'accent sur le fait d'être aussi décentralisés et sécurisés que possible. Malheureusement, cela a un prix. Les chaînes décentralisées ne disposent généralement pas d'une bande passante élevée pour exécuter des transactions. Ethereum plafonne à environ 20 transactions par seconde, et le Bitcoin baisse encore plus bas sur l'échelle. 20 transactions par seconde, c'est totalement insuffisant si nous voulons utiliser ces protocoles à l'échelle mondiale. Certaines chaînes monolithiques pourraient, du moins en théorie, nous rapprocher de l'échelle mondiale, car leur TPS et leur débit global sont suffisants. Cependant, ils manquent souvent de décentralisation, le principe fondamental de la technologie blockchain.

Une architecture modulaire vise à externaliser une partie du travail d'une blockchain afin de rendre les chaînes plus performantes tout en préservant la décentralisation. Passons en revue Ethereum et discutons de la manière dont il est censé tirer parti de la modularité.

Vous aimez les plongées approfondies dans le domaine des cryptomonnaies ? Abonnez-vous gratuitement pour recevoir de nouveaux articles et rester informée des dernières tendances et sujets du secteur.

Un écosystème centré sur Ethereum


Exemples : La plupart des Layer 1, Fuel

Ethereum, tel qu'il existe aujourd'hui, est une blockchain monolithique. La plupart des autres blockchains de couche 1 actuelles seraient également classées comme des blockchains monolithiques et structurées comme telles. Comme dans l'exemple de l'iPhone, certaines fonctionnalités des blockchains monolithiques commencent parfois à prendre du retard par rapport à celles des nouvelles solutions, ce qui entraîne la perte des développeurs et des consommateurs qui recherchent la couche 1 la plus récente et la plus innovante. Pour remédier aux problèmes de débit actuels d'Ethereum, les développeurs créent des couches d'exécution cumulatives afin d'augmenter la bande passante des transactions.

Exemples : Optimism, Arbitrum, Fuel, Scroll, ZkSync

Les rollups en tant que couche d'exécution sont la méthode de mise à l'échelle la plus utilisée sur Ethereum aujourd'hui. Les rollups sont des blockchains distinctes dotées d'une exécution des transactions plus performante et dont les résultats nets se situent sur Ethereum pour hériter efficacement de sa (bien meilleure) sécurité et de sa décentralisation.

À un niveau élevé, un cumul est simplement une blockchain qui publie le résultat net de ses blocs sur une autre blockchain. Cependant, il ne s'agit que d'un élément du cumul, car vous avez également besoin de preuves de validité & contre la fraude et d'une méthode d'insertion de transactions sans autorisation. Les cumuls y parviennent en synchronisant les données entre deux contrats intelligents, l'un déployé au niveau 1 et l'autre au niveau 2. C'est ce design qui en fait un roll up et non un sidechain. Ces éléments clés sont nécessaires à la sécurité d'un cumul, car celui-ci peut être interrompu ou censuré sans eux.

Actuellement, la plupart des rollups sont compatibles EVM pour aider les développeurs d'Ethereum à migrer facilement, mais en termes d'efficacité des calculs et de facilité de développement, il existe peut-être de meilleures alternatives pour les couches d'exécution. Les utilisateurs peuvent même souhaiter bénéficier de fonctionnalités de qualité de vie supplémentaires qui ne sont pas présentes sur les chaînes équivalentes à EVM, comme l'abstraction des comptes. Compte tenu du large éventail de préférences des développeurs, il est probable que cette tendance se poursuive, et nous verrons encore plus de solutions innovantes apparaître sur le marché, telles que les couches d'exécution SolanaVM et MoveVM. Fuel est un exemple de couche d'exécution qui n'est pas compatible avec EVM et dont le seul objectif est d'effectuer des calculs impossibles sur d'autres cumuls. Fuel est également la première « couche d'exécution modulaire » qui, comme nous allons le voir, permet d'en faire un cumul souverain, une chaîne de règlement ou même une blockchain monolithique. Alors que les cumuls ne sont que des couches d'exécution, Fuel peut en être plus.

