Un guide comparatif des algorithmes de consensus Blockchain : PoW vs PoS
La structure décentralisée et distribuée de la technologie Blockchain instaure un environnement exempt de corruption, offrant une sécurité, une transparence et une inaltérabilité renforcées, ce que vous savez déjà probablement. Cependant, vous êtes-vous déjà interrogé sur la manière dont un système dépourvu d'autorité centrale est administré, ou sur le processus de validation des transactions ?
L'une des promesses fondamentales de la blockchain est un système pair-à-pair de confiance, où la communauté contribue à la vérification de l'authenticité des transactions. Mais comment cela se produit-il exactement ? Eh bien, chaque blockchain utilise des approches distinctes, appelées algorithmes de consensus.
Ces algorithmes, également connus sous le nom de protocoles de consensus, définissent les règles de fonctionnement des réseaux. Si cela vous intrigue, poursuivez la lecture de notre guide détaillé pour comprendre ce que sont les algorithmes de consensus blockchain, leurs objectifs, leur fonctionnement et les différences entre les deux méthodes les plus répandues aujourd'hui.
Fonctionnement des blockchains
La blockchain est un système d'enregistrement des informations conçu pour être inviolable et non piratable. Également désignée sous le nom de Technologie de Registre Distribué (DLT), la blockchain exploite le hachage cryptographique et la décentralisation pour établir un historique sécurisé et transparent des actifs numériques.
Bien que le fonctionnement de la blockchain soit complexe, une analogie permet d'en clarifier le principe : l'illustration la plus simple est celle de Google Docs. Au lieu de copier et transférer des documents, vous pouvez partager et diffuser tous les documents créés via Google Docs au sein d'une équipe.
Google Docs utilise une chaîne de distribution décentralisée qui offre à tous les membres de l'équipe un accès simultané au document. Toutes les modifications sont enregistrées en temps réel et restent transparentes, car aucun membre n'est bloqué.
Chaque bloc au sein d'une blockchain contient plusieurs transactions. Chaque fois qu'un utilisateur initie une nouvelle transaction sur la blockchain, l'enregistrement de cette transaction est intégré à tous les registres des participants.
De même, dès qu'un utilisateur modifie un bloc de la chaîne, tous les ordinateurs participants sont informés de la modification. Pour corrompre le système, un pirate devrait altérer tous les blocs de la chaîne sur chaque version distribuée de la chaîne.
Qu'est-ce qu'un mécanisme de consensus Blockchain ?
Un mécanisme de consensus est un processus par lequel un groupe d'individus dépourvu d'une autorité centrale supérieure parvient à des décisions et garantit le respect des accords. Un algorithme de consensus blockchain fait référence au processus par lequel les utilisateurs ou pairs d'un réseau blockchain parviennent à un accord collectif, un consensus, concernant l'état actuel de la blockchain.
Le protocole de consensus est essentiel pour garantir la fiabilité du réseau blockchain et instaurer la confiance entre les différents nœuds. De plus, il assure la sécurité du registre distribué. Un algorithme de consensus devient un élément fondamental de chaque application blockchain ou projet DApps.
Les mécanismes de consensus de la blockchain assument généralement les trois responsabilités suivantes :
- Ils garantissent que le bloc suivant dans la chaîne représente la seule version authentique de la vérité.
- Ils empêchent les acteurs malveillants d'obtenir une puissance de hachage de 51 % et de manipuler le système, réussissant ainsi à bifurquer la chaîne.
- Ils garantissent la fiabilité d'un réseau, qui comprend plusieurs nœuds, un aspect majeur qui affirme l'intégrité du réseau. L'élément le plus critique est de s'assurer que les utilisateurs n'effectuent pas de double dépense de la même crypto-monnaie.
