Algorithme de consensus (Mécanisme de consensus)

Points-Clés

L'algorithme de consensus est une règle ou un processus utilisé dans une blockchain pour parvenir à un accord sur l'état du réseau entre ses participants.

Qu’est ce que l’Algorithme de consensus?

La technologie de la blockchain et les cryptomonnaies ont introduit une manière révolutionnaire d’échanger et de stocker une valeur monétaire. Un algorithme de consensus, également connu sous le nom de mécanisme de consensus, est au cœur de cette technologie.

Le mot “consensus” signifie “accord général”. Une blockchain est un registre distribué qui enregistre les transactions et les soldes des comptes. Il est nécessaire d’obtenir un accord sur l’état du registre entre tous les participants. C’est là que l’algorithme de consensus intervient.

L’algorithme de consensus est le processus par lequel les nœuds de la blockchain (ordinateurs validant et enregistrant les transactions) parviennent à un accord sur l’état du registre.

L’algorithme de consensus est crucial pour une blockchain car il empêche les acteurs malveillants de tromper le système. Le mécanisme prévient des activités malveillantes telles que le “double-dépense” des cryptomonnaies et les attaques Sybil en encourageant les acteurs honnêtes.

Ainsi, la définition du mécanisme de consensus inclut des règles et des incitations qui permettent au réseau de se mettre d’accord sur l’état d’une blockchain.

Comment l’algorithme de consensus fonctionne ?

Supposons que Max soit un acteur malveillant qui possède un solde de 10 jetons de cryptomonnaie. Max souhaite réaliser une “double-dépense” en envoyant 10 jetons à Nina, puis en transférant les mêmes 10 jetons à Ozy.

Pour tromper avec succès Nina et Ozy, Max aurait besoin que tous les nœuds de la blockchain acceptent son historique falsifié de transactions.

Cependant, comme une blockchain publique est décentralisée et ouverte, le système compte sur des acteurs bons et incités à rejeter les transactions fausses. Tant que les acteurs honnêtes sont plus nombreux que les mauvais, Max ne pourra pas réaliser sa double-dépense, car il n’y aura pas d'”accord général” sur les transactions falsifiées.

Types d’algorithme de consensus 

Explorons différents types d’algorithmes de consensus utilisés dans les systèmes de blockchain. Voici une liste des plus populaires :

  • Preuve de travail (PoW)
  • Preuve d’enjeu (PoS)
  • Preuve d’enjeu déléguée
  • Preuve d’autorité
  • Consensus hybride PoW/PoS
  • Preuve de destruction
  • Preuve de travail différée

Preuve de travail (PoW)

La preuve de travail (Proof-of-Work) est l’algorithme de consensus le plus connu. C’est l’algorithme de consensus utilisé dans la première blockchain publique basée sur la cryptomonnaie : Bitcoin.

Dans le mécanisme de consensus PoW, les participants du réseau appelés “mineurs” dépensent de la puissance de calcul et de l’électricité pour valider les transactions et ajouter de nouveaux blocs au registre de la blockchain. En retour, les mineurs sont récompensés par de nouveaux jetons (BTC dans le cas de Bitcoin) pour leur travail honnête.

Une blockchain basée sur la preuve de travail (PoW) reste sécurisée tant que 51 % de la puissance de calcul du réseau est détenue par des nœuds honnêtes. Comme les mineurs honnêtes contrôlent la majorité de la puissance de calcul, la chaîne honnête (version honnête de la blockchain) dépassera toutes les chaînes concurrentes.

Pour apporter des modifications à un bloc passé, un attaquant devra dépenser de la puissance de calcul et de l’électricité pour modifier ce bloc particulier et tous les blocs qui le suivent, puis surpasser le travail de la chaîne honnête. Pour un attaquant, dépenser une quantité importante de puissance de calcul et d’électricité peut contrebalancer les gains économiques obtenus dans l’attaque.

Les blockchains PoW matures comme Bitcoin ont une puissance de hachage suffisante pour rendre extrêmement coûteuse la tentative d’une attaque à 51 %.

Cependant, on ne peut pas en dire autant pour les blockchains PoW plus petites avec moins de puissance de hachage sécurisant le réseau.

Preuve d’enjeu(PoS)

Le mécanisme de consensus de preuve d’enjeu (Proof-of-Stake) est apparu sous les feux de la rampe avec la transition d’Ethereum de PoW à PoS en 2022.

Ici, les mineurs PoW sont remplacés par les participants PoS. Contrairement aux mineurs, les participants n’ont pas besoin de dépenser de l’énergie pour valider les transactions. Au lieu de cela, les participants doivent bloquer une certaine quantité de capital (sous forme de cryptomonnaies) comme garantie pour devenir des validateurs.

Les validateurs sont sélectionnés de manière aléatoire pour créer de nouveaux blocs. Une fois qu’un nouveau bloc est créé, le validateur est récompensé par de nouveaux jetons de cryptomonnaie.

Le capital bloqué et les récompenses de bloc veillent à ce que les validateurs restent honnêtes et remplissent leurs fonctions de validation des transactions, de création de nouveaux blocs et de maintien du bon fonctionnement du réseau.

Un validateur court le risque de perdre la totalité ou une partie de son capital bloqué s’il adopte un comportement malveillant. Ne pas participer à l’activité du réseau lorsque sollicité entraînera la perte des récompenses de bloc pour les validateurs.

Au moment de la rédaction, il est nécessaire de bloquer 32 ETH pour devenir un validateur sur Ethereum.

