Fonctionnement
Fonctionnement d’une BlockChain
Les deux promesses les plus importantes de blockchain sont la décentralisation et l’enregistrement immuable. Il s’agit d’une base de données distribuée que les ordinateurs du réseau, appelés « nœuds », gèrent de manière partagée. Tous les nœuds sont des grands livres complets, c’est-à-dire qu’ils possèdent l’historique complet des transactions dans la blockchain. C’est pourquoi la technologie blockchain est également appelée « réseau de registres distribués » (DLT). Le réseau ne peut pas être détruit par la suppression d’un serveur central.
Les enregistrements de blocs, appelés « blocs », sont liés par un programme utilisant des protocoles, et aucun bloc existant ne peut être supprimé ou modifié. L’ajout d’un nouveau bloc est le seul moyen de mettre à jour la blockchain, et n’importe quel nœud peut le faire sans aucune autorité centrale.
Si un nœud ne respecte pas les normes prédéfinies et crée un bloc, les autres nœuds l’ignoreront. Cependant, si le nœud non conforme continue à créer des blocs en violation des normes et que quelques autres nœuds commencent également à créer des blocs par-dessus les blocs non conformes, alors un conflit surgira dans la communauté. La communauté peut choisir un hard fork et reprendre l’état du réseau avant que le conflit ne survienne, cependant, les hard forks fréquents ont un impact sur la stabilité du réseau. Un mécanisme de consensus est nécessaire pour empêcher ces nœuds non conformes de provoquer des hard forks fréquents.
Il peut également y avoir des nœuds malveillants qui prennent le dessus sur les autres nœuds du réseau en utilisant l’attaque par déni de service distribué (DDoS). Ces nœuds peuvent déclencher de fausses transactions, par exemple un « double-dépôt », c’est-à-dire dépenser deux fois la même crypto-monnaie. Le mécanisme de consensus est nécessaire pour se prémunir contre ce phénomène.
POW
Qu’est-ce que l’algorithme POW ?
Cynthia Dwork et Moni Naor ont conçu l’algorithme POW en 1993, mais Markus Jakobsson lui a donné son nom en 1999. Bitcoin est l’implémentation la plus célèbre de POW et nous allons l’utiliser pour expliquer le concept.
Les transactions de la blockchain Bitcoin sont regroupées dans un pool de mémoire appelé « mempool » et un bloc est créé toutes les 10 minutes. Chaque transaction dans le mempool doit être vérifiée, et les « mineurs » s’en chargent. Le processus de vérification des transactions est appelé « minage ».
L’utilisateur de Bitcoin qui demande la transaction fournit les données de la transaction au mineur qui procède alors à la vérification de la transaction et l’inclut dans le prochain bloc disponible. Cependant, pour inclure la transaction dans le bloc suivant, le mineur doit connaître la valeur de hachage cryptographique du dernier bloc enregistré, ce qui est caché à tous. Cette valeur de hachage doit être référencée pour créer un nouveau bloc.
Pour trouver le hachage du dernier bloc, le mineur doit essayer un nombre après l’autre par un calcul brute, et aucune compétence n’est nécessaire. Les mineurs sont récompensés par une fraction du bitcoin et il s’agit donc d’un processus compétitif. Le mineur qui réussit est celui qui bat tous les autres dans ce jeu et résout cette énorme énigme mathématique en utilisant une immense puissance de calcul. Après avoir trouvé le hachage du dernier bloc enregistré, le mineur l’annonce au réseau pour que les autres nœuds le vérifient et crée un nouveau bloc avec les transactions dans le mempool après vérification.
Le puzzle cryptographique résolu par le mineur est asymétrique. Il est relativement difficile pour le mineur, mais les autres nœuds du réseau peuvent très facilement voir la preuve du résultat. Au fil du temps, les mineurs s’adaptent et le temps de génération des blocs est réduit de 10 minutes. Le puzzle est donc révisé tous les 14 jours pour le rendre plus complexe. Cela signifie effectivement qu’une plus grande puissance de calcul sera dorénavant nécessaire.
Réaliser une attaque DDoS en capturant 51 % de la puissance de calcul totale de ce réseau est trop coûteux, et le pirate finira par dépenser plus que ce qu’il peut en retirer. C’est pourquoi POW rend la blockchain très sûre.
