Comment le réseau parvient-il à un consensus on-chain ?

La blockchain est une technologie innovante qui révolutionne la manière dont les personnes et les entreprises interagissent. Au cœur de cette technologie se trouvent des mécanismes de consensus, qui permettent au réseau de se mettre d’accord sur l’état de validité des transactions. Le consensus on-chain est un concept fondamental dans le processus de calculs et confirmation des transactions. Il permet à la blockchain de fonctionner efficacement et en toute sécurité. Dans cet article, nous allons explorer l’importance du consensus pour la blockchain et la manière dont les nœuds parviennent à un accord de manière sûre et fiable sur l’ensemble du réseau.

Qu’est-ce qu’un consensus sur la blockchain ?

Au sens large, un consensus est un accord général entre un groupe de personnes. Cette notion constitue une épine dorsale de la technologie blockchain.

Un consensus blockchain peut être défini comme le processus par lequel les utilisateurs du réseau s’accordent sur un ensemble partagé de règles et de données sans avoir recours à un tiers de confiance. Il peut également être considéré comme la façon dont le réseau convient de ce qui s’est passé ou de ce qui devrait se passer ensuite.

Un consensus est le résultat d’un vote majoritaire parmi les membres d’un réseau. Ce qui signifie qu’ils doivent donner leur approbation sur chaque information avant que celle-ci ne soit ajoutée à la blockchain.

Chaque blockchain repose sur un algorithme de consensus spécifique. Car ceux-ci permettent aux ordinateurs appartenant à des réseaux distribués de s’accorder collectivement et de manière sécurisée sur la vérité.

En effet, c’est grâce aux consensus que la blockchain est capable de stocker et de transmettre des informations fiables sans point de défaillance unique.

Qu’est-ce qu’un algorithme de consensus ?

Un algorithme de consensus est un ensemble de règles utilisé pour obtenir un accord entre les participants du réseau. 

Il s’agit d’un processus automatisé qui permet aux nœuds d’un système décentralisé de prendre une décision sur un état unique, garantissant que tous les utilisateurs sont en mesure d’interagir les uns avec les autres en toute sécurité.

Les algorithmes de consensus sont utilisés pour valider les transactions et s’assurer que les enregistrements de la blockchain sont exacts. Ils sont utilisés pour se protéger contre les doubles dépenses, lorsque quelqu’un essaie de dépenser deux fois les mêmes tokens. 

Pour ce faire, chaque nœud du réseau doit convenir de la validité d’une transaction avant qu’elle ne soit ajoutée au bloc suivant de la chaîne.

Ils permettent également aux validateurs de convenir de la version la plus fiable de la blockchain. Par ailleurs, pendant le processus de minage, ils interviennent, entre autres, lorsqu’il s’agit de désigner le mineur dont la proposition de nonce est valide.

En réalité, l’objectif principal d’un algorithme de consensus est d’éliminer toute confiance entre les utilisateurs, leur permettant ainsi d’effectuer des transactions et d’interagir les uns avec les autres sans avoir besoin d’une autorité centralisée ou d’un intermédiaire tiers.

En quoi l’algorithme de consensus est-il important pour la blockchain ?

Les réseaux blockchain étant décentralisés, il n’existe pas de structure de contrôle centrale où les décisions sont prises et les enregistrements gérés. Au lieu de cela, chaque nœud du réseau a le même pouvoir et la même autorité. 

Par conséquent, avant de pouvoir ajouter ou modifier quoi que ce soit à la blockchain, il est indispensable de recueillir l’avis de tous les autres nœuds. Et c’est là que les mécanismes de consensus entrent en jeu !

Ces derniers sont un composant vital de la blockchain. Ils sont essentiels pour garantir l’exactitude et l’intégrité de toutes les transactions. Sans algorithme de consensus, l’ensemble de la blockchain serait vulnérable aux attaques malveillantes et à la double dépense.

En effet, les algorithmes de consensus fournissent un socle permettant aux nœuds du réseau de se mettre d’accord sur les transactions qui ont été traitées et celles qui sont valides. Cela permet de s’assurer que seules les transactions valides sont ajoutées à la blockchain, empêchant ainsi la fraude.

Comment le réseau parvient-il à un consensus sur la blockchain ?

Globalement, pour que le réseau atteigne un consensus, les nœuds doivent d’abord décider quelles transactions sont valides et lesquelles ne le sont pas. Ils doivent ensuite se mettre d’accord sur l’ordre dans lequel ces opérations ont eu lieu. 

