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Le consensus est au cœur même de la technologie blockchain. Dans les systèmes de paiement numériques traditionnels tels que PayPal et Mastercard, une autorité centrale veille à ce que le même argent ne soit pas dépensé deux fois. Mais dans un système distribué tel que la blockchain, les nœuds autonomes ou les ordinateurs du réseau travaillent ensemble pour éviter les doubles dépenses et assurer l’intégrité et la sécurité à l’aide d’un mécanisme de consensus.
Les nœuds du réseau blockchain doivent adopter une stratégie identique consistant à accepter une source de vérité. Ces stratégies sont les mécanismes de consensus, y compris la preuve de travail (PoW), la preuve de participation (PoS), la preuve d’histoire (PoH), et plus encore.
Le mécanisme de preuve de travail est le plus ancien, introduit avec Bitcoin et adopté plus tard par Ethereum et d’autres crypto-monnaies. Les blockchains Tezos et Cardona utilisent le consensus Proof of Stake, tandis que Solana utilise Proof of History et Proof of Stake. Cependant, ces mécanismes sont liés.
Une bonne connaissance de la preuve de travail vous aidera à comprendre d’autres protocoles de consensus. Cet article décrira le mécanisme de Proof of Work, ses faiblesses et comment Proof of Stake résout ces problèmes. Continuer à lire.
Mécanisme de consensus sur la preuve de travail
La preuve de travail est le mécanisme de consensus le plus populaire. Il a été initialement lancé en 1992 pour empêcher les attaques par déni de service et les spams dans un réseau. Ce mécanisme a été rendu célèbre par Satoshi Nakamoto en 2008 lorsqu’il a publié le livre blanc sur le bitcoin. Depuis lors, le PoW a aidé à concevoir des blockchains robustes, notamment Bitcoin et Ethereum.
Une blockchain se compose de couches de transactions liées entre elles. L’ajout de ces couches prend du temps et coûte cher pour assurer la sécurité de la blockchain. Les principaux acteurs de PoW sont l’énergie, les mineurs et les nœuds.
Les nœuds sont des ordinateurs dans un réseau avec des copies de l’intégralité de la blockchain et confirment les transactions effectuées sur le réseau. Les mineurs sont des nœuds particuliers qui rivalisent pour résoudre des équations mathématiques complexes ou des énigmes cryptographiques. Le premier mineur à le résoudre ajoute le bloc suivant contenant toutes les transactions en cours.
Pour résoudre ces énigmes complexes, le mineur aura besoin d’une puissance de calcul élevée, qui dépense beaucoup d’électricité. Ces coûts sont également couplés au coût initial du matériel nécessaire à la mise en place des plates-formes minières. Mais, les mineurs sont prêts à investir en raison de la récompense. Tout mineur qui remporte un bloc obtient une récompense sous la forme de la crypto-monnaie native du réseau.
La preuve de travail rend le réseau résilient aux attaques, car le mineur malveillant aura besoin de plus de 50 % de la puissance de calcul totale du réseau pour le compromettre. Pratiquement, attaquer le réseau Bitcoin est impossible compte tenu de la quantité d’énergie minière et d’électricité qui constituent la moitié du réseau. Et si un nœud malveillant est détecté, il est expulsé du réseau.
Défis avec Bitcoin Proof of Work
Beaucoup de ressources de calcul et d’électricité sont nécessaires pour maintenir les systèmes Bitcoin Proof of Work. Ces problèmes ne favorisent qu’un ensemble de mineurs – ceux des zones froides avec de l’électricité bon marché et des pools miniers.
Puisqu’il n’est pas nécessaire d’acheter du matériel de refroidissement, les mineurs des régions plus froides disposant d’une électricité abordable peuvent utiliser les fonds excédentaires pour acheter plus de matériel. Dans le même temps, les pools miniers – un groupe de mineurs combinant leur puissance de calcul et partageant les récompenses – peuvent facilement gagner des blocs. Ceux-ci ont causé deux problèmes majeurs – la centralisation et la barrière d’entrée, pour commencer.
Outre les problèmes environnementaux dus à la forte utilisation d’électricité, les puces de circuits intégrés à applications spécifiques (ASIC) finissent par être endommagées et sont éliminées comme déchets électriques.
De plus, l’évolutivité – la capacité d’un réseau à gérer de grandes quantités de données à la fois – est un problème dans Bitcoin PoW. La taille actuelle du bloc de bitcoin est de 1 Mo, ce qui signifie qu’une fois ce stockage plein, les transactions devront attendre 10 minutes supplémentaires pour être ajoutées au réseau.
Pour résoudre ces différents problèmes avec PoW, le protocole de consensus Proof of Stake a été proposé en 2011 et mis en œuvre pour la première fois sur le réseau Peercoin en 2012.
Mécanisme de consensus de preuve d’enjeu
Contrairement au protocole PoW, les mineurs ne résolvent aucune équation mathématique pour ajouter des blocs dans PoS. Ainsi, plutôt que d’exploiter dans Proof of Work, le processus d’ajout d’un bloc dans Proof of Stake est plus communément appelé frappe ou forgeage, et les nœuds sont appelés validateurs.