Toutefois, cette sécurité élevée a un coût élevé. La puissance de calcul sans cesse croissante des nœuds nécessite toujours plus d’énergie électrique. Par exemple, avant la fin de 2018, les opérations de minage de bitcoins consommeront plus d’énergie en Islande que la consommation totale d’énergie domestique du pays. Le bitcoin n’est soutenu par aucun actif tangible et une telle pression sur l’environnement pour une monnaie numérique attire une couverture médiatique négative. En outre, l’implication de tous les nœuds dans le processus de validation des transactions a un impact sur l’évolutivité et le débit des transactions.
En outre, il est difficile pour les mineurs individuels de mettre continuellement à niveau leur matériel pour résoudre des énigmes mathématiques toujours plus complexes et de payer la facture d’électricité qui augmente. On assiste donc à une centralisation croissante de l’exploitation minière avec de grandes installations minières organisées qui dominent la scène. Cette centralisation indirecte va à l’encontre du principe fondamental de décentralisation de la blockchain.
POS
En quoi l’algorithme PoS est-il différent ?
Dans le cas de l’algorithme PoS, un ensemble de nœuds décide de miser ses propres crypto-monnaies pour la validation de la transaction. Ils sont appelés « stakers ». Plus le montant de l’enjeu est important et plus la durée de l’enjeu est longue, plus le staker a de chances d’obtenir la responsabilité de la validation de la transaction.
Toutes les crypto-monnaies de ce réseau sont déjà créées, et il n’y a pas de minage. Il n’est donc pas nécessaire de résoudre un puzzle cryptographique complexe. La mise à niveau continue du matériel et la flambée des coûts énergétiques sont également éliminées. Le processus de validation des transactions est appelé « forgeage ».
En outre, il n’est pas nécessaire que l’ensemble du réseau soit impliqué dans le processus de validation des transactions, ce qui améliore l’évolutivité. Le PoS permet de mettre en œuvre une autre solution technologique, appelée « sharding ». Il s’agit d’un concept issu de la gestion des bases de données, qui consiste à stocker différentes partitions de la base de données dans des instances de serveur distinctes pour une meilleure efficacité. Dans le cas de la blockchain, le sharding consiste à stocker des parties horizontales du réseau dans des groupes de nœuds distincts. Étant donné qu’aucun nœud ne peut voir l’ensemble du réseau, le sharding ne peut pas être mis en œuvre en conjonction avec l’algorithme POW, et un PoS est nécessaire avec des stakers séparés pour des shards séparés.
MATCH
POW vs. PoS : lequel est le meilleur ?
POW est bien testé et utilisé dans de nombreux projets de crypto-monnaies. Les attaques DDoS sur une blockchain employant cet algorithme sont impossibles avec la technologie informatique actuelle. Cependant, le coût élevé de l’énergie, la pression accrue sur l’environnement, la couverture médiatique négative associée, la centralisation croissante des opérations minières et le faible débit des transactions le rendront probablement non viable à long terme. Les communautés sont de plus en plus préoccupées par les coûts énergétiques élevés du minage de Bitcoin, et la Chine interdit officiellement toutes ces opérations.
L’algorithme PoS permet d’obtenir une blockchain plus évolutive avec un débit de transaction plus élevé, et quelques projets l’ont déjà adopté, par exemple la crypto-monnaie DASH. Cependant, il est moins sûr que l’algorithme PoS, complètement décentralisé.
Il est possible d’acheter la majorité des pièces du réseau, de devenir le staker de choix et de valider des transactions erronées dans le cadre d’une attaque. Cependant, l’économie de marché dispose d’une soupape de sécurité naturelle pour cela, car le prix de la pièce augmente considérablement lorsque quelqu’un essaie d’acheter une telle quantité massive de pièces, ce qui rend la tâche des attaquants beaucoup plus difficile.
Il est également possible qu’un staker se mette à dos et valide de mauvaises transactions. Le projet Ethereum, dans le cadre de la transition prévue vers le PoS, a conçu le protocole « Casper », qui punit les stakers malhonnêtes en leur confisquant leurs crypto-monnaies et en leur interdisant de le faire à nouveau.
