Qu'est-ce qu'un mécanisme de consensus ?

Les mécanismes de consensus de la blockchain sont la pierre angulaire d'une société décentralisée émergente du Web3, de la finance et de la gouvernance. Cependant, les architectes de ce nouveau monde ont longtemps débattu de la conception de ces mécanismes. Et dans leur quête d'un équilibre parfait entre évolutivité, sécurité et décentralisation, ils ont créé une liste interminable d'options.

Par conséquent, toute personne souhaitant construire ou comparer des blockchains et leurs écosystèmes correspondants doit passer au peigne fin l'histoire des compromis. Voici ce que vous devez savoir pour vous aider à vous mettre à jour.

À retenir :

• Un mécanisme de consensus est un système gamifié de protocoles qui permet à un réseau informatique décentralisé de se mettre d'accord sur l'état d'une blockchain. Ils visent à assurer un équilibre entre la sécurité, l'évolutivité et la décentralisation du réseau.
• Le secteur s'est principalement concentré sur les mécanismes de consensus "proof of work" (PoW) et "proof of stake" (PoS).
• L'adoption par les utilisateurs et le développement d'applications autour des blockchains les plus populaires ont rendu difficile la perturbation du secteur par d'autres mécanismes de consensus.
• Mais la récente transition d'Ethereum de PoW à PoS a démontré qu'une perturbation est possible.

Ce guide explique le fonctionnement des mécanismes de consensus et les différences essentielles entre les principaux types de mécanismes.

Fonctionnement des mécanismes de consensus

Pour comprendre le fonctionnement des mécanismes de consensus, il est important de reconnaître que l'objectif final est de maintenir un registre public et sécurisé de toutes les interactions et transactions des participants au réseau. Les mineurs ou les nœuds de validation gèrent toutes les mises à jour et les modifications de cet enregistrement. Dans un tel système, il est essentiel d'établir un moyen fiable de s'assurer qu'aucun pair n'essaie de tromper les autres participants et qu'ils ajoutent des transactions honnêtes au grand livre. Par exemple, les utilisateurs ne devraient pas pouvoir dépenser deux fois les actifs qu'ils possèdent ou manipuler le système pour détenir plus de pièces qu'ils n'en avaient à l'origine.

Un mécanisme de consensus fournit l'ensemble des protocoles et des règles qu'un grand livre de la blockchain utilise pour se protéger contre de telles transactions potentiellement malveillantes. Dans la plupart des cas, le protocole y parvient grâce à des défis cryptographiques et à des récompenses qui permettent aux chefs de réseau (mineurs ou validateurs) de vérifier l'authenticité de chaque transaction que les utilisateurs tentent d'exécuter. Une fois que les validateurs sont parvenus à un accord (consensus) sur la légitimité d'une transaction, le protocole l'ajoute à l'enregistrement immuable de la blockchain.

Les mécanismes de consensus utilisent des incitations et des récompenses, généralement de nouvelles pièces de monnaie, pour encourager les chefs de réseau à ne proposer que des transactions légitimes à leurs pairs. Cela rend la tâche difficile et coûteuse pour quiconque tente de frauder le système. Dans la plupart des protocoles, les utilisateurs doivent contrôler simultanément plus de 51 % de la puissance de calcul du réseau ou acquérir une part importante de la monnaie du réseau sous-jacent.

Pourquoi y a-t-il différents types ?

Les architectes de la blockchain ont conçu différents types de mécanismes de consensus pour divers cas d'utilisation de la blockchain et diverses conditions de réseau. Ils offrent également aux projets de multiples moyens de résoudre le fameux trilemme de la blockchain.

Le trilemme propose que les systèmes distribués ne puissent satisfaire que deux des trois exigences : l'extensibilité, la décentralisation et la sécurité. Les blockchains doivent donc faire un compromis en fonction de leur objectif spécifique.

Source : Grand livre

Dans un exemple concret, le modèle de preuve de travail (PoW) de Bitcoin favorise la décentralisation et la sécurité, tandis que le modèle de preuve d'enjeu (PoS) d'Ethereum s'appuie davantage sur l'évolutivité pour alimenter les applications décentralisées (dapps). Toutefois, cet exemple est une simplification excessive, car le débat sur la sécurité des protocoles et la décentralisation est complexe et nuancé.