D'autres fournisseurs de services financiers tels que les sociétés de cartes de crédit et de débit ne dépendent pas des mécanismes de consensus car, contrairement aux entreprises blockchain, elles exercent un contrôle sur leurs réseaux. À chaque utilisation de leurs cartes de crédit, le système transmet les informations à une base de données centralisée. Les utilisateurs de cartes de crédit font confiance à ces entreprises pour sécuriser leurs données et le traitement de leurs commandes lors des transactions.
Étant donné que la société de cartes de crédit contrôle l'ensemble de son réseau, elle peut annuler ou censurer n'importe quelle transaction. Outre la possibilité de censure et l'incapacité à résoudre les litiges, la plupart des bases de données centralisées sont très vulnérables aux piratages et à la corruption.
Avec l'avènement de la blockchain et l'ère des crypto-monnaies, il est devenu possible d'effectuer des transactions pair-à-pair fiables, inaltérables et traçables au sein d'un réseau décentralisé. En l'absence d'autorité centrale ou supérieure pour faire respecter les règles au sein de ces réseaux, divers types d'algorithmes de consensus blockchain assurent que chaque participant au réseau adhère aux règles établies.
Objectifs des mécanismes de consensus Blockchain
Voici les principaux objectifs des mécanismes de consensus de la blockchain.
#1. Accord unifié
L'atteinte d'un accord unifié constitue l'un des buts principaux du mécanisme de consensus. Les protocoles intégrés au réseau distribué de la blockchain veillent à ce que toutes les données saisies au cours du processus soient authentiques et précises et que le statut du registre demeure à jour. Les utilisateurs peuvent ainsi réaliser des transactions sans avoir à établir une confiance mutuelle.
#2. Créer une incitation économique commune
Puisque la blockchain est un système sans confiance qui s'autorégule, tous les participants doivent avoir des intérêts alignés. Dans ce contexte, un algorithme de consensus blockchain récompense ceux qui respectent les règles et punit les mauvais acteurs, tout en régulant les incitations économiques.
#3. Justice et équité
Les protocoles de consensus garantissent que chaque utilisateur intéressé peut participer au sein du réseau en suivant les mêmes principes fondamentaux. Ils justifient donc les aspects de décentralisation et d'ouverture du système de la blockchain.
#4. Éliminer les défauts
La méthodologie du mécanisme de consensus assure également que la blockchain soit cohérente, fiable et exempte de défaillances, ce qui signifie que le système peut fonctionner de manière autonome à tout moment, même en cas de pannes ou de menaces.
Types d'algorithmes de consensus Blockchain : preuve de travail versus preuve d'enjeu
L'écosystème de la blockchain englobe de nombreux algorithmes de consensus, et d'autres sont toujours en cours de développement. Par conséquent, chaque utilisateur ou entrepreneur doit connaître les particularités des divers mécanismes de consensus et être capable de détecter ceux qui présentent des faiblesses. Maintenant que vous avez compris les bases des algorithmes de consensus blockchain, il est temps d'explorer les forces et faiblesses des deux méthodes de consensus les plus courantes.
La preuve de travail (PoW) et la preuve d'enjeu (PoS) sont les méthodes de consensus blockchain les plus utilisées. Ces deux méthodes gèrent le processus de vérification des transactions pair-à-pair et de leur ajout au registre public distribué d'une blockchain sans autorité centralisée. Connaître les différences entre PoW et PoS vous aidera à évaluer vos crypto-actifs.
Qu'est-ce que la preuve de travail (PoW) ?
La méthode de consensus Proof of Work a fait son apparition au début des années 1990 pour contrer le spam par e-mail. L'idée était qu'un ordinateur devait effectuer une tâche modeste avant de pouvoir envoyer un e-mail. Cette tâche, insignifiante pour l'envoi d'un ou deux e-mails légitimes, nécessitait des ressources et une puissance de calcul importantes pour l'envoi d'e-mails en masse. Le créateur de Bitcoin, Satoshi Nakamoto, fut le premier à implémenter cette technologie pour l'argent numérique dans le livre blanc de Bitcoin.