En échange de la puissance de calcul requise des mineurs, les validateurs doivent posséder le jeton natif du réseau et le mettre en jeu pour proposer et valider des blocs. Ces jetons jalonnés sont détenus dans un contrat intelligent et ne sont pas utilisables pendant une durée donnée. Ils agissent comme une preuve cryptographique de la propriété et de l’intérêt dans le succès du réseau.
Plus les validateurs de crypto-monnaie misent, plus ils seront choisis et plus la récompense sera élevée. En théorie, si un validateur détient 7 % de l’ensemble des tokens mis en jeu dans le réseau, le nœud peut valider ou proposer 7 % des blocs.
Pour qu’un bloc soit ajouté, le système sélectionne aléatoirement un nœud pour proposer un bloc. Une fois choisis, les autres validateurs valideront avoir vu le bloc. Le proposant et les approbateurs reçoivent tous deux des frais incitatifs dans le réseau.
Mis à part la randomisation et les enjeux plus élevés, la durée pendant laquelle le validateur a jalonné son jeton et la cohérence ajoutent également aux chances d’être sélectionné pour proposer un bloc.
L’algorithme est conçu pour décourager la centralisation et les acteurs malveillants. Si un nœud soumet un faux historique de données, son jeton jalonné sera dissous et expulsé du réseau. Dans Bitcoin PoW, les acteurs malveillants sont uniquement éjectés du réseau. Par rapport à la punition PoS pour les défaillants, c’est aussi comme brûler les plates-formes minières.
L’une des beautés du mécanisme de consensus Proof of Stake est qu’il en résulte que plus de nœuds rejoignent le réseau que dans le protocole Proof of Work. Contrairement à PoW, où du matériel spécialisé est nécessaire, seule une quantité de jeton natif et d’appareils dotés de connexions Internet fiables sont nécessaires pour participer au réseau PoS.
Pour Ethereum, un minimum de 32 Ether (137 962,56 USD au moment de la rédaction de cet article) est nécessaire pour être un validateur sur le réseau. C’est beaucoup pour un débutant. Cependant, tout comme il existe des pools miniers, il existe également des pools de jalonnement où de nombreux individus joignent leurs jetons et obtiennent un pourcentage de l’incitation amassée par les pools. Vous pouvez commencer avec n’importe quel montant.
Le mécanisme PoS seul ne peut pas atteindre l’évolutivité. Il utilise le sharding sans risquer la sécurité. C’est un processus par lequel la blockchain est divisée en plusieurs chaînes ou fragments capables de traiter des blocs en parallèle.
Si le sharding est utilisé dans Bitcoin PoW, les fragments peuvent être compromis avec une puissance de calcul moindre, ce qui signifie moins de sécurité. Mais dans PoS, les validateurs sont déjà connus car leurs adresses sont associées à des dépôts jalonnés, ce qui signifie qu’ils peuvent facilement se faire prendre.
Dans Ethereum, la blockchain sera divisée en 64 chaînes, et au moins 4 nœuds seront choisis au hasard dans chaque shard pour participer à la proposition et à l’attestation d’un bloc. Avec le sharding et le PoS combinés, les chances de compromettre la sécurité d’Ethereum PoS sont proches de zéro.
Preuve de participation Ethereum
Bien qu’Ethereum utilise toujours le mécanisme de preuve de travail, il devrait migrer entièrement vers la preuve de participation dans le courant de 2022. Cette migration devait être exécutée en trois étapes principales : la chaîne de balises, la fusion et les chaînes de fragments.
La première mise à niveau, The Beacon Chain, a eu lieu le 1er décembre 2020. Elle a introduit le jalonnement dans la blockchain Ethereum. Considérez-le comme un fragment parallèle au réseau principal.
Le 27 octobre, la mise à jour Altair a été lancée et constitue la dernière mise à niveau avant le lancement de la deuxième phase, The Merge. Dans la deuxième phase, le réseau principal et Beacon Chain seront unifiés. Cette étape, qui devrait avoir lieu en 2022, marquera la fin de la preuve de travail Ethereum.
Le remodelage final, Shard Chains, permettra de diviser le réseau en 64 fragments. Cette étape permettra à toute personne possédant 32 Ether d’être un validateur à l’aide d’un téléphone portable, d’un ordinateur ou d’autres appareils. Cela stimulera la décentralisation, car davantage de nœuds peuvent désormais rejoindre le réseau en raison de l’indépendance du matériel.
De plus, l’indépendance matérielle réduira la consommation d’énergie de 99,95 %, selon la Fondation Ethereum. Dans le même temps, il sera évolutif car 64 fragments ou chaînes fonctionneront en parallèle, augmentant la quantité de données pouvant être ajoutées au bloc à la fois et améliorant la vitesse à 100 000 transactions par seconde. Pour ces raisons, le PoS est considéré comme l’avenir de la technologie blockchain.
Bitcoin pourrait-il changer en preuve de participation ?
En raison des défis techniques liés à la transition vers le PoS à partir du PoW, il y a eu des débats pour savoir si Bitcoin adoptera éventuellement le protocole Proof of Stake. Si cela se produit, ce sera une mauvaise nouvelle pour les mineurs qui ont investi beaucoup d’efforts et d’argent dans l’exploitation de la crypto-monnaie. Que cela se produise ou non, seul l’avenir peut le dire.
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