Axelar, la plateforme de communication inter-blockchains accessible à tous

Axelar est une plateforme de communication cross-chain. Dédiée aux développeurs blockchain, aux programmeurs d’applications décentralisées, et bien sûr aux utilisateurs finaux de ces dernières, elle permet à différentes blockchains de communiquer entre elles facilement, grâce à un ensemble d’outils dédiés.

Axelar est un réseau ouvert à tous. Dans cet article, nous étudierons comment il s’articule, et quels sont ses avantages par rapport aux solutions d’interopérabilité existantes.

Axelar et son équipe

Axelar est un projet cofondé par Sergey Gorbunov et Georgios Vlachos, deux membres fondateurs d’Algorand. L’équipe de développement est composée d’ingénieurs hautement qualifiés dans des domaines divers et variés : interopérabilité des blockchains, sécurité des systèmes et des réseaux, cryptographie… Les membres d’Axelar ont ainsi presque tous travaillé dans différents projets de l’écosystème crypto, comme Ethereum ou MakerDAO.

L’équipe d’Axelar est soutenue par de nombreux acteurs de l’industrie, comme Polychain Capital, Coinbase Ventures, Binance et bien d’autres. Fondée en 2020, l’entreprise a tout d’abord levé 3,75 millions de dollars en seed; puis elle a clôturé une série A de 25 millions en juillet 2021.

Sergey Gorbunov, cofondateur d’Axelar

Les challenges de l’interopérabilité

Les solutions existantes

L’interopérabilité entre les blockchains est un des plus grands défis de la crypto-industrie. Alors que de nombreuses plateformes de smart contracts bénéficient d’une adoption grandissante, il existe peu de solutions permettant de les connecter les unes aux autres.

Seuls les systèmes centralisés permettent de bénéficier d’une interopérabilité scalable. Bien qu’efficaces, ils présentent des points uniques de défaillance, et ne correspondent pas à l’idéal de décentralisation recherché par la communauté crypto. Il existe des hubs comme Cosmos ou Polkadot, conférant une grande interopérabilité entre les différentes sidechains qui s’y connectent; cependant, il faut obligatoirement passer par des technologies externes pour passer d’un hub à l’autre. De plus, la pluralité des langages de programmation rend la tâche difficile.

Il en est de même pour les ponts (bridges) permettant de « tokéniser » un actif d’une chaîne à une autre. Ces systèmes souffrent d’un manque de scalabilité, et requièrent des efforts d’intégration particulièrement lourds pour les développeurs.

L’interopérabilité est donc un challenge tant pour les développeurs de plateformes que pour les développeurs d’applications. Il est très difficile pour une dApp de communiquer d’une blockchain A à une blockchain B. C’est dans ce contexte qu’Axelar propose une suite logicielle complète, permettant d’assurer facilement cette interopérabilité cross-chain.

Axelar.network

La communication cross-chain vue par Axelar

La problématique est donc la suivante : comment permettre à des réseaux très différents, ayant leurs langages de programmation propres, de communiquer sans friction et de façon scalable ? Bien évidemment, la sécurité de ces protocoles de communication doit être sans faille.

Les propriétés recherchées par l’équipe d’Axelar quant à leur plateforme cross-chain sont les suivantes :

  • Une intégration plug and play : il s’agit de réduire le travail d’intégration au minimum pour les développeurs ;
  • Le routage cross-chain : toutes les fonctions de découverte des adresses et de routage doivent permettre de faciliter la communication inter-chaînes ;
  • Les mises à jour des différentes blockchains doivent être prises en charge avec le minimum d’efforts ;
  • Un langage uniforme pour les applications : le protocole assurant le verrouillage, le déverrouillage, le transfert d’actifs et la communication inter-applications doit être simple à appréhender.

Bien entendu, ces protocoles doivent être sûrs. Tout d’abord, afin d’avoir un haut degré de décentralisation, le réseau Axelar doit être ouvert. Ensuite, le niveau de sécurité doit garantir l’intégrité des actifs et de l’état des différentes chaînes. Enfin, le réseau de communication cross-chain doit être accessible avec un haut degré de disponibilité (liveness).

Comment fonctionne Axelar ?

Les différents protocoles du réseau Axelar

Le réseau Axelar repose sur deux protocoles essentiels : le CGP et le CTP.

