Drivechains: La balle d’argent pour les problèmes de scalabilité du Bitcoin ou une boîte de Pandore de nouveaux risques ?

En 2023, une proposition visant à étendre les fonctionnalités de Bitcoin circulait sur Twitter et suscitait de vifs débats parmi les développeurs.

La programmabilité et la capacité de Bitcoin sont relativement limitées par rapport à certaines autres blockchains. Une réponse proposée était celle des « Drivechains » : des chaînes latérales reliées à Bitcoin, mais fonctionnant séparément avec leurs propres règles et fonctionnalités.

Décrite dans les BIP 300 et 301, la proposition de Paul Sztorc visait à créer un mécanisme de chaînes latérales au moyen d’un soft fork. Les transferts ne reposeraient pas sur un dépositaire fixe, mais les retours vers Bitcoin dépendraient d’hypothèses de sécurité concernant le vote des mineurs. Le terme trustless ne signifie donc pas l’absence de toute hypothèse de confiance.

Voici le fonctionnement de ce mécanisme, ses applications possibles et les raisons de la controverse en 2023.

Qu’est‑ce que le Drivechain ?

Présentée en 2015, l’idée Drivechain visait à étendre Bitcoin grâce à des chaînes latérales. Celles-ci peuvent avoir des monnaies et des modèles de sécurité différents ; elles n’héritent pas automatiquement de toute la sécurité de la chaîne principale. Stacks, par exemple, est reliée à Bitcoin par le Proof of Transfer et possède son propre jeton STX, mais ne constitue pas une Drivechain du BIP 300.

Les Drivechains proposées sont des chaînes latérales, ou chaînes filles, utilisant des unités liées au BTC plutôt qu’une nouvelle monnaie de base émise indépendamment. Les utilisateurs bloqueraient des BTC sur la chaîne principale et recevraient des unités correspondantes sur la chaîne latérale grâce à une liaison bidirectionnelle. Le retour vers Bitcoin ne serait pas autorisé uniquement par une preuve cryptographique de la validité de la chaîne latérale.

Ces chaînes fonctionneraient de manière indépendante et pourraient être minées conjointement avec Bitcoin, comme c’est le cas de la chaîne latérale RSK.

L’activation demanderait un soft fork et des changements limités de la couche de base. Une suppression ultérieure des règles exigerait aussi une coordination et ne serait pas une simple annulation. Sztorc voulait limiter les divisions liées aux désaccords et aux hard forks. Bitcoin Cash est né d’un hard fork distinct le 1er août 2017, pendant le conflit sur la capacité du réseau ; il n’a pas été créé par le soft fork SegWit lui-même.

Le but était d’expérimenter des fonctionnalités et des usages issus d’autres chaînes sur des réseaux latéraux, sans que chaque essai modifie la conception de base de Bitcoin.

Les partisans espéraient des frais supplémentaires pour les mineurs, susceptibles de soutenir la puissance de calcul et la sécurité. Les applications possibles comprenaient les stablecoins, les titres financiers tokenisés, la finance décentralisée (DeFi) et les jetons non fongibles (NFT), déjà utilisés sur Ethereum et d’autres réseaux. L’objectif était de développer l’expérimentation autour de Bitcoin tout en limitant les changements du niveau L1. Ces bénéfices restaient des attentes, pas des résultats garantis.

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Comment fonctionne le Drivechain ?

Les Drivechains associent des chaînes latérales à une liaison bidirectionnelle entre les BTC de la chaîne principale et des unités correspondantes sur la chaîne latérale.

La vérification simplifiée des paiements, ou SPV, permet à un client léger de vérifier l’inclusion d’une transaction dans une chaîne au moyen des en-têtes de blocs et d’une preuve associée, sans conserver tous les blocs comme un nœud complet. Mais, dans le BIP 300, le retour de fonds ne repose pas uniquement sur une preuve SPV de possession ou de validité. Il dépend d’une approbation prolongée des mineurs de Bitcoin.

Lors d’un dépôt, des BTC sont bloqués dans une sortie spéciale sur la chaîne principale. La chaîne latérale reconnaît le dépôt et crédite le montant correspondant selon ses propres règles.

Ces unités liées au BTC peuvent être utilisées avec des fonctionnalités et des compromis absents du niveau L1. Le choix de conception de la chaîne latérale peut notamment permettre des blocs plus rapides ou des frais plus faibles.

Pour revenir à Bitcoin, le BIP 300 propose des lots de retraits. Une preuve SPV indiquant qu’un utilisateur possède des unités sur la chaîne latérale ne suffit pas à elle seule.