Pour ce faire, chaque nœud conserve sa propre copie de l’historique des événements qui se sont produits sur la blockchain. Ces copies sont constamment mises à jour lorsque de nouvelles transactions ont lieu.

Plus spécifiquement, la manière dont les nœuds du réseau se mettent d’accord varie en fonction du mécanisme de consensus sur lequel repose la blockchain concernée. Il existe différents types d’algorithmes de consensus, chacun ayant ses particularités, ses avantages et ses inconvénients. 

Les algorithmes de consensus les plus populaires utilisés dans l’univers blockchain sont : le Proof-of-Work (PoW), le Proof-of-Stake (PoS) et le Delegated Proof-of-Stake (DPoS). Cela dit, il en existe tout un éventail, et nous allons les explorer dans la suite de cet article.

Proof-of-Work

L’algorithme de preuve de travail (PoW) est sans doute le plus connu. Il a été développé à l’origine pour le bitcoin (BTC). Mais de nos jours, il est utilisé par de nombreux autres réseaux blockchain.

Dans une blockchain PoW, le consensus est obtenu par le biais du minage. Les mineurs se font concurrence pour résoudre une énigme mathématique complexe, afin de générer de nouveaux blocs de transactions et de les ajouter à la blockchain. Ces énigmes sont difficiles à résoudre, mais faciles à vérifier par les autres.

Le mineur qui résout l’énigme en premier peut ajouter son bloc à la chaîne et recevoir des récompenses en cryptomonnaie pour son travail. En effet, ce processus nécessite une importante puissance de calcul. Par ailleurs, plus les mineurs rejoignent le réseau, plus celui-ci devient sûr.

Proof-of-Stake

Le Proof-of-Stake (PoS) est un mécanisme de consensus utilisé par plusieurs cryptomonnaies, notamment Ethereum (ETH). 

Dans une blockchain PoS, les nœuds doivent immobiliser sur un compte un certain nombre de tokens pour pouvoir participer au fonctionnement du réseau. Plus leur mise est importante, plus les chances d’être choisi comme créateurs de bloc sont grandes.

Le consensus est atteint dans un réseau PoS par un processus de vote. En effet, tous les nœuds votent pour décider quelles transactions doivent être ajoutées à la blockchain et lesquelles ne doivent pas l’être. Chaque nœud dispose d’un droit de vote, en fonction de sa participation au réseau.

La participation accrue d’un nœud lui confère davantage de pouvoir de votes. Ce qui augmente ainsi ses chances de voir ses transactions acceptées par les autres nœuds. Cependant, s’il se comporte mal ou essaie de tromper le système pour obtenir de l’argent frauduleusement, sa mise sera confisquée et distribuée aux validateurs honnêtes.

Une fois qu’il y a consensus sur une transaction, celle-ci est ajoutée à la blockchain et les récompenses sont partagées entre tous les validateurs en fonction de leur participation au réseau.

Par ailleurs, si plusieurs validateurs proposent différents blocs en même temps, le bloc ayant reçu le plus de votes l’emportera et intégrera la blockchain. De cette façon, on s’assure qu’une seule chaîne est construite à un moment donné et que personne ne peut la modifier sans avoir suffisamment d’enjeu derrière sa proposition.

Delegated Proof-of-Stake (DPoS)

La preuve d’enjeu déléguée est une variante du PoS où seul un certain nombre de validateurs sont autorisés à créer de nouveaux blocs.

En effet, dans un réseau blockchain DPoS, le consensus est réalisé par un groupe de détenteurs de tokens (les délégués) qui sont élus par d’autres détenteurs de tokens (les électeurs) comme représentants. Chaque délégué est chargé de maintenir et de sécuriser le réseau en vérifiant et validant les transactions.

Lorsqu’une nouvelle transaction est diffusée dans le réseau, elle est envoyée d’un nœud à l’autre jusqu’à ce qu’elle atteigne l’un des nœuds délégués. 

Celui-ci vérifie que la transaction est valide et l’ajoute à son bloc avant de le renvoyer dans le réseau pour validation. Si un deuxième nœud est d’accord avec ce qui est écrit dans ce nouveau bloc, il y ajoutera sa propre signature.

Ce processus se poursuit jusqu’à ce que tous les nœuds aient signé le nouveau bloc. Ensuite, une fois que toutes les signatures ont été recueillies, ce nouvel élément d’information fait partie du registre permanent de la blockchain et peut être utilisé comme preuve pour les transactions futures.