Cross-Chain Gateway Protocol (CGP)

Le protocole CGP est utilisé pour connecter de multiples blockchains autonomes. C’est le CGP qui s’occupe de router les données entre ces différentes blockchains. Il s’agit d’un protocole agnostique : en effet, peu importe le mécanisme de consensus des blockchains, ou le langage de programmation de leurs smart contracts. De même, une blockchain n’a pas besoin de connaître l’état des autres pour communiquer.

Il suffit de configurer un compte portail (gateway account) sur Axelar pour rejoindre le réseau. Les comptes de ce type sont ensuite gérés de façon collective par un ensemble décentralisé de nœuds gérant CGP. Ces nœuds contrôlent les paquets de données arrivant sur les gateways. Une fois qu’ils ont défini comment seront traitées ces données, elles sont routées et envoyées aux gateways de destination.

Le CGP peut finaliser les blocs de n’importe quelle chaîne grâce au consensus des nœuds, qui s’exécute sur une couche secondaire. Ainsi, tout type de blockchain peut être connecté au réseau : mécanismes de consensus probabilistes tout comme consensus à finalité immédiate.

Cross-Chain Transfer Protocol (CTP)

Ce protocole est exécuté au niveau de la couche applicative. Il est donc au-dessus des protocoles de routage (CGP). Le CTP permet aux développeurs de connecter leurs applications décentralisées à n’importe quelle chaîne, puis d’envoyer leurs requêtes cross-chain. Il est possible d’interagir avec des dApps de n’importe quelle blockchain grâce à des appels API, à la façon des requêtes HTTP :

  • Verrouillage, déverrouillage ou transferts d’actifs entre deux adresses, quelles que soient les plateformes blockchain considérées ;
  • Exécution de requêtes cross-chain entre les dApps. Par exemple, un smart contract sur Ethereum peut faire un appel API afin de mettre à jour l’état d’un smart contract sur Solana ;
  • Mise en place d’appels à seuil de déclenchement. Par exemple, une dApp sur Solana peut effectuer un appel pour mettre à jour l’état d’un smart contract sur Ethereum si une valeur-cible est atteinte.
Axelar cross-chain routing
Routage inter-chaînes sur le réseau Axelar

Les avantages d’Axelar

La plateforme Axelar sera gouvernée par ses utilisateurs, qui pourront voter pour deux types de propositions :

  • Premièrement, l’ajout d’une nouvelle blockchain sur le réseau ;
  • Deuxièmement, l’ajout de nouveaux protocoles de niveau applicatif au réseau et à ses protocoles de routage et de livraison.

L’ambition est de taille : déployer un réseau d’interopérabilité cross-chain scalable et sécurisé. Axelar permettra d’augmenter grandement la liquidité et la mobilité des actifs numériques, de connecter différentes communautés crypto jusqu’alors fragmentées, de déployer des applications décentralisées sur de multiples chaînes et simplifier leur expérience utilisateur.

Conception du réseau Axelar

La plateforme Axelar est donc un ensemble d’outils dédiés à la communication inter-blockchains. Son point fort est que les développeurs n’ont pas besoin d’intégrations compliquées pour connecter une blockchain au réseau. Une simple API permet d’interagir avec n’importe quelle chaîne.

Axelar Network Robot

Les nœuds validateurs

Il faut donc des nœuds validateurs pour maintenir le réseau Axelar et sécuriser sa blockchain. Le mécanisme de consensus utilisé est la preuve d’enjeu déléguée (delegated proof of stake ou DPoS). Ce sont les utilisateurs qui élisent les validateurs en déléguant leur stake. Le pouvoir de vote des validateurs est proportionnel à leur stake.

Les validateurs doivent exécuter le logiciel client de chaque blockchain connectée au réseau Axelar afin de connaître son état. Il n’est pas nécessaire de maintenir un nœud complet (une version légère du client suffit). Ils vont alors s’accorder sur l’état de chaque blockchain connectée au réseau. Une fois l’état de ces blockchains (Bitcoin, Ethereum, Stellar, etc.) connu, il est enregistré sur la blockchain d’Axelar.

Signatures à seuil (treshold signatures)

Axelar permet donc de connaître l’état de toutes les blockchains connectées à son réseau à n’importe quel moment. C’est ce qui permet d’établir des ponts (bridges) entre ces blockchains et d’effectuer des opérations cross-chain.

