Proof-of-Work et Proof-of-Stake

La nature "de pair-à-pair" des systèmes de paiement publics basés sur la blockchain permet à n’importe quelle personne dans le monde de participer à leur gestion. Ils ne sont plus l’apanage d’une seule entreprise, d’une banque centrale ou d’un groupe de personnes sélectionné.

Cependant, la décentralisation s’accompagne d’un défi important : si tout le monde peut y participer et qu’aucune entité centralisée n’est chargée de vérifier les participants au réseau, comment s’assurer que seuls des utilisateurs honnêtes y participent et non des agents malveillants ?

C’est là qu’entre en jeu ce que l’on appelle le mécanisme de consensus de la blockchain.

Le consensus fait référence à un accord mutuel sur une certaine information au sein d’un système ou d’un groupe de personnes. Dans le cas d’une blockchain, le consensus fait référence à un accord mutuel entre des ordinateurs de réseau distribués dans le monde entier qui valident les nouvelles données de crypto-monnaie ajoutées au registre.

Les blockchains constituent des enregistrements immuables de transactions et d’autres types de données. Cela signifie que les informations ajoutées à la blockchain ne peuvent être supprimées. Ainsi, la responsabilité qui pèse sur les épaules des participants du réseau est énorme, car ils doivent s’assurer que seules des données valides et vérifiées sont enregistrées.

Les mécanismes de consensus sont au cœur de toutes les blockchains publiques. Ces systèmes automatisés permettent d’exclure les participants malhonnêtes aux blockchains et garantissent que seuls les utilisateurs fiables et engagés deviennent des “validateurs”.

Les mécanismes de consensus Proof-of-Work (PoW) et Proof-of-Stake (PoS) sont les plus prisés dans les systèmes de paiement publics basés sur la blockchain. Si les systèmes de Proof-of-Work (PoW) et de Proof-of-Stake (PoS) permettent l’un et l’autre de résoudre le problème des participants malveillants du réseau et de promouvoir le consensus, ils atteignent ce résultat de différentes manières.

Le mécanisme de consensus Proof-of-Work exige des utilisateurs du réseau qu’ils consacrent leur puissance de calcul à la réalisation d’une tâche, généralement une preuve cryptographique, pour participer.

Le mécanisme de consensus Proof-of-Work (PoW) a été lancé au début des années 1990 en tant que système de prévention des courriers indésirables. La méthode exigeait des utilisateurs qu’ils résolvent un problème cryptographique avant de pouvoir envoyer un email.

Les utilisateurs légitimes qui n’envoyaient que quelques emails de temps à autre n’avaient aucun problème à apporter la preuve cryptographique unique. Cependant, pour les acteurs malveillants qui cherchaient à envoyer des courriers indésirables en masse et à perturber un réseau, la nécessité de disposer d’une puissance de calcul accrue pour exécuter le mécanisme de consensus Proof-of-Work rendait le projet beaucoup moins attrayant.

Bitcoin et Proof-of-Work

En janvier 2009, le créateur de Bitcoin, connu sous le pseudonyme de Satoshi Nakomoto, a lancé le protocole Bitcoin. Ce système de monnaie fiduciaire électronique pair-à-pair proposait une version adaptée du mécanisme PoW pour résoudre un problème de longue date associé aux réseaux de paiement numériques décentralisés, les dépenses doubles.

Lorsque vous envoyez des valeurs par voie numérique, il n’y a pas d’échange physique de monnaie fiduciaire ; tout se passe sur un écran. Cela signifie qu’un utilisateur peut théoriquement dépenser deux fois le même argent dans le cadre de deux transactions distinctes. En fonction du niveau de synchronisation des serveurs du réseau de paiement, ces paiements doubles peuvent être traités ou non. S’ils sont traités, cela entraîne la création de nouvelles unités de devise numérique venues de nulle part.

Le mécanisme de consensus PoW utilisé dans le protocole Bitcoin intègre un système appelé “minage.” Les utilisateurs qui souhaitent devenir des validateurs, ou des “mineurs”, rivalisent les uns avec les autres sur leurs ordinateurs pour obtenir le droit de proposer de nouvelles entrées dans le registre. Pour ce faire, les mineurs génèrent des codes aléatoires de longueur fixe dénommés hachages. Ces hachages sont créés en exécutant des entrées via un algorithme de hachage cryptographique pour produire des codes hexadécimaux uniques de 64 caractères (codes contenant uniquement des chiffres de 0 à 9 et des lettres de A à F).

