Chaînes SKALE

Les chaînes SKALE sont un composant important du réseau SKALE, offrant une approche différente de la scalabilité et des performances de la blockchain, en fonctionnant comme une blockchain indépendante adaptée à des applications spécifiques et utilisant des nœuds validateurs conteneurisés. Chaque chaîne fonctionne comme une sidechain élastique capable de s'adapter horizontalement pour gérer l'augmentation des volumes de transactions. Cela est réalisé grâce à l'allocation dynamique des ressources du réseau à travers un ensemble de 16 nœuds, qui sont périodiquement rotatifs et sélectionnés de manière aléatoire pour renforcer la sécurité et la décentralisation.

L'architecture des chaînes SKALE est conçue pour prendre en charge un débit élevé et une faible latence. Chaque chaîne fonctionne de manière autonome, traite les transactions et exécute des contrats intelligents de manière indépendante, ce qui garantit qu'elles sont capables de répondre aux exigences complexes des dApps sans être limitées par les contraintes d'une seule blockchain monolithique. L'utilisation de nœuds validateurs conteneurisés permet une gestion efficace des ressources, permettant aux chaînes de fournir un environnement efficace pour les applications décentralisées.

L'architecture hybride de SKALE intègre à la fois des caractéristiques de couche 1 et de couche 2 : en tant que solution de couche 1, chaque chaîne gère son propre traitement des transactions, consensus et stockage des données, bénéficiant de la sécurité et de l'orchestration fournis par le réseau principal Ethereum tout en fonctionnant également comme une extension de couche 2.

Mécanisme de consensus

Le réseau SKALE utilise le protocole ABBA (Asynchronous Binary Byzantine Agreement) pour son mécanisme de consensus, qui est spécialement conçu pour relever les défis des environnements décentralisés, tels que la latence du réseau et les défaillances des nœuds. Ce protocole garantit que les transactions sont traitées rapidement et en toute sécurité, avec une finalité atteinte dès qu’un bloc est inclus dans la chaîne. Le protocole ABBA prend également en charge la tolérance aux pannes byzantine (BFT), ce qui permet au réseau de rester opérationnel même si certains nœuds se comportent de manière malveillante ou subissent des temps d’arrêt.

Comment ABBA fonctionne

Le protocole ABBA parvient à un consensus dans les systèmes décentralisés avec jusqu'à un tiers de nœuds byzantins (défectueux ou malveillants). Il garantit un accord sur une valeur binaire (0 ou 1) malgré des retards de messages arbitraires. Il fonctionne en suivant les étapes ci-dessous :

1. Création d’une proposition de bloc :

• Les noeuds créent des propositions de blocs contenant des transactions.
• S'il y a suffisamment de transactions en attente, un bloc est proposé.
• S'il n'y a pas de transactions, un bloc vide est proposé.

2. Communication fiable :

• Les propositions sont envoyées à d’autres nœuds à l’aide d’un protocole de disponibilité des données.
• Cela garantit que les propositions atteignent une supermajorité (plus des deux tiers) des nœuds.

3. Vote et agrégation de signatures :

• Upon receiving a proposal, nodes add it to their database and send back a partial signature.
• Lorsqu'un nœud collecte suffisamment de signatures partielles pour former une supermajorité, il les aggreGate.io dans une seule signature de seuil et la diffuse.

4. Décision Consensuelle :

• Les nœuds utilisent les signatures aggreGate.iod pour voter sur le bloc proposé.
• Plusieurs instances du protocole ABBA s'exécutent pour voter sur diverses propositions.
• Un bloc avec un vote en majorité est accepté et ajouté à la blockchain.

5. Randomisation :

• Les valeurs aléatoires (pièces) influencent la prise de décision pour garantir des progrès malgré les nœuds byzantins.
• Les mécanismes de pièces communes aident les nœuds honnêtes à converger vers la même décision.

6. Sécurité et finalité :

• Utilise des signatures de seuil et des propriétés BFT pour la sécurité.
• Garantit que si tous les nœuds honnêtes commencent avec la même valeur, ils seront d'accord en un nombre fini de tours.
• Une fois qu'une valeur est décidée, elle est définitive.

Cryptographie BLS

La cryptographie seuil BLS (Boneh–Lynn–Shacham) fait partie du processus de consensus de SKALE. Elle permet à un groupe de participants de générer une signature en collaboration. Cela est particulièrement utile dans les systèmes décentralisés pour garantir un consensus sécurisé et vérifiable.