Le carburant peut être modularisé comme ne le font pas les cumuls normaux. D'où le nom de « couche d'exécution modulaire ». Nous allons bientôt nous intéresser à la mécanique de l'architecture Celestia. (Source : Fuel)

Fuel a démontré que les couches d'exécution peuvent être créatives et donner la priorité à la vitesse de calcul plutôt qu'à la prise en charge de l'EVM. Bien que de nombreuses personnes qui connaissent bien les architectures modulaires connaissent Fuel, un autre grand concurrent est moins connu. L'une des couches d'exécution modulaires les plus intéressantes à venir s'appelle Kindelia. En plus d'être l'une des couches de calcul les plus rapides, Kindelia possède un système de preuve unique utilisant sa machine virtuelle. Le HVM de Kindelia propose un vérificateur de preuves quasi instantané intégré à leur langage de contrats intelligents, appelé Kind. La gentillesse est essentielle car les contrats intelligents peuvent prouver dans leur code que celui-ci est protégé contre les exploits et qu'il fonctionne correctement. Ce type de conception pourrait résoudre le problème des contrats intelligents mal codés et nous éviter les exploits qui affectent les contrats intelligents aujourd'hui. Ce n'est qu'une des manières dont Kindelia apporte de la valeur par rapport aux autres couches d'exécution.

Mais la mise à l'échelle en termes de couche d'exécution n'est qu'une pièce du puzzle. Les développeurs cherchent à modulariser davantage les blockchains monolithiques afin d'optimiser toutes les performances possibles. Cela nous amène à voir comment la couche de disponibilité des données peut être modularisée.

Exemples : Metis, ZKPorter, Anytrust

Un Validium est un cumul dont les données sont déplacées hors chaîne au lieu d'être stockées sur la chaîne.

Mais pourquoi transférons-nous des données hors chaîne ? C'est parce que nous essayons d'optimiser la disponibilité des données. L'efficacité globale d'un système de cumul dépend largement des capacités de sa couche de disponibilité des données. Lorsque cette couche ne parvient pas à gérer le volume de données générées par le séquenceur de transactions du cumul, cela crée un goulot d'étranglement dans le traitement des transactions. Par conséquent, le cumul ne peut pas gérer de transactions supplémentaires, ce qui entraîne une augmentation des frais de gaz et/ou un ralentissement des délais d'exécution. En d'autres termes, la performance de la couche de disponibilité des données du rollup est un facteur essentiel pour déterminer ses capacités globales de traitement des transactions et les frais qui y sont associés.

L'inconvénient des validiums, c'est qu'ils sont hors chaîne, ce qui introduit davantage d'hypothèses de confiance. Nous voulons une solution en chaîne pour améliorer la couche de disponibilité des données d'Ethereum. La réponse est Danksharding.

L'intégration de Danksharding à Ethereum en fait une plateforme rationalisée pour le règlement et l'accessibilité des données.

Ce qui rend Danksharding innovant, c'est sa capacité à fusionner ces concepts pour former une unité cohérente. Les preuves cumulatives et les données sont vérifiées dans le même bloc, créant ainsi un système fluide et efficace. Cependant, dans le cadre de leur fonctionnement normal, les rollups nécessitent un espace de stockage important pour leurs données compressées. Danksharding fournit une solution à cette exigence, en offrant la possibilité de générer des millions de TPS sur plusieurs cumuls. Le danksharding est une technique qui divise l'activité du réseau en fragments afin d'augmenter l'espace réservé aux blobs de données. Un blob de données est un format de données plus efficace et standardisé sur Ethereum, qui peut contenir une grande quantité de données et qui est utilisé par les cumuls pour réduire les frais de gaz. Danksharding utilise un « échantillonnage de disponibilité des données » pour permettre aux nœuds de vérifier des quantités de données importantes en n'examinant qu'une petite partie, ouvrant ainsi la voie à un avenir où des réseaux de couche 2 moins chers et plus rapides pourront prospérer tout en permettant des transactions directes sur Ethereum.