Afin d’exécuter une opération cross-chain, comme un transfert d’actif, les nœuds doivent collectivement approuver l’opération. Ils vont donc co-signer les transactions correspondantes. Le seuil requis est de 80 %.

On peut ainsi définir Axelar comme un oracle décentralisé cross-chain en lecture/écriture (decentralized crosschain read/write oracle).

La sécurisation du réseau

La sécurité d’Axelar Network repose sur son algorithme de consensus, mais aussi sur le schéma des signatures. Le consensus utilisé est un BFT (Byzantine Tault Tolerant). Il est partiellement synchrone (un compromis entre synchrone et asynchrone), et tolère jusqu’à un tiers d’acteurs malicieux.

Les signatures à seuil

Le mécanisme de signature permet à n parties de partager une clef secrète. N’importe quel sous-ensemble de t + 1 (ou plus) parties peut alors collaborer et produire une signature. Cependant, il est impossible pour un sous-ensemble de t (ou moins) participants de produire une signature, ou d’obtenir une quelconque information quant à la clef secrète.

Axelar - Treshold signatures / stake
Architecture des signatures à seuil sur Axelar (prenant en compte le poids du stake du validateur).

Ce mécanisme présente plusieurs propriétés intéressantes :

  • Il est sécurisé contre une majorité malhonnête (c’est-à-dire qu’il est résistant même si la majorité des n parties est malicieuse) ;
  • Afin d’optimiser la charge des communications entre les parties, il utilise un système de pré-signature : une partie du travail de signature est effectué hors-ligne ;
  • Il est impossible d’entraver la production des signatures pour des acteurs malhonnêtes (robustesse) ;
  • Le réseau peut détecter les acteurs malicieux (et les punir).

Résistance à la collusion

Au sein de sa couche réseau, Axelar repose sur divers mécanismes pour assurer sa sécurité. Il faut avoir à l’esprit que l’interopérabilité des blockchains engendre de nouveaux vecteurs d’attaques. Par exemple, les validateurs d’une certaine chaîne pourraient tenter de forger de fausses preuves (de l’état de la blockchain) pour voler des fonds sur une autre chaîne.

Afin de prévenir ce type d’attaques, Axelar a mis en place un seuil de sécurité de 90 % : les validateurs devraient alors quasiment tous colluder pour essayer de voler des fonds verrouillés. Cela suppose donc une disponibilité maximale des nœuds. Cependant, cela ne fait pas tout : en cas de problème (un trop grand nombre de validateurs hors-ligne, par exemple, qui entraînerait un arrêt du réseau), il faut des mécanismes de repli (fall-back) solides.

Le système mis en place par Axelar repose sur une clé de déverrouillage d’urgence, partagée entre des milliers de parties, comme la communauté d’une chaîne donnée. Cette clef permet ainsi de récupérer les fonds verrouillés en cas d’arrêt du réseau.

La décentralisation du réseau et des mécanismes de fall-back doit être maximale pour garantir le meilleur niveau de sécurité. Il n’y a pas de limites au nombre de validateurs sur le réseau Axelar (c’est une bonne chose pour le schéma des signatures à seuil). De plus, un second ensemble d’utilisateurs peut prendre le relai en cas d’arrêt du réseau dans le cas où le premier mécanisme de fall-back s’avère insuffisant.

Pour résumer, la sécurité du réseau repose sur un seuil très élevé de validateurs et sur une décentralisation maximale des parties assurant le mécanisme de restauration. Quant à la gouvernance d’Axelar, les utilisateurs pourront voter pour les blockchains qui seront connectées au réseau. Un fonds d’urgence est également disponible en cas d’imprévu, également soumis à la gouvernance des utilisateurs.

Conclusion

Le développement et l’adoption à grande échelle des nombreuses blockchains de l’industrie passera par des solutions de communication simples d’utilisation et universelles. Axelar se présente comme la couche de communication inter-chaînes ultime. Elle devrait permettre aux développeurs d’intégrer facilement de multiples chaînes pour leurs applications décentralisées, d’accéder aux liquidités de ces différents réseaux ainsi que de toucher un maximum d’utilisateurs. L’avenir des cryptos est multi-chaînes.

N’hésitez pas à visionner l’interview de Sergey Gorbunov, réalisée par Sami, en marge du Mainnet 2021 !

Ressources

Morgan Phuc

Cofounder @ 8Decimals - Journal du Coin / BitConseil / Trading du Coin

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