Pour en savoir plus : Pourquoi Ethereum est plus décentralisé après la fusion

En outre, d'autres mécanismes de consensus de la blockchain mettent en œuvre une version modifiée du PoW ou du PoS en fonction du degré de rapidité, de sécurité ou de décentralisation qu'ils souhaitent atteindre.

Mécanismes de consensus de la blockchain

Le créateur de Bitcoin a présenté au monde une nouvelle façon pour les pairs d'un réseau informatique de parvenir à un consensus sur l'état du grand livre de manière décentralisée. Depuis lors, les technologues ont expérimenté d'autres modèles de consensus, en faisant les compromis mentionnés ci-dessus.

Preuve de travail (PoW)

Le premier mécanisme de consensus, la preuve de travail, a été inventé par le créateur du bitcoin, Satoshi Nakamoto. D'autres réseaux de blockchain, dont Litecoin et Dogecoin, l'ont également adopté. Le modèle exige que les chefs de réseau, appelés mineurs, dépensent de la puissance de calcul pour résoudre une énigme cryptographique extrêmement complexe. En étant le premier à compléter le puzzle et à soumettre cette "preuve de travail" à d'autres pairs, le mineur peut ajouter un nouveau bloc à la blockchain et recevoir les récompenses en pièces de monnaie associées.

Pour en savoir plus : Qu'est-ce que la preuve de travail ?

La sécurité du modèle PoW réside dans la grande quantité de puissance de calcul que les mineurs dépensent dans la course sans fin pour résoudre la preuve de travail suivante. Lorsque plusieurs mineurs agissent dans l'intérêt du réseau, le coût économique d'une attaque contre le système augmente considérablement, au point qu'il devient impossible pour un acteur malveillant d'essayer de faire autrement.

Le PoW fait de Bitcoin le réseau informatique le plus sûr de la planète. Cependant, beaucoup ont des idées fausses sur l'utilisation de l'énergie par le réseau, que nous abordons dans notre guide approfondi sur les blockchains PoW.

Preuve d'enjeu (PoS)

La preuve d'enjeu est apparue en 2012 comme une alternative au PoW de Bitcoin. Le modèle a remplacé les mineurs par des validateurs, exigeant que les entités intéressées mettent en jeu une part importante de la monnaie du réseau sous-jacent pour avoir le droit de proposer et d'ajouter de nouveaux blocs à la blockchain. Le réseau tire sa sécurité de l'alignement des incitations, car le fait d'avoir un intérêt significatif oblige naturellement les validateurs à agir de bonne foi.

Pour en savoir plus : Le guide de l'investisseur sur la preuve d'enjeu

Ethereum est devenu le plus grand réseau PoS après le passage historique du PoW en 2022. Bien que les pièces PoS ne représentent que 29 % de la valeur totale du marché des cryptomonnaies, le mécanisme de consensus est le plus largement utilisé. D'autres blockchains populaires telles que BNB Chain et Cardano mettent en œuvre le modèle, malgré ses compromis de sécurité largement connus, expliqués dans le guide de la preuve d'enjeu de Blockworks.

Pour en savoir plus : Preuve de travail ou preuve d'enjeu ?

Preuve d'enjeu déléguée (DPoS)

Le mécanisme de consensus de la preuve d'enjeu déléguée (DPoS) est une version modifiée de la preuve d'enjeu, généralement considérée comme plus démocratique. Dans ce modèle, les utilisateurs mettent en jeu des jetons pour voter pour des délégués qui valideront les transactions sur le réseau. Plus un validateur reçoit de jetons, plus il a de chances de produire des blocs sur le réseau et d'obtenir des récompenses qu'il partage avec les stakers. Parmi les principaux réseaux de blockchain utilisant le modèle DPoS, citons Solana, Tron, EOS et Tezos.