Danksharding est également une bonne chose car elle bénéficierait de toute la sécurité et de la décentralisation d'Ethereum lui-même. Cependant, cela a un inconvénient. En raison du rythme relativement lent du développement d'Ethereum, Danksharding n'a probablement pas été correctement implémenté dans Ethereum depuis des années. L'EIP-4844 prévoit d'introduire le proto-Danksharding, qui est la première étape pour y parvenir. L'EIP-4844 améliore Ethereum en introduisant une nouvelle transaction qui accepte les blobs de données. Ce stockage spécialisé pour les données cumulatives ouvre la voie à un marché des frais plus rentable.

Et si vous voulez une couche de disponibilité rapide des données mais que vous ne voulez pas attendre la sortie de Danksharding ? Celestia est un protocole qui propose exactement cela. Pour passer d'une vision de la modularité centrée sur Ethereum, il vaut la peine de se plonger dans Celestia pour voir comment les blockchains modulaires peuvent être interprétées autrement.

Un écosystème centré sur Celestia

Celestium est une solution unique qui associe la disponibilité des données de Celestia au règlement et au consensus d'Ethereum. Le danksharding reste la méthode la plus sûre en raison de son intégration à Ethereum, de sa décentralisation et de sa robustesse. Cependant, certains rollups préfèrent rechercher l'évolutivité dès maintenant plutôt que d'attendre que Danksharding soit implémenté dans Ethereum.

Pour les projets qui sont impatients de voir Danksharding, l'une des options possibles est d'utiliser des solutions de disponibilité des données hors chaîne, telles que Validiums, qui font appel à un « comité de disponibilité des données » (DAC) pour attester de la disponibilité des données. Cependant, cette méthode n'est ni aussi décentralisée ni sécurisée, car elle repose sur une signature multiple, et il n'y a aucun moyen de vérifier si le DAC est honnête actuellement ou s'il l'a été par le passé.

Celestium propose une alternative plus sûre aux DAC. Avec Celestium, l'attestation de disponibilité des données est étayée par la mise de l'ensemble des validateurs Celestia, ce qui signifie que si des validateurs fournissent des informations incorrectes, ils peuvent être supprimés et risquer de perdre une grosse somme d'argent. Cela donne une réponse sévère et immédiate, contrairement à ce qui se passe dans un DAC où aucune pénalité n'est prévue.

De plus, les utilisateurs peuvent vérifier l'honnêteté de Celestia en effectuant un échantillonnage de la disponibilité des données sur les blocs et en consultant le Quantum Gravity Bridge, le pont de messagerie unidirectionnel fiable reliant Celestia à Ethereum. Les ponts sont généralement la partie la plus vulnérable de toute solution. Des redondances doivent donc être mises en place.

Celestium et Danksharding utilisent l'échantillonnage de disponibilité des données (DAS) pour vérifier la nature non malveillante de toutes les données. Le DAS permet aux nœuds de garantir la disponibilité d'un bloc en téléchargeant des segments aléatoires et en les alertant en cas de perte d'une partie. Ce système d'alerte n'est qu'un aspect d'un mécanisme DAS qui utilise des preuves de fraude (comme Celestia). Dans le cas d'un mécanisme DAS prouvant la validité comme Danksharding, aucun système d'alerte n'est nécessaire, car les preuves de validité garantissent l'exactitude du code d'effacement et des engagements. Ces mécanismes réduisent le risque de dissimulation de données de bloc et garantissent que de nombreux nœuds inspectent le bloc de manière aléatoire.