Principales différences entre PoW et PoS

Preuve de travail (PoW) Preuve d’enjeu (PoS)
Les mineurs dépensent de la puissance de calcul et de l’électricité pour valider les transactions et créer de nouveaux blocs. Les validateurs bloquent des cryptomonnaies comme garantie pour valider les transactions et créer de nouveaux blocs.
Mécanisme de consensus éprouvé Plus récent et moins éprouvé par rapport à PoW.
Nécessite une quantité importante d’électricité, donc n’est pas considéré comme respectueux de l’environnement. Consomme significativement moins d’énergie par rapport à PoW.
Les mineurs investissent dans du matériel coûteux. Les validateurs peuvent faire fonctionner des logiciels de preuve d’enjeu (PoS) à partir de simples ordinateurs portables.
Les mineurs rivalisent pour résoudre des énigmes cryptographiques afin d’avoir la chance de créer un bloc. Un validateur est sélectionné de manière aléatoire pour créer le dernier bloc.
Pas de sanction (slashing). Les validateurs malhonnêtes encourent le risque de perdre leur capital bloqué lors d’un événement appelé “slashing”.

Preuve d’enjeu déléguée (dPoS)

La preuve d’enjeu déléguée (dPoS) est une variation du mécanisme de consensus de la preuve d’enjeu (PoS). Dans ce système, les utilisateurs du réseau votent et élisent des délégués chargés de valider les blocs.

La dPoS est un modèle de mécanisme de consensus basé sur la réputation. Les délégués sont élus en fonction de leur réputation de fiabilité. Les réseaux dPoS ont moins de validateurs par rapport aux blockchains PoS, ce qui permet au réseau d’atteindre un consensus plus rapidement.

Cependant, les systèmes dPoS peuvent être vulnérables aux attaques à 51 % car il y a moins de validateurs dans le réseau. Il existe également un risque de centralisation du pouvoir, car le nombre de validateurs est réduit, et le vote est biaisé en fonction de la réputation.

Preuve d’autorité (PoA)

La preuve d’autorité (PoA) est un mécanisme de consensus où seules les entités autorisées sont autorisées à devenir des validateurs de blocs.

Dans ce système, les validateurs potentiels font l’objet d’un processus d’évaluation où ils sont sélectionnés en fonction de leur fiabilité, de leurs normes morales, de leurs antécédents criminels, de leur capital investissable, de leur fiabilité et de leur réputation. La PoA est considérée comme un mécanisme de consensus très efficace, car le réseau dépend d’un petit nombre de principaux validateurs.

Tout comme le DPoS, le mécanisme de consensus PoA est également vulnérable à la centralisation et aux attaques à 51 %.

Consensus hybride PoW/PoS

Comme son nom l’indique, le consensus hybride PoW/PoS est un mélange des algorithmes de consensus de preuve de travail (PoW) et de preuve d’enjeu (PoS). Cette approche combine la sécurité de PoW et la gouvernance de PoS.

Un exemple d’une blockchain utilisant un consensus hybride PoW/PoS est Decred. Les mineurs de PoW sur Decred jouent un rôle similaire à celui qu’ils ont sur la blockchain Bitcoin, c’est-à-dire la vérification des transactions et la création de nouveaux blocs.

La preuve d’enjeu (PoS) sur Decred est conçue pour la gouvernance. Les détenteurs de jetons DCR peuvent bloquer leurs pièces pour obtenir des tickets de vote. Les détenteurs de tickets sont sélectionnés de manière aléatoire pour approuver les mineurs de PoW et voter sur les propositions de changement.

Preuve de destruction (PoB)

Avant de commencer, nous devons savoir ce que signifie « burning ». Le « burning » est le processus de suppression permanente de pièces de la circulation en les envoyant vers une adresse irrécupérable.

La preuve de destruction (Proof-of-Burn ou PoB) est un mécanisme de consensus qui nécessite à des mineurs de détruire des pièces. La destruction de pièces représente le coût requis pour participer à l’activité minière, c’est-à-dire la vérification des transactions, la création de nouveaux blocs et la réception des récompenses de bloc.

Selon Iain Stewart, le créateur du consensus PoB, plus un mineur détruit de pièces, plus sa capacité minière est élevée.

Étant donné que les mineurs PoB détruisent des pièces au lieu de dépenser de l’électricité comme le font les mineurs PoW, PoB est nettement moins énergivore par rapport à PoW.

Preuve de travail différée (dPoW)

La preuve de travail différée (dPoW) est un mécanisme de consensus où une blockchain tire parti de la sécurité d’un réseau secondaire de preuve de travail (par exemple, Bitcoin). Ce mécanisme de consensus a été pionnier par la Fondation Komodo.

Selon Komodo, les réseaux dPoW utilisent la blockchain secondaire de preuve de travail pour stocker des sauvegardes de l’historique de leur blockchain. Une copie unique de la chaîne dPoW originale permet à l’ensemble du réseau de se régénérer en cas d’attaque sur la chaîne dPoW.

Grâce au mécanisme de consensus dPoW, les blockchains avec de faibles taux de hachage peuvent compter sur des réseaux de preuve de travail matures tels que Bitcoin pour assurer leur sécurité.

En Conclusion 

Les algorithmes de consensus sont le pilier de la technologie blockchain.

Chaque algorithme de consensus a ses propres avantages et limites. Alors que certains privilégient la sécurité et la décentralisation, d’autres peuvent considérer la vitesse et l’efficacité comme leur priorité.

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