a. Ordre de la blockchain
Comme vous le savez, une blockchain est une séquence de blocs représentant des groupes de transactions ordonnés chronologiquement. Le bloc initial de la blockchain fondée sur la preuve de travail est codé en dur dans le logiciel et se nomme bloc 0 ou bloc Genesis. Ce bloc initial ne fait référence à aucun bloc précédent, tandis que tous les blocs suivants doivent faire référence aux blocs antérieurs. Chacun comporte une copie du registre mis à jour.
b. Consommation énergétique
L'algorithme de preuve de travail exploite une course compétitive pour déterminer quel participant (mineur de crypto-monnaie) peut modifier le registre. Les mineurs doivent utiliser la puissance de calcul pour prétendre à proposer des blocs valides conformément aux règles du réseau.
Les ordinateurs exécutant le logiciel Bitcoin, nommés nœuds, valident les transactions, empêchent les doubles dépenses et décident si un bloc proposé peut intégrer la chaîne. Les mineurs de Bitcoin sont en compétition pour créer un nouveau bloc en résolvant des problèmes mathématiques complexes via un processus appelé hachage. Ces problèmes sont difficiles à résoudre mais la solution peut être facilement vérifiée par le réseau.
c. Participation
La méthode de consensus PoW combine la puissance de calcul et la cryptographie pour établir un consensus et valider les transactions enregistrées dans la blockchain. Pour être admissible à ajouter un nouveau bloc à la chaîne, les mineurs engagés dans le processus de hachage doivent fournir la bonne réponse au problème mathématique.
Les mineurs tenteront de deviner une série de nombres pseudo-aléatoires qui, une fois combinés aux données du bloc et traités par un ordinateur utilisant une fonction de hachage, doivent produire une solution correspondant aux critères définis par l'algorithme.
Une fois la solution trouvée, le système diffuse le hachage gagnant sur le réseau pour que d'autres mineurs puissent vérifier sa validité. Si les autres mineurs valident le hachage, le bloc est ajouté à la blockchain et le mineur qui a réussi est récompensé par la récompense de bloc.
d. Répartition des récompenses
L'individu qui mine un bloc validé par le réseau reçoit une récompense de bloc, souvent sous forme de nouvelle crypto-monnaie. Pour des crypto-monnaies telles que le Bitcoin, la blockchain réduit progressivement le montant de la récompense de bloc après la création d'un certain nombre de blocs, afin de maintenir une quantité totale de fonds finie et déflationniste.
Qu'est-ce que la preuve d'enjeu (PoS) ?
La méthode de consensus Proof of Stake (PoS) est une évolution du PoW qui a émergé en 2012. Au lieu de s'appuyer uniquement sur des ordinateurs en compétition pour générer le hachage exact, le protocole de consensus PoS vise à autoriser la participation par le biais de la possession de la crypto-monnaie concernée. L'objectif principal était de résoudre le problème de la consommation énergétique élevée du PoW pour déterminer l'ordre de la blockchain.
L'algorithme PoS utilise une liste prédéfinie de facteurs pour désigner de manière pseudo-aléatoire un nœud parmi les détenteurs de pièces pour proposer le bloc suivant à la blockchain. Le nœud sélectionné est responsable de la vérification de la validité des transactions au sein d'un bloc, ainsi que de la signature et de la proposition du bloc à la blockchain pour validation.
a. Ordre de la blockchain
À l'instar du mécanisme PoW, la méthode de consensus PoS est constituée d'une séquence de blocs organisés chronologiquement. Le bloc initial d'une blockchain basée sur PoS est également codé en dur dans le logiciel, constituant le bloc de genèse. Tous les blocs suivants ajoutés à la blockchain doivent se référer au bloc précédent et contenir une copie complète du registre mis à jour. Cependant, à la différence de la méthode PoW, les nœuds participants ne sont pas en compétition pour être sélectionnés afin d'ajouter des blocs. Par conséquent, les nouveaux blocs sont généralement forgés ou frappés, plutôt que minés.
b. Consommation énergétique
Les blockchains basées sur PoS sont reconnues pour leur approche économe en énergie qui détermine qui peut proposer de nouveaux blocs et ne sont pas dépendantes d'une forte consommation d'énergie ni de puissance de calcul. Les partisans du mécanisme de consensus PoS le considèrent comme une solution respectueuse de l'environnement, où un nœud individuel est chargé de la création de nouveaux blocs plutôt que de concurrencer d'autres nœuds.