Un nœud échantillonne un bloc au hasard pour vérifier sa disponibilité. (Source : Vitalik Buterin)

C'est grâce à l'échantillonnage des données que Celestia et Danksharding sont si sûrs. Au moins, les utilisateurs savent qu'en cas de corruption, ils peuvent la détecter rapidement. En revanche, avec la boîte noire d'un DAC, il peut y avoir de la corruption pendant un an, sans que personne ne s'en rende compte.

Exemples : Carburant

Contrairement aux cumuls traditionnels sur Ethereum, les cumuls souverains fonctionnent différemment. Contrairement aux cumuls standard, les cumuls souverains ne reposent pas sur un ensemble de contrats intelligents de couche 1 pour valider et ajouter des blocs à la chaîne canonique. Au lieu de cela, les blocs sont publiés sous forme de données brutes directement sur la chaîne, et les nœuds du cumul sont chargés de vérifier la règle locale de choix des fork afin de déterminer la bonne chaîne. Cela fait passer la responsabilité du règlement de la couche 1 au cumul. Contrairement aux cumuls traditionnels, il n'existe pas de passerelle visant à minimiser la confiance entre un cumul souverain et Celestia. Cela peut être considéré comme négatif, car vous voudriez qu'un bridge soit le moins possible en termes de confiance, mais cela donne aux cumuls souverains l'avantage d'une voie de mise à niveau indépendante via la bifurcation. Cela permet une coordination plus facile et des mises à niveau plus sécurisées que ce que peuvent offrir les cumuls non souverains. Techniquement, nous ne devrions pas considérer cela comme un cumul, car un cumul implique généralement une couche unifiée de règlement et de disponibilité des données. Pour cette raison, les cumuls souverains sont également simplement appelés blockchains souveraines.

Pour permettre aux développeurs de créer plus facilement des cumuls souverains sur Celestia, Celestia a créé Rollmint, en remplacement de Tendermint en tant que mécanisme de consensus. Cela permet aux rollups de publier des blocs directement sur Celestia au lieu de passer par le processus Tendermint. Avec ce design, la communauté à l'origine de la chaîne est totalement souveraine et n'est soumise à l'autorité d'aucun autre appareil d'État. Cela la distingue des communautés qui proposent des contrats intelligents ou des rollups sur Ethereum, qui sont liées par le consensus social de la communauté Ethereum.

Exemples de chaîne de règlement : Fuel, Cevmos, DyMension

La création d'un composant de règlement autonome et modulaire définit le concept de cumul des règlements. Actuellement, les rollups utilisent la chaîne principale Ethereum pour les règlements, mais il existe d'autres solutions en plus de celle-ci. La chaîne Ethereum est partagée avec d'autres applications non cumulables pour les transactions de contrats intelligents, ce qui entraîne une réduction d'échelle et un manque de spécialisation.

Une couche de règlement idéale pour les cumuls autoriserait uniquement les contrats intelligents cumulatifs et les transferts simples entre les cumuls, tout en interdisant ou en rendant coûteuses les applications non cumulatives pour régler les transactions.

Le design de Celestia propose une couche standard de consensus global permettant aux développeurs de créer des cumuls d'exécution faisant partie d'un cluster unique minimisant la confiance. Cela permet également de réduire la confiance entre les cumuls d'une même couche de consensus global, un nouveau concept qui n'existe pas dans les architectures actuelles. Reste à savoir si les développeurs adopteront ce nouveau paradigme de cross-rollup.

Parmi les chaînes de règlement, citons Cevmos, Fuel et DymEnsion. Polygon est en concurrence avec Celestia en élaborant son interprétation d'une architecture modulaire. Dans la conception modulaire de Polygon, Polygon Avail sert de composant modulaire de disponibilité des données et de consensus, tandis que la blockchain Polygon fait office de couche de règlement.

