PoW, PoS, dPoS, DoA....Qu'est-ce qu'un Consensus Blockchain ?

Qu’est-ce qu’un consensus blockchain ? On entend ce mot partout, on sait que c’est important pour la sécurité des différentes cryptomonnaies, mais finalement, cette notion reste assez floue. Dans cet article, nous allons vous expliquer comment fonctionne un consensus, à quoi il sert mais aussi les différentes grandes familles de consensus qui existent !

Préambule

Afin d’expliquer comment fonctionne un consensus, commençons par sa définition propre : procédure qui consiste à dégager un accord sans procéder à un vote formel, ce qui évite de faire apparaître les objections et les abstentions. Dans un système décentralisé tel que la blockchain afin de permettre à la communauté de s’autoréguler un consensus est essentiel. Il permet d’assurer la vérification des transactions mais aussi de générer de la valeur. On entend souvent parler du minage de Bitcoin (BTC), c’est, en fait, une conséquence du consensus Bitcoin : la proof of work (preuve de travail).

Pour être capable de bien appréhender la proof of work, comprenons tout d’abord comment fonctionne une blockchain.

Pour cela un petit lexique s’impose :

• Bloc: Un bloc regroupe un ensemble de transactions horodatées et validées
• Hash : Le hash survient lors du “hachage” qui est un procédé cryptographique permettant d’associer à chaque transaction un identifiant unique de 64 caractères, suite à l’utilisation de la fonction SHA 256.
• Mineurs : Les mineurs sont les personnes validant l’authenticité des transactions et permettant ainsi la création de nouveaux blocs.
• Blockchain : La blockchain ou en français suite de blocs peut être perçu un grand registre comptable immuable, c’est-à-dire qui ne peut être corrompu. Elle est décentralisée !
• Décentralisée : Décentralisée signifie que l’ensemble des informations liées à la blockchain ne sont pas gardées par un tiers mais accessible par tous. Aucun acteur précis ne possède une blockchain, la notion d’autorégulation est intimement liée à la décentralisation.

Bitcoin (BTC), la première blockchain, la première cryptomonnaie et le premier consensus

Satoshi Nakamoto, encore incognito aujourd’hui, créa Bitcoin et ouvrit sans le savoir, la marche à un écosystème blockchain en constante expansion 10 ans plus tard. La source de la réussite du Bitcoin et plus largement de la Blockchain repose sur le protocole de consensus qu’il a réussi à mettre en place. En effet comment s’assurer que les transactions soumises à la blockchain sont véridiques ?

Exemple concret : Velleyen a 10 BTC (Bitcoin) et décide d’en envoyer 15 à son ami Gaëtan, le rôle des mineurs est de vérifier que Velleyen a bien 10 BTC : si tel est le cas, ils vont valider la transaction. Dans le système actuel la banque centralise les informations elle peut ainsi définir directement le solde d’un client.

Dans un environnement blockchain les mineurs, eux, vont fonder leur accord en comparant les différentes copies de la blockchain car le solde n’est pas stocké, mais l’historique de l’ensemble des transactions permet de le retrouver. Il faut savoir qu’un nouveau bloc est généré toutes les 10 minutes. Les mineurs qui, vous l’aurez compris, sont des nœuds du réseau, sont récompensés lorsqu’il découvre un nouveau bloc. En effet, ce nouveau bloc contient des ressources réservées aux mineurs : 6,25 BTC qui leur sont accordés en guise d’incitation. À noter que les mineurs sont également destinataires des frais de transactions

Mais comment miner un bloc ?

Miner un bloc signifie trouver la réponse à un puzzle informatique. Le premier qui trouve la solution est le grand gagnant et produit le bloc. Cependant la résolution de ce puzzle nécessite un équipement spécialisé et beaucoup d’énergie puisqu’il faut alimenter cet ordinateur. Il convertit finalement leur énergie électrique en Bitcoin voilà un fait qui permettra d’expliciter la création de valeur au sein de Bitcoin. C’est la proof of work qui permet de lier chaque bloc entre eux.

Reste-t-il un risque ?

Le seul moyen de tromper la blockchain Bitcoin et ce consensus qu’est la preuve de travail/proof of work est de prendre le contrôle du réseau à 51%. En effet dans ce cas-là, il est alors possible de valider de fausses transactions en faisant diverger la chaîne de blocs principale et en la minant avec 51% du réseau pour créer artificiellement une nouvelle chaîne de blocs plus longue. Malgré tout, ce procédé ne concerne qu’une transaction ou un ensemble de transactions. Il ne peut remettre en cause la blockchain et nécessite un investissement colossal.

La blockchain Bitcoin a fait ses preuves puisqu’elle n’a jamais été touchée par une attaque 51%. Son point faible vient de son absence de véritable scalabilité, elle ne peut faire que 7 transactions par seconde.