Les mineurs génèrent des hachages jusqu’à ce que quelqu’un crée un hachage dont le nombre de zéros à l’avant est supérieur ou égal à celui du hachage cible. Le hachage cible est le nombre défini par le protocole qui, lorsqu’il est battu, accorde au mineur gagnant le droit exclusif de proposer un nouveau lot de données de transaction à ajouter au prochain bloc, le plus récent de la chaîne. 

Incitation et attribution des récompenses 

Pour avoir remporté la compétition et dépensé de l’énergie informatique, le mineur reçoit une certaine quantité de Bitcoins récemment frappés, plus tous les frais liés aux transactions qu’il ajoute au nouveau bloc. Ce processus est connu sous le nom de récompense de bloc.

Les récompenses de bloc respectent généralement une politique monétaire stricte et prédéfinie, dans lequel les récompenses sont systématiquement réduites au fil du temps. Le Bitcoin, par exemple, réduit de moitié le nombre de coins récemment frappés attribués par bloc tous les 210 000 blocs (environ une fois tous les quatre ans).

Cela réduit les émissions de coins entrant en circulation au fil du temps, ce qui, en théorie, permet de soutenir les cours en supposant que la demande reste constante pour la crypto-monnaie sous-jacente.

Vérification et émission

Une fois qu’un nouveau bloc de transactions est proposé par le mineur gagnant, les autres mineurs du réseau vérifient ces transactions de manière indépendante avant que le bloc ne soit ajouté de façon permanente à la blockchain.

Ce processus consistant à demander à tous les utilisateurs du réseau de confirmer de manière indépendante la validité des transactions proposées rend pratiquement impossible, pour un individu, de dépenser son solde deux fois, à condition qu’au moins 51% de tous les validateurs du système agissent de manière honnête.

Cette compétition minière est ensuite remise à zéro en fonction du délai de bloc programmé pour chaque crypto-monnaie. Pour le Bitcoin, de nouveaux blocs sont découverts environ une fois toutes les 10 minutes. Les durées de bloc varient selon les crypto-monnaies : Par exemple, un nouveau bloc Zcash est créé toutes les 75 secondes environ. Cela garantit que de nouvelles données de transaction vérifiées sont constamment ajoutées à la blockchain et que de nouvelles unités de crypto-monnaie sont progressivement mises en circulation à un taux fixe et prédéterminé.

Avantages et inconvénients des PoW

L’un des principaux avantages des systèmes PoW est que l’énorme puissance de calcul nécessaire pour exécuter une transaction frauduleuse est pratiquement impossible à atteindre.

Les blockchains sont sujettes à des attaques dites "à 51%" lorsqu’un individu ou un groupe malveillant parvient à contrôler la majorité du taux de hachage d’une blockchain. Les blockchains suivent la règle de la “chaîne la plus longue”, selon laquelle tous les validateurs d’un réseau conviennent que la chaîne la plus longue est la plus valide. Cela signifie que si un acteur malhonnête parvient à prendre le contrôle d’une majorité du réseau, il peut approuver les paiements de dépenses doubles, bloquer certains paiements entrants et saper la confiance dans le registre de blockchain sous-jacent.

Cependant, les pirates informatiques intéressés par les systèmes PoW auraient besoin d’acheter ou de louer de grandes quantités d’équipements informatiques pour exécuter et maintenir ce type d’attaque. Pour les réseaux de taille aussi importante que le Bitcoin, dont la puissance de calcul collective nécessaire pour valider les transactions (connue sous le nom de "taux de hachage") est énorme, le risque d’attaque à 51% est extrêmement peu probable.

Les détracteurs de cette mesure de protection basée sur la puissance de calcul lui reprochent de gaspiller une quantité importante de l’énergie dépensée pour le processus de minage. Un seul mineur peut proposer un bloc toutes les 10 minutes ; l’ensemble du réseau consomme donc une grande quantité d’électricité qui ne sert jamais directement à la création de nouveaux blocs.

Outre leur caractère énergivore, il est souvent reproché aux PoW de produire des déchets électroniques résultant d’un dysfonctionnement des plateformes de minage ou d’une simple obsolescence. Cela a suscité des critiques importantes et poussé de nombreux projets de blockchain à rechercher des mécanismes de consensus plus efficaces. Même si les mineurs PoW sont incités à rechercher des sources d’énergie rentables et à réutiliser l’énergie découlant du minage (comme la chaleur), le PoW utilise inévitablement une quantité importante d’énergie.