Bien que le minage PoW et le frappage PoS nécessitent une certaine consommation d'énergie, les nœuds de minage et de frappage sont encouragés à utiliser l'électricité la moins chère possible, souvent issue de sources renouvelables telles que l'énergie hydraulique, éolienne ou solaire, plutôt que de sources émettant des gaz à effet de serre, comme le charbon.
Alors que les mineurs PoS n'ont besoin que d'une connexion Internet active qui nécessite peu d'énergie, les mineurs PoW, quant à eux, doivent acquérir du matériel spécialisé (GPU), des équipements de minage et d'autres appareils onéreux pour avoir la possibilité de produire un bloc.
c. Participation
Pour prendre part à la méthode de consensus PoS et espérer être sélectionné pour ajouter des blocs à la chaîne, un utilisateur doit jalonner ou verrouiller un nombre précis de jetons de la blockchain dans un contrat intelligent spécifique. Vos chances d'être retenu pour participer dépendent de la quantité de crypto-monnaie que vous avez jalonnée.
Les utilisateurs ayant des comportements malveillants ou enfreignant les règles établies risquent de perdre leur mise en guise de sanction. L'algorithme PoS intègre plusieurs autres facteurs décisifs pour éviter de privilégier uniquement les nœuds les plus riches, notamment une randomisation pure ou le nombre de fois où un nœud a jalonné des pièces.
d. Répartition des récompenses
Comme pour le mécanisme de consensus PoW, les utilisateurs qui proposent avec succès un bloc valide sont récompensés par une récompense de bloc, faisant référence à la crypto-monnaie de la blockchain. Cependant, étant donné que la sélection repose sur la détention de pièces, certaines plateformes d'échange de crypto-monnaies proposent des services de jalonnement en effectuant les mises au nom des utilisateurs, en échange de paiements périodiques.
PoW versus PoS : quel avenir ?
Notre analyse comparative des algorithmes de consensus blockchain de preuve de travail et de preuve d'enjeu révèle que les deux approches fonctionnent différemment pour atteindre le même objectif. Cependant, compte tenu du caractère relativement récent de la preuve d'enjeu, il serait prématuré de désigner un vainqueur absolu.
PoW est le mécanisme de consensus traditionnel de la plupart des blockchains originales, telles que Bitcoin et Ethereum. Toutefois, Ethereum est en passe d'adopter un nouveau protocole PoS, dans le but de mettre en lumière le potentiel de cette méthode de consensus émergente.
Le mécanisme de consensus PoW a démontré sa robustesse au fil du temps et s'est révélé un moyen efficace de sécuriser une blockchain. Cependant, cela a eu un impact négatif sur l'évolutivité du réseau, ce qui entrave les transactions. De nos jours, il est devenu rare que les particuliers minent, car de grandes organisations minières centralisées dotées d'une puissance de calcul considérable ont pris le dessus, rendant les coûts associés prohibitifs.
L'algorithme PoS, en revanche, se révèle plus économe en énergie, et les réseaux sous-jacents bénéficient d'une meilleure évolutivité et de transactions plus performantes. Cependant, le mécanisme offre moins de sécurité pour les crypto-monnaies jalonnées par les participants.
Conclusion
Le PoS est apparu pour corriger les lacunes intrinsèques au mécanisme PoW et, bien évidemment, pour optimiser l'efficacité énergétique. Cependant, les deux algorithmes de consensus blockchain pourraient coexister dans un futur proche, étant donné que Bitcoin reste attaché à PoW tandis qu'Ethereum se tourne vers PoS.
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