Dans BLS , chaque participant du réseau possède une clé privée et une clé publique. La clé privée est utilisée pour signer des messages, tandis que la clé publique est utilisée pour vérifier les signatures. Pour signer un message, un participant utilise sa clé privée pour créer une signature, qui est une courte chaîne qui peut être attachée au message. Ensuite, toute partie intéressée avec la clé publique peut vérifier que la signature est valide et qu'elle a été créée par le détenteur de la clé privée correspondante.

En cryptographie seuil, un nombre minimum de participants (t sur n) est nécessaire pour collaborer afin de créer une signature valide. Ce paramètre garantit que le système reste sécurisé même si certains participants sont compromis. La clé privée est divisée en plusieurs parts à l'aide d'une technique appelée Partage de Secret de Shamir, grâce à laquelle chaque participant reçoit une part de la clé privée.

Pour générer une signature, au moins T participants doivent combiner leurs parts, chacun produisant une signature partielle en utilisant sa part de la clé privée. Ces signatures sont ensuite combinées pour former une signature complète qui peut être vérifiée avec la clé publique. Ensuite, la signature combinée peut être vérifiée en utilisant la clé publique, tout comme une signature BLS régulière.

Dans la pratique, le processus de consensus comporte plusieurs étapes. Dans un premier temps, les nœuds proposent de nouveaux blocs et les partagent avec d’autres validateurs du réseau. Chaque validateur vérifie ensuite les transactions du bloc et le signe à l’aide d’une signature BLS. Ces signatures sont aggreGate.iod en une seule signature de groupe, qui est diffusée sur le réseau. Une fois qu’une supermajorité de validateurs a approuvé un bloc, celui-ci est ajouté à la chaîne, atteignant ainsi la finalité. Ce processus garantit que les transactions sont rapidement confirmées tout en maintenant un haut niveau de sécurité.

Opération de nœud

Chaque nœud exploite plusieurs sous-nœuds virtualisés, qui sont des instances conteneurisées capables de participer au processus de consensus et d'exécuter des contrats intelligents. Cette virtualisation permet aux nœuds de prendre en charge plusieurs chaînes simultanément, offrant une infrastructure flexible et évolutive pour le réseau.

Les opérations de nœuds sont régies par un ensemble de contrats intelligents déployés sur le réseau principal d'Ethereum, collectivement connus sous le nom de SKALE Manager. Ces contrats gèrent des fonctions essentielles telles que l'enregistrement, la rotation et la mise en jeu des nœuds. Les validateurs, qui exploitent les nœuds, doivent respecter des exigences strictes en matière de performances et de sécurité, notamment en maintenant une disponibilité élevée et une latence faible. Les métriques de performances sont surveillées en continu, les nœuds étant évalués et récompensés ou pénalisés en fonction de leur conformité aux normes du réseau.

La nature dynamique de l'opération des nœuds est une caractéristique importante de l'architecture de SKALE. Les nœuds sont périodiquement tournés vers différentes chaînes SKALE, empêchant ainsi qu'un seul nœud devienne un point central de défaillance. Cette rotation est gérée par les contrats du gestionnaire SKALE, qui utilisent des algorithmes de sélection aléatoire pour attribuer des nœuds aux chaînes. Cette approche renforce la décentralisation et la sécurité du réseau en veillant à ce que le contrôle sur une chaîne donnée soit réparti parmi un ensemble diversifié de validateurs.

Fonctionnalités de sécurité

La sécurité dans SKALE Network utilise une approche multidimensionnelle pour protéger les opérations. L’architecture hybride du réseau tire sa sécurité à la fois de ses protocoles natifs et du réseau principal Ethereum. Les signatures de seuil BLS et la génération de clés distribuées (DKG) sont utilisées pour sécuriser la messagerie inter-chaînes et garantir l’intégrité des transactions inter-chaînes. Cette approche cryptographique empêche l’accès non autorisé et la manipulation des données, tout en maintenant la fiabilité du réseau.

SKALE utilise également le modèle de preuve d'enjeu (PoS), où les validateurs misent des jetons SKL pour participer au réseau en échange de profits économiques comme incitation à agir de manière honnête et à maintenir la sécurité du réseau. Ils sont périodiquement remplacés pour minimiser le risque de collusion et garantir un haut niveau de décentralisation, et un élément qui différencie SKALE des autres blockchains est qu'il inclut également des mécanismes de réduction pour sanctionner les comportements malveillants ou négligents, protégeant ainsi davantage l'intégrité de l'écosystème.