La proof of stake ou la solution alternative

Contrairement à la proof of work, la proof of stake ou “preuve d’enjeu”,ne fait pas intervenir de mineurs mais des validateurs. La première nuance est qu’il n’est pas absolument nécessaire d’avoir du matériel spécialisé pour authentifier des transactions et produire des blocs. Il suffit d’un simple serveur et de mettre des fonds sous séquestre. On appelle ce procédé le “staking”, geler ses fonds afin de pouvoir potentiellement être éligible à la validation et à la création d’un nouveau bloc. Cette sélection se fait aléatoirement au prorata de la quantité de cryptomonnaies stakées. Ce facteur aléatoire permet d’assurer la décentralisation. De plus, un des avantages de la proof of stake est son faible coût en énergie comparée à la PoW (proof of work); entraînant une rentabilité plus élevée, un risque moins grand pour les validateurs et une sécurité accrue. En effet pour mener une attaque 51% il faudrait acquérir 51% de l’ensemble de la supply de la cryptomonnaie ce qui financièrement nécessiterait des fonds conséquents. De plus l’attaque serait difficilement rentable puisque le prix de la cryptomonnaie chuterait aussitôt.  Tous les validateurs ont donc intérêt à assurer la sécurité du réseau afin de conserver une valeur au pire égale aux fonds qu’ils ont séquestrés.

Un problème peut exister : le nothing to stake

Il faut ici se placer dans le cas d’un fork de la blockchain c’est-à-dire de la création d’une chaine de blocs parallèle.

Les validateurs auraient tout intérêt à engager leur fond sous séquestre (stake) sur les deux chaines ainsi leur espérance de gains serait plus grande.

S’il faisait ainsi, il en résulterait une lourde pénalité se traduisant par la perte d’une partie des fonds. Le même sort est réservé à ceux décidant de forger la chaîne minoritaire. On nomme cette pénalité : le “slashing”.

En ce moment nous parlons beaucoup d’Ethereum 2.0, cette grande « mise à jour » est dû au changement de consensus de la PoW à la PoS.

Les limitations de la PoS (Proof of Stake)

La PoS sous sa forme initiale permet à chaque participant du réseau de devenir validateur des transactions. La probabilité que le validateur ne soient pas en ligne étant potentiellement incertaine, le risque d’arrêt de fonctionnement du réseau est élevé. De plus sans surveillance des pairs, le pouvoir de nuisance d’un attaquant est proportionnel à ses fonds.

Dans le but d’améliorer la PoS, la DPoS (Delegate Proof of Stake) soit la preuve d’enjeu déléguée a vu le jour.

DPoS le perfectionnement de la PoS dont EOS en est le porteur.

Un groupe restreint de validateurs (délégués ou témoins) sont les seuls à pouvoir valider les blocs. Ces délégués sont élus par les détenteurs du token natif de la blockchain. Ainsi, la DPoS repose sur le vote démocratique des détenteurs de token. Ils élisent des nœuds au pouvoir suprême, celui de valider et d’inscrire des blocs sur la chaîne. La blockchain rend ce processus de vote complètement transparent. Pour pouvoir voter, ils est nécessaire de mettre les tokens sous séquestre pendant 3 jours. Ainsi telle une élection politique les différents validateurs vont chacun proposer leur programme à la communauté, vendre leur sérieux et essayer de gagner sa confiance. Ils devront notamment prouver leur engagement ainsi que la preuve de propriété d’un matériel robuste. Ceux ne respectant pas leur engagement sont voués à ne plus pouvoir devenir validateurs au prochain tour puisque la communauté ne votera plus pour les personnes dans ce cas-là. La DPoS est un consensus poussant ses utilisateurs à un comportement transparent, honnête et inclusif. En outre elle vient aussi avec une promesse chez EOS la possibilité de faire 1 million de transactions par seconde et sans frais. Afin de comprendre plus précisément le fonctionnement de la DPoS, restez sur TheCoinTribune car un prochain article plus technique va bientôt être publié.

D’autres consensus utilisent la même dynamique que la DPoS comme la PoA.

Qu’est-ce que la PoA (Proof of Autority) ?

La “PoA”, soit la “preuve d’autorité” reprend le même principe que la DPoS en ne désignant qu’un nombre restreint de personnes qui gèrent la création de blocs et qui peuvent interagir avec la blockchain. Ici pas besoin de séquestre, les personnes sont choisies et connues. Un cas d’utilisation de ce système est dans le secteur bancaire avec le JPMcoin de JP Morgan. Il assure une sécurité maximum, des coûts très faible permettant une exploitation privée de la blockchain. Elle est notamment utilisée afin de fluidifier et faciliter la gestion des mouvements de fonds chez JP Morgan. Un des gros problèmes de ce consensus qui l’empêche de s’étendre au sein de l’écosystème blockchain est sa grande centralisation. Le pouvoir n’est gardé que par une poignée de personnes. Ce qui ne rentre pas en accord avec les valeurs que souhaitent diffuser la communauté blockchain.

A l’occasion de cet article nous avons pu voir que chaque consensus présentait ses forces et ses faiblesses. Allier sécurité, scalabilité et décentralisation n’est pas chose facile, ce challenge étant même parfois réputé comme impossible à relever pleinement. De nombreux consensus n’attendent que d’être inventés, l’un d’entre-eux sera peut-être l’exception qui confirmera la règle ?