La chaîne latérale vérifie les demandes selon ses règles et les regroupe dans un lot. Cela ne signifie pas que Bitcoin valide lui-même toutes les transactions et toutes les règles de cette chaîne.

Une empreinte du lot de retraits est ensuite soumise à un vote prolongé des mineurs sur la chaîne principale. Lorsque les conditions d’approbation du protocole sont remplies, les BTC bloqués peuvent être versés aux destinataires prévus. La sécurité dépend donc des incitations et du comportement des mineurs.

Les propositions : BIP 300 et 301

Paul Sztorc, fondateur et dirigeant de Layer 2 Labs, est un chercheur et développeur de Bitcoin qui travaille sur l’idée Drivechain depuis 2015.

Selon la présentation historique de l’article, Layer 2 Labs avait levé 3 millions de dollars de financement initial auprès d’investisseurs privés en décembre 2022 pour développer les Drivechains et d’autres technologies Bitcoin. L’entreprise déclarait alors que cette approche pourrait rendre les altcoins superflus, accroître l’adoption de Bitcoin et accélérer sa généralisation comme monnaie. Il s’agissait de ses attentes.

Sztorc a décrit l’idée dans les BIP 300 et 301. Le BIP 300 a été enregistré en 2017, et le BIP 301 en 2019, pas tous deux en 2017. Les Bitcoin Improvement Proposals détaillent des modifications techniques proposées et discutées dans la communauté. Leur publication n’équivaut pas à leur activation.

Voici les éléments essentiels de ces deux propositions.

BIP 300

En août 2023, le développeur Bitcoin Core Luke Dashjr a soumis une première ébauche d’implémentation du BIP 300. L’article mentionnait alors 17 commits et une réécriture suivant un modèle inspiré des sorties de transaction non dépensées, ou UTXO.

Dans sa description sur GitHub, Dashjr expliquait que le code partagerait la base de données UTXO et son cache plutôt que de créer une base distincte pour les chaînes latérales. Il jugeait cette approche initiale plus claire et plus facile à examiner, tout en restant ouvert à d’autres solutions.

L’ébauche de 2023 ne comprenait aucun mécanisme d’activation et ne pouvait pas être déployée en toute sécurité telle quelle. D’importantes modifications et un travail supplémentaire étaient nécessaires, éventuellement avec une autre approche après les retours de la communauté.

BIP 301

La proposition BIP 301 décrit le minage fusionné à l’aveugle. Dans le minage fusionné classique, le même travail de calcul est utilisé pour plusieurs chaînes aux algorithmes compatibles, afin de percevoir leurs récompenses. Il s’agit de plusieurs chaînes, et non simplement de plusieurs blocs.

Dans la forme classique, le participant choisit d’exécuter le logiciel de la chaîne supplémentaire. Le minage fusionné à l’aveugle permet à un autre acteur d’exploiter le nœud de la chaîne latérale et de payer les mineurs de Bitcoin pour inclure des engagements de blocs au moyen de frais de transaction. Les mineurs n’ont pas à valider eux-mêmes toutes les transactions de la chaîne latérale.

Le débat

En 2023, la discussion avait repris sur les réseaux sociaux avec un nouvel intérêt pour les idées de Sztorc. Les Drivechains promettaient des possibilités supplémentaires, mais imposaient aussi des compromis à évaluer.

Une controverse avait déjà entouré les Ordinals, qui inscrivent des objets numériques dans Bitcoin grâce aux données de scripts Taproot. Les inscriptions Ordinals elles-mêmes n’exigent pas non plus de jeton distinct ni de chaîne latérale. Les Drivechains constituent une autre proposition et pourraient servir à des transactions en BTC offrant davantage de confidentialité ou de capacité.

Selon Sztorc, la proposition devait répondre à deux problèmes : l’innovation limitée dans le protocole de base et la dispersion des efforts lorsque les changements nécessitent un large accord. C’était son appréciation des problèmes et de leur solution.

L’hétérogénéité désigne ici les préférences différentes des utilisateurs en matière de fonctionnalités, de coûts et de sécurité, plutôt qu’un simple refus de changement des développeurs principaux. L’idée des Drivechains était de permettre l’expérimentation sans autorisation sur des chaînes séparées, sans intégrer chaque nouveauté dans la couche de base.

La capacité de traitement constituait une autre application possible. Selon leur conception, les chaînes latérales pourraient utiliser de plus grands blocs et accueillir directement des utilisateurs.

Outre de nouveaux utilisateurs, les applications et jetons des chaînes latérales pourraient produire de l’activité et des frais supplémentaires. Différentes chaînes pourraient expérimenter les zk-SNARKs, de plus grands blocs, des scripts Turing-complets, MimbleWimble ou des signatures en anneau comme celles de Monero. Le but était un marché ouvert d’idées techniques autour de Bitcoin.