Les arguments en faveur des chaînes monolithiques

De nombreux articles sur les blockchains modulaires considèrent généralement la couche 1 monolithique comme une technologie de dinosaure, par rapport aux nouvelles solutions modulaires. Actuellement, il est difficile de soutenir pleinement cette affirmation, car l'un des principaux problèmes liés à ces solutions de mise à l'échelle réside dans les hypothèses de confiance qu'elles ajoutent à l'ensemble du système. Bien que nous ayons expliqué que la plupart des DAC et des validiums ne sont pas sécurisés, cela peut même s'étendre à la couche d'exécution (c'est-à-dire aux cumuls).

Certains des rollups les plus utilisés aujourd'hui ne sont pas encore véritablement décentralisés, même s'ils permettent de gagner des milliards de dollars. Au moment de la rédaction de cet article, Optimism ne dispose toujours pas de preuves de fraude fonctionnelles, et Arbitrum est modifiable à partir d'un seul multisig. Les deux protocoles s'efforcent de résoudre ces problèmes dans le cadre de leur développement planifié, mais il est important de garder à l'esprit que la décentralisation n'est pas une évidence simplement parce qu'un protocole utilise une architecture particulière. De plus, les ponts entre tous les composants modulaires, principalement les modules souverains, peuvent être confrontés aux mêmes insécurités que les ponts inter-chaînes. Enfin, l'un des principaux problèmes est qu'il est de plus en plus complexe de développer sur une base modulaire ; pour certains développeurs, cela peut être difficile. À terme, nous pensons que les cumuls permettront de résoudre ces problèmes et de parvenir à une décentralisation suffisante. Cependant, la couche 1 monolithique pourrait également devenir tout aussi décentralisée entre-temps.

Nos rapports précédents expliquaient comment certaines couches 1 monolithiques évoluent en interne avec une architecture DAG. Ce n'est qu'un exemple qui montre que les blockchains monolithiques essaient d'innover sans recourir à des composants hors chaîne, et que d'innombrables autres optimisations sont en cours d'élaboration pour optimiser les performances. Nous ne pouvons pas simplement discréditer l'idée d'un nouveau design de blockchain qui vise à résoudre tous les aspects du trilemme de l'évolutivité.

Conclusion

Tout comme il y avait les téléphones modulaires, il existe désormais des blockchains modulaires. Cependant, le fait de voir la possibilité d'un futur centré sur le rollup basé sur Danksharding indique qu'il est peu probable que l'architecture modulaire de la blockchain connaisse le même sort que le téléphone modulaire. Les couches d'exécution telles que Kindelia et Fuel seront particulièrement touchées par la croissance du nombre d'utilisateurs, car l'accent mis sur la rapidité et les nouvelles fonctionnalités permettra aux applications créées dessus d'être véritablement innovantes.

Malheureusement, bon nombre de ces modèles modulaires n'ont toujours pas été testés, et certains modèles modulaires de blockchain ne seront peut-être jamais largement adoptés. Les validiums seront peut-être complètement supprimés à mesure que Celestia et Danksharding seront largement adoptés. Les rollups souverains de Celestia peuvent être confrontés aux mêmes problèmes de transition que les systèmes de couche 1 existants, ce qui en freine l'adoption pour des raisons de sécurité et de complexité.

L'avenir d'une blockchain modulaire et décentralisée est encore loin. En attendant, les blockchains monolithiques continueront d'être pertinentes et d'innover. Lorsque nous arriverons enfin à un avenir où les blockchains modulaires seront largement adoptées, le paysage monolithique des blockchains pourrait également être complètement différent. Néanmoins, nous avons besoin de solutions évolutives pour gérer les blockchains existantes en termes de liquidités et d'utilisateurs, et à long terme, une architecture blockchain modulaire sera probablement le meilleur moyen d'y parvenir.

Auteur

Robert McTague est associé aux investissements pour Amber Group's Eco Fund, le fonds de capital-risque dédié aux entreprises en phase de démarrage. Il a récemment remporté la troisième place à l'ETHSF avec quelques amis qui ont construit sur Fuel. Il est très optimiste quant à l'avenir des blockchains modulaires.


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