 

Basé sur un système de loterie, le Proof-of-Stake (PoS) oblige les participants au réseau à acheter et à verrouiller les tokens natifs d’un protocole dans un contrat intelligent. Les participants qui disposent de tokens stakés peuvent être sélectionnés au hasard pour proposer de nouveaux blocs.

Trois ans après le lancement de Bitcoin, deux développeurs dénommés Scott Nadal et Sunny King ont développé le mécanisme de consensus PoS afin de remédier aux inefficacités énergétiques liées au système Proof-of-Work.

Plus un joueur stake de tokens, plus il a de chances d’être sélectionné. Cela revient, en quelque sorte, à acheter plusieurs billets de loterie. Plus vous avez de billets, plus vous augmentez vos chances de gagner, même si cela ne garantit pas que vous gagnerez. Une personne qui n’a acheté qu’un seul billet ou, dans le cas des tokens, qui a staké le nombre minimum de tokens, peut toujours être sélectionnée à votre place.

Cette idée se fonde sur le même principe que le système PoW en exigeant des validateurs qu’ils investissent leur propre argent, mais élimine la nécessité de disposer de machines spécialisées à forte consommation d’énergie.

Incitation et attribution des récompenses

La plupart des systèmes PoS modernes offrent aux validateurs un intérêt annuel fixe en contrepartie de la sécurisation du réseau et de la vérification des nouvelles données.

Cependant, certains offrent des récompenses sous forme de tokens natifs (cumulés sur les frais de transaction) proportionnels au nombre de tokens que la personne a stakés. Cela se produit généralement dans le cadre de pools de staking qui rassemblent les fonds de plusieurs validateurs pour former une seule unité de staking. L’entretien et le fonctionnement des pools de staking sont pris en charge par une personne ou un groupe de personnes sélectionnées qui possèdent les connaissances spécialisées requises pour remplir cette fonction.

Si un validateur ou un opérateur de pool de staking délégué agit de manière malhonnête, le protocole a la capacité de supprimer de force une partie ou la totalité de ses actifs stakés. Connu sous le nom de “slashing”, ce système encourage également une conduite honnête chez les utilisateurs du réseau.

Vérification et émission

La plupart des protocoles de blockchain PoS exigent des utilisateurs qu’ils déposent un montant minimum pour être éligibles à participer au processus de staking. Pour la nouvelle blockchain PoS d’Ethereum, il faut 32 ethers, la crypto-monnaie native de la blockchain pour devenir validateur.

Sur Polkadot, une autre blockchain PoS, le seuil de staking minimal varie de 10 DOT, la crypto-monnaie native de Polkadot, à 350 DOT.

La manière de vérifier les blocs de transactions varie beaucoup entre les différentes blockchains PoS. En règle générale, le temps est divisé en créneaux ou en époques. Un certain nombre de stakers sont affectés à chaque créneau, puis un staker est choisi de manière aléatoire pour proposer un nouveau bloc. Les autres stakers du groupe confirment de manière indépendante la validité du bloc.

Avantages et inconvénients des PoS

Les blockchains Proof-of-Stake ont pour principal avantage d’être beaucoup plus économes en énergie que les protocoles PoW. ’En effet, l’équipement informatique nécessaire pour valider et vérifier les transactions basées sur le PoS est beaucoup moins sophistiqué et énergivore que l’équipement utilisé pour les transactions basées sur les protocoles PoW. De fait, les plateformes d’échange et autres plateformes tierces peuvent désormais prendre en charge le staking sur l’ordinateur portable ou le téléphone mobile d’un utilisateur.

Les pools de staking délégués présentent l’avantage supplémentaire de permettre aux utilisateurs qui ne possèdent pas ou peu de connaissances spécialisées de participer au processus de validation, tandis qu’un minage réussi nécessite une connaissance technique approfondie des logiciels et du matériel requis. En outre, le minage n’aboutit pas toujours à des récompenses, tandis que les stakers peuvent souvent bénéficier de rendements annuels fixes.

Le staking a pour principal inconvénient de verrouiller les fonds d’un utilisateur dans un contrat intelligent de staking jusqu’à la fin de la période de bonding, ce qui rend ces fonds inaccessibles pour l’utilisateur. Cela réduit la liquidité de la crypto-monnaie sous-jacente et empêche les investisseurs d’accéder à leurs fonds stakés en cas de fluctuation importante des marchés.

Vous êtes prêt à passer à l’étape suivante et à acheter des crypto-monnaies !