Afin d’éviter qu’une seule partie ne contrôle trop de pouvoir sur le réseau, chaque nœud doit se mettre d’accord avec au moins 51 % des autres nœuds sur ce qui doit ou ne doit pas être ajouté à son registre de blockchain.

Les délégués peuvent être élus ou démis de leurs fonctions à tout moment par les électeurs. Si un délégué est éliminé, un autre prend immédiatement sa place. Cela signifie que de nouveaux délégués peuvent être élus s’il y a un problème avec un ou plusieurs délégués actuellement sur le réseau.

Les nœuds électeurs peuvent recevoir une fraction des récompenses que leur délégué a reçues après la production d’un bloc.

Proof-of-Authority (PoA)

Une blockchain à preuve d’autorité est un réseau décentralisé qui s’appuie sur un groupe de nœuds de confiance pour parvenir à un consensus.

La première étape pour atteindre un consensus au sein d’une blockchain Proof-of-Authority consiste à vérifier la validité de chaque nœud. Pour ce faire, on effectue un audit de la clé publique du nœud et on s’assure qu’elle correspond à sa clé privée. Cela permet de s’assurer qu’ils sont bien ceux qu’ils prétendent être et que personne d’autre n’a altéré leur identité.

Une fois ce processus terminé, tous les nœuds peuvent communiquer entre eux sans craindre d’être compromis ou que des données falsifiées soient introduites dans le système en général. 

À partir de là, une fois qu’un bloc a été créé par un nœud et accepté par tous les autres, il est possible de s’appuyer sur celui-ci pour créer de nouveaux blocs par-dessus les précédents (comme les couches d’un oignon). 

Cela permet de continuer à ajouter des transactions sur le registre sans craindre de perdre les données des transactions précédentes, ou de les supprimer complètement des registres en raison du manque d’espace pour plus d’informations dans chaque bloc.

Proof-of-Capacity (PoC)

La preuve de capacité est une forme de preuve par laquelle les mineurs prouvent qu’ils disposent de suffisamment d’espace disque dur pour stocker les blocs de données sur leur ordinateur. La quantité d’espace disponible sur votre disque dur détermine votre capacité à stocker des blocs de données. Ce qui influe sur les récompenses que vous recevrez pour le minage.

C’est différent de la preuve de travail dans laquelle les mineurs prouvent qu’ils ont suffisamment de puissance CPU disponible pour résoudre des algorithmes mathématiques complexes, afin de trouver de nouveaux blocs et de gagner des récompenses.

Les mineurs utilisent des disques durs comme preuve, car il est facile de calculer l’espace dont ils disposent en le comparant aux disques durs d’autres mineurs. Ils utilisent ensuite ces informations, ainsi que la puissance du processeur et l’utilisation de l’électricité des autres mineurs, pour déterminer qui sera récompensé. Ceci en fonction de la quantité de travail effectuée par chaque mineur en termes de stockage ou de traitement des transactions sur le réseau, pendant une période donnée (généralement 24 heures).

Proof-of-Activity (PoA)

Dans une blockchain Proof-of-Activity, le consensus repose sur trois facteurs clés :

• Nombre de nœuds sur le réseau : plus il y a de participants, plus il est difficile pour un attaquant de manipuler le consensus. 
• Nombre de transactions traitées par nœud simultanément : lorsque plusieurs transactions sont soumises au réseau à un instant t, les nœuds doivent être capables de les traiter au même moment. Plus ce paramètre est élevé, plus le réseau est capable de gérer une charge de travail importante.
• Niveaux d’activité : Il s’agit du volume d’activités enregistré sur la blockchain au cours d’une période donnée. Cela peut inclure le nombre de transactions réalisées, la fréquence des interactions et d’autres actions effectuées par les utilisateurs. Les niveaux d’activité permettent d’évaluer la vitalité et l’utilisation du réseau PoA, ainsi que d’analyser les tendances et les schémas d’activité.

Proof-of-Elapsed Time (PoET)

Dans le réseau blockchain Proof-of-Elapsed Time, le consensus est atteint par chaque validateur qui envoie un message aux autres validateurs. Le message est crypté. Il contient l’ID du validateur et sa proposition de temps écoulé depuis le dernier bloc. 

Les autres validateurs décryptent ensuite le message et vérifient que le temps écoulé proposé est bien correct. Ils votent ensuite pour dire s’ils sont d’accord ou non avec cette proposition.

Si la majorité d’entre eux sont d’accord, la proposition est intégrée au bloc suivant de la chaîne. Dans le cas contraire, une autre série de messages est envoyée jusqu’à ce qu’un accord soit trouvé.