Les partisans considéraient les chaînes latérales, leurs applications et leurs jetons comme des sources importantes de frais de transaction. Ils estimaient que, sans davantage d’activité, les mineurs pourraient un jour rencontrer des difficultés de rentabilité.

En 2023, une grande partie des revenus du minage provenait de l’émission de nouveaux BTC par bloc. Cette subvention est divisée par deux tous les 210 000 blocs ; elle ne diminue pas de manière linéaire. L’émission devrait se terminer vers 2140, après quoi la rémunération prévue par le protocole ne comprendrait plus que les frais de transaction. La récompense totale d’un bloc comprend déjà à la fois la subvention et les frais.

À mesure que la subvention diminue, les frais doivent couvrir une plus grande part des revenus si les incitations au minage doivent être maintenues. Les partisans des Drivechains espéraient que l’activité supplémentaire générerait des frais revenant finalement aux mineurs de Bitcoin.

Il existe néanmoins des compromis de sécurité. Le minage fusionné à l’aveugle permet de percevoir des revenus sans exploiter un nœud de chaîne latérale. Séparément, les retraits du BIP 300 dépendent des approbations des mineurs. Ces fonctions sont liées, mais le minage ne prouve pas à lui seul qu’un retrait respecte toutes les règles de la chaîne latérale.

L’article attribuait à Dashjr l’avertissement selon lequel une attaque disposant de la majorité de la puissance de calcul pourrait être plus grave avec les Drivechains. Outre la réorganisation de la chaîne, une majorité malveillante pourrait détourner des retraits de BTC bloqués pour une chaîne latérale. Cela ne signifie pas qu’elle puisse dépenser n’importe quels BTC dans des portefeuilles ordinaires de la chaîne principale.

L’article de l’époque rapportait aussi la mise en garde acerbe de Dashjr : compte tenu de la centralisation du minage, il jugeait imprudent d’envoyer des BTC dans une Drivechain et comparait cela à la destruction de bitcoins ou à un don aux mineurs.

Dans la description de son code, Dashjr précisait parallèlement que son travail d’implémentation ne constituait pas en soi un soutien à l’idée. Un changement des règles de consensus exigeait l’appui de la communauté et devait être accessible aux utilisateurs qui choisiraient d’y participer.

Dans son analyse d’août 2023, BitMEX soulignait les aspects controversés du retour des BTC depuis une chaîne latérale. Les auteurs estimaient que les mineurs pourraient censurer ou falsifier des informations, ou coopérer avec un administrateur pour détourner les BTC de la chaîne latérale. Ils reconnaissaient cependant que des chaînes latérales réussies pouvaient accroître l’utilité de Bitcoin.

Les critiques craignaient aussi que le minage fusionné augmente les coûts de participation et affecte la rentabilité ou la centralisation. Les partisans mettaient en avant les frais supplémentaires et le caractère volontaire du minage fusionné à l’aveugle.

Certains critiques qualifiaient la proposition d’attaque contre Bitcoin et de moyen d’introduire des monnaies de valeur douteuse sans réelle utilité. Les partisans répondaient que ces réactions reflétaient aussi une réticence au changement.

Réflexions finales

Les Drivechains étaient en 2023 un projet controversé de chaînes secondaires interagissant avec la chaîne principale pour offrir davantage de possibilités aux utilisateurs. L’idée n’était pas nouvelle et faisait déjà l’objet de discussions depuis plusieurs années.

Les avantages possibles comprenaient une plus grande capacité, l’expérimentation sans autorisation et davantage d’adaptabilité. Les utilisateurs pourraient choisir des fonctions de confidentialité, des contrats intelligents et des jetons supplémentaires, ouvrant des possibilités de nouveaux produits et usages. Ces perspectives dépendaient de la mise en œuvre et de l’adoption.

La mise en œuvre demanderait un soft fork et ajouterait de la complexité et des risques possibles. L’objectif était un premier changement permettant davantage de développement sur les chaînes latérales sans nouvelle modification de la couche de base pour chaque expérience.

Plus tôt en 2023, les Ordinals avaient déclenché une controverse similaire. L’article rapportait alors que les transactions associées représentaient la majorité de l’activité pendant la période évoquée. Il s’agit d’une indication historique limitée à cette période.

Sztorc considérait alors l’activation comme inévitable, parce que la proposition pouvait apporter des frais aux mineurs et permettre des dépôts directs sur les chaînes latérales. C’était sa prévision. Dans le contexte de l’article de 2023, la communauté restait divisée et il demeurait incertain que le projet soit activé, et à quelle date.

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