Problème d'évolutivité du Bitcoin

La limite de taille des blocs, en accord avec les paramètres d'ajustement de la difficulté de preuve de travail du protocole de consensus de Bitcoin, constitue un goulot d'étranglement dans la capacité de traitement des transactions de Bitcoin. Cela peut entraîner une augmentation des frais de transaction et un retard dans le traitement des transactions qui ne peuvent pas être intégrées dans un bloc^[4]. Diverses propositions ont été avancées sur la manière de faire évoluer Bitcoin, et un débat controversé en a résulté. En 2017, Business Insider a qualifié ce débat de « bataille idéologique sur l'avenir du bitcoin »^[5].

Les optimisations techniques peuvent réduire la quantité de ressources informatiques nécessaires pour recevoir, traiter et enregistrer les transactions Bitcoin, permettant ainsi un débit accru sans imposer de demande supplémentaire au réseau Bitcoin. Ces modifications peuvent concerner soit le réseau, auquel cas un fork est nécessaire, soit un logiciel de nœud individuel (comme Bitcoin Core ).

• Les signatures Schnorr ont été proposées comme solution de mise à l'échelle par Pieter Wuille, développeur de longue date et cofondateur de Blockstream.
• Merkelized Abstract Syntax Trees (MAST) est une proposition de Johnson Lau qui réduit la taille des contrats intelligents (scripts complexes) et augmente leur confidentialité.
• Un article de 2006 de Mihir Bellare permet l'agrégation de signatures en taille O(1), ce qui signifie qu'il ne faudra pas plus d'espace pour avoir plusieurs signataires. Bellare-Neven se réduit à Schnorr pour une seule clé^[6]. Bellare-Neven a été mis en œuvre^{[7],[8][réf. souhaitée]}

Le Lightning Network (LN) est un protocole qui vise à améliorer l'évolutivité et la vitesse du bitcoin sans sacrifier le fonctionnement sans confiance^[9]. Le Lightning Network nécessite de placer une transaction de financement sur la blockchain pour ouvrir un canal de paiement. Une fois qu'un canal est ouvert, les participants connectés peuvent effectuer des paiements rapides au sein du canal ou peuvent acheminer les paiements en « sautant » entre les canaux au niveau de nœuds intermédiaires pour peu ou pas de frais.

En janvier 2018, Blockstream a lancé un système de traitement des paiements pour les détaillants en ligne appelé « Lightning Charge », notant que Lightning était en ligne sur le réseau principal avec 200 nœuds opérationnels au 27 janvier 2018 et a conseillé qu'il devrait toujours être considéré comme « en test ».

Le 15 mars 2018, Lightning Labs a publié la version bêta de sa dernière implémentation Lightning Network pour le réseau principal Bitcoin, et le 28 mars 2018, ACINQ a publié une version bêta du réseau principal de son implémentation Eclair et de son application de bureau.

En janvier 2019, le détaillant en ligne Bitrefill a annoncé qu'il recevait plus de paiements en Bitcoin via le réseau Lightning que toute autre crypto-monnaie qu'il acceptait.

En juin 2021, l'Assemblée législative du Salvador a voté une loi visant à faire du Bitcoin une monnaie légale au Salvador^{[10],[11],[12]}. La décision a été prise en raison du succès de l’écosystème Bitcoin Beach à El Zonte qui utilisait un portefeuille basé sur LN. Le gouvernement introduira un portefeuille utilisant le protocole Lightning Network tout en donnant la liberté aux citoyens d'utiliser d'autres portefeuilles Bitcoin Lightning^[13].

En 2024, d'autres systèmes de seconde couche sont en développement, comme Ark^[14] ou des solutions basées sur les preuves à divulgation nulle de connaissance. Certaines de ces solutions nécessitent des fonctionnalités qui n'existent pas encore dans le protocole Bitcoin et pourraient être introduites via une mise à jour, probablement sous la forme d’un softfork. L’une des fonctionnalités les plus connues dans ce contexte est celle des covenants^[15].

Les solutions de seconde couche (Layer 2, ou L2) jouent un rôle crucial dans l'amélioration de la scalabilité et de la confidentialité du réseau Bitcoin. En déplaçant une partie des transactions hors de la chaîne principale (on-chain), ces solutions, comme le Lightning Network ou des protocoles émergents tels qu'Ark, permettent de réduire la charge sur la blockchain tout en augmentant la capacité de traitement des transactions. En parallèle, elles renforcent la confidentialité des utilisateurs, car les transactions effectuées sur ces couches ne sont pas directement enregistrées sur la blockchain publique, rendant plus difficile leur traçabilité. De plus, certaines technologies L2, notamment celles basées sur les preuves à divulgation nulle de connaissance (zero-knowledge proofs), offrent des garanties cryptographiques supplémentaires qui masquent les détails des transactions, comme les montants ou les identités des participants. Ainsi, la scalabilité et la confidentialité sont étroitement liées dans le développement des solutions L2 : ces avancées permettent à Bitcoin de mieux répondre aux besoins d'une adoption de masse tout en protégeant la vie privée des utilisateurs.