Proof-of-Burn (PoB)

Un réseau blockchain basé sur le Proof-of-Burn atteint un consensus en incitant les utilisateurs à détruire leurs propres jetons. En effet, les validateurs brûlent leurs jetons en échange de nouveaux jetons. Plus ils brûlent, plus ils obtiennent en retour. 

Cet échange est enregistré sur la blockchain, de sorte que tout le monde peut voir combien de jetons ont été détruits par chaque nœud et combien de nouvelles pièces ont été créées pour eux. 

Les participants doivent transférer leurs pièces dans un wallet qui n’appartient à personne. Ce wallet ne peut être utilisé que pour détruire des jetons, les rendant inutilisables pour les dépenses ou les échanges. 

De son côté, le réseau admet qu’ils ont été dépensés. Il n’acceptera une transaction que si un nombre suffisant de validateurs ont brûlé leurs pièces.

Si tel est le cas, il y a suffisamment de preuves pour que tout le monde pense que la transaction doit être ajoutée en tant que bloc sur la chaîne, et c’est ce qui se passe !

Proof of Identity (PoID)

Dans un réseau blockchain avec preuve d’identité, le consensus est atteint par un processus appelé validation d’identité. Chaque nœud du réseau doit fournir une preuve d’identité valide avant d’être autorisé à participer au consensus. 

Cela garantit que seuls les nœuds ayant une identité légitime peuvent participer à la prise de décision et que les acteurs malveillants sont exclus.

Le processus de validation de l’identité commence lorsqu’un nouveau nœud tente de rejoindre le réseau. Ce nœud doit fournir sa clé publique, qui fait office de signature numérique. Cette clé publique est ensuite comparée aux autres clés publiques du réseau, et ce n’est qu’en cas de concordance qu’elle est acceptée comme participant valide.

Une fois accepté dans le réseau, le nœud doit prendre part au processus de consensus en vérifiant les autres transactions qui ont eu lieu sur la blockchain. Cela implique de vérifier si une transaction est légitime ou non et si tous ses composants correspondent. 

Cela permet de s’assurer que les transactions frauduleuses ne sont pas incluses dans le grand livre de la blockchain.

En outre, les nœuds doivent également utiliser leur pouvoir de vote pour parvenir à un consensus sur toute modification proposée par d’autres nœuds. Si deux tiers des nœuds sont d’accord sur une modification, celle-ci est intégrée au grand livre immuable de la blockchain. 

Cette méthode de consensus permet de garantir que toutes les transactions effectuées sur la blockchain restent sécurisées et inviolables.

Conclusion

Dans cet article, nous avons exploré en profondeur le concept fondamental du consensus dans les réseaux blockchain, ainsi que les différents types d’algorithmes de consensus utilisés pour parvenir à un accord sur l’état de la blockchain. À travers l’examen des mécanismes tels que le Proof-of-Work (PoW), le Proof-of-Stake (PoS), le Delegated Proof-of-Stake (DPoS) et d’autres, nous avons pu saisir la diversité des approches utilisées pour assurer la sécurité et l’intégrité des réseaux décentralisés.

Il est clair que le consensus est essentiel pour garantir que toutes les transactions ajoutées à la blockchain sont valides et fiables, tout en éliminant le besoin de tiers de confiance. Chaque algorithme de consensus apporte ses propres avantages et défis, répondant à des besoins spécifiques selon le cas d’utilisation et les objectifs du réseau.

Que ce soit en utilisant la puissance de calcul intensive du PoW, la participation active des détenteurs de tokens dans le PoS, ou le système de délégation de pouvoir du DPoS, chaque approche vise à maintenir la sécurité et l’efficacité du réseau blockchain.

Il est également intéressant de noter l’émergence de nouvelles variantes d’algorithmes de consensus telles que le Proof-of-Burn (PoB) et le Proof-of-Identity (PoID), qui offrent des approches novatrices pour parvenir à un consensus tout en abordant des problèmes spécifiques tels que la gestion des jetons et la validation des identités.

En fin de compte, l’importance du consensus dans les réseaux blockchain ne peut être sous-estimée. C’est le fondement même de la confiance et de la sécurité dans ces systèmes distribués, permettant à des milliers voire des millions d’acteurs de coopérer et de transiger en toute confiance, sans avoir à dépendre d’une autorité centrale. Grâce à une compréhension approfondie des mécanismes de consensus, nous sommes mieux équipés pour participer à la construction et à l’évolution de cette révolution technologique qui est la blockchain.