Surveillance des nœuds et performances

Chaque nœud est équipé d'un service de surveillance de nœuds (NMS), qui suit les performances des autres nœuds du réseau. Ce service mesure le temps de disponibilité et la latence, en interrogeant régulièrement les nœuds pairs et en enregistrant ces métriques dans une base de données locale. À la fin de chaque époque, ces métriques sont moyennées et soumises aux contrats intelligents du mainnet, qui les utilisent pour déterminer la répartition des paiements aux nœuds et signaler les nœuds sous-performants pour examen.

En surveillant et évaluant les performances des nœuds, le réseau SKALE peut identifier et résoudre rapidement les problèmes, en maintenant un haut niveau de fiabilité et de sécurité. Le NMS contribue également à la gouvernance décentralisée du réseau, les nœuds étant tenus responsables par leurs pairs plutôt que par une autorité centralisée.

Les performances des nœuds sont également influencées par l'allocation dynamique des ressources, car chaque nœud du réseau SKALE est conteneurisé, permettant une gestion efficace des ressources CPU, mémoire et stockage, ce qui permet aux nœuds de prendre en charge simultanément plusieurs chaînes, fournissant une infrastructure évolutive et flexible. La nature dynamique de l'allocation des ressources garantit que les nœuds peuvent s'adapter à des charges de travail variables, maintenant des performances optimales sur l'ensemble du réseau.

Messagerie inter-chaînes et interopérabilité

La messagerie inter-chaînes permet une communication efficace entre les chaînes SKALE et le réseau principal Ethereum, facilitant le transfert de jetons et de messages entre les chaînes, en utilisant la cryptographie seuil BLS pour sécuriser ces interactions. Cette capacité permet aux développeurs de créer des dApps complexes pouvant interagir avec plusieurs chaînes, améliorant ainsi leur fonctionnalité et leur portée.

L'IMA prend en charge diverses normes de jetons, y compris ERC-20, ERC-721 et ERC-1155, offrant ainsi une flexibilité aux développeurs. En permettant le transfert d'actifs et de données entre les chaînes, l'IMA veille à ce que les chaînes SKALE puissent tirer parti de la technologie offerte par l'écosystème Ethereum tout en maintenant leur propre fonctionnement individuel. Cela lui permet de fonctionner comme une extension d'Ethereum tout en offrant des performances et une évolutivité améliorées.

Outils de développement et compatibilité

Le réseau SKALE est, par conception, convivial pour les développeurs. Il fournit des outils et une compatibilité avec les environnements de développement Ethereum existants. Les chaînes SKALE sont entièrement compatibles avec la machine virtuelle Ethereum (EVM), permettant aux développeurs de déployer leurs contrats intelligents existants sans modification.

Le réseau propose également une variété d'outils de développement pour soutenir le développement d'application décentralisée. Ces outils comprennent des SDK, des API et de la documentation pour aider les développeurs à construire, déployer et gérer leurs applications sur SKALE. Le support du réseau pour Solidity, le langage de programmation utilisé pour les contrats intelligents Ethereum, simplifie davantage le processus de développement. En fournissant une suite complète d'outils et en maintenant la compatibilité avec Ethereum, SKALE abaisse la barrière à l'entrée pour les développeurs et encourage la création d'applications décentralisées innovantes.

Points saillants

• Les chaînes SKALE fournissent un environnement blockchain évolutif et flexible avec des nœuds validateurs conteneurisés et un équilibrage de charge dynamique.
• Le réseau utilise le protocole Asynchronous Binary Byzantine Agreement (ABBA) pour le consensus, soutenu par la cryptographie seuil BLS.
• Les nœuds exploitent plusieurs sous-nœuds virtualisés, gérés par des contrats intelligents SKALE Manager sur Ethereum.
• Les fonctionnalités de sécurité comprennent des signatures BLS, DKG et un modèle de preuve d'enjeu avec des incitations économiques et des pénalités pour les validateurs.
• L’architecture hybride utilise à la fois les caractéristiques de la couche 1 et de la couche 2, combinant la sécurité d’Ethereum avec l’évolutivité de SKALE.