Preuve d'autorité (PoA)

La preuve d'autorité (PoA) est un modèle de consensus dans lequel les validateurs du réseau sont des participants préapprouvés, sélectionnés sur la base de leur réputation. Elle est généralement idéale pour les blockchains privées ou les cas d'utilisation organisationnels spécifiques où seul un ensemble limité de validateurs est nécessaire pour mettre à jour le grand livre. Le petit nombre de validateurs requis pour un système de PoA le rend très évolutif mais centralisé. Vechain et Liquid sidechain de Blockstream sont les exemples les plus connus de blockchains publiques utilisant une implémentation PoA.

Preuve d'activité (PoA)

La preuve d'activité (PoA) est un modèle de consensus hybride qui met en œuvre des aspects de PoW et PoS. Le processus commence par la résolution d'une énigme cryptographique par les mineurs qui proposent un nouveau bloc, lequel est ensuite signé par des validateurs avant d'être ajouté à la chaîne de blocs. Les mineurs et les validateurs reçoivent une partie des récompenses des blocs pour leur contribution à la sécurité du réseau. Decred est le premier exemple de projet de blockchain reposant sur la preuve d'autorité.

Preuve de combustion (PoB)

Le mécanisme de consensus "proof of burn" (PoB) met en œuvre une nouvelle approche pour réduire les besoins énergétiques importants des systèmes PoW. Dans le cadre de ce modèle modifié, les mineurs brûlent une partie des pièces qu'ils détiennent pour recevoir des machines minières virtuelles, qui leur donnent le droit de proposer et d'extraire de nouveaux blocs. Les mineurs transfèrent des fonds vers des adresses dont on peut vérifier qu'elles ne sont pas dépensables et se concentrent sur la croissance de leurs plates-formes de minage virtuelles afin de maximiser leur rentabilité. Slimcoin, lancé en 2014, met en œuvre le modèle de consensus PoB, tout comme la blockchain modulaire Koinos, lancée en 2022.

Preuve de capacité (PoC)

La preuve de capacité (PoC) est un autre modèle de consensus qui tente de réduire les besoins énergétiques élevés du PoW. Les blockchains qui utilisent ce modèle demandent aux mineurs d'utiliser l'espace disque disponible sur leurs ordinateurs pour fournir des solutions à un puzzle cryptographique moins compliqué. La réponse au dilemme est préenregistrée lorsque l'utilisateur devient un nœud, un disque dur plus grand augmentant les chances d'un mineur de gagner des récompenses de bloc. Les blockchains de première génération telles que Chia, SpaceMint et Storj mettent en œuvre un modèle de PoC.

Preuve du temps écoulé (PoET)

La preuve du temps écoulé (PoET) est un algorithme de consensus développé par Intel Corporation et principalement utilisé par les réseaux de blockchain autorisés. Il met en œuvre un modèle de type loterie pour choisir un validateur pour le bloc suivant. L'utilisation d'un code immuable et ouvertement vérifiable garantit que tous les participants ont les mêmes chances d'être sélectionnés comme validateurs. Il est à noter que les participants à l'initiative PoET ne reçoivent généralement aucune récompense économique, car ce modèle est principalement utilisé par les organisations et les entreprises. La solution de registre distribué Hyperledger Sawtooth, destinée aux entreprises, met en œuvre le modèle PoET.

Preuve de l'histoire (PoH)

La preuve de l'histoire est un modèle de consensus basé sur le temps, inauguré par la blockchain Solana. Il s'attaque à un défaut des systèmes de PoW : les ressources dépensées par les validateurs pour se mettre d'accord sur l'heure et l'ordre des transactions. Le PoH met en œuvre une fonctionnalité d'horloge interne basée sur une preuve cryptographique pour permettre un traitement quasi-instantané et la finalité de la transaction. Solana est la seule blockchain publique connue qui utilise ce modèle de consensus, bien que le projet le complète avec PoS et d'autres technologies pour garantir l'évolutivité.

Ce que cela signifie pour les investisseurs

Les modèles de consensus permettent d'évaluer le potentiel à long terme d'un projet. Les réseaux les plus viables ont idéalement une voie claire vers la durabilité et l'extensibilité tout en maintenant un niveau raisonnable de décentralisation. Bien que de nouveaux modèles de consensus puissent émerger, les implémentations les plus largement adoptées continueront à jouer un rôle essentiel à mesure que l'industrie progressera vers une adoption généralisée.

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