Ouroboros : Le protocole de consensus révolutionnaire de Cardano

Les mécanismes de consensus jouent un rôle essentiel dans le développement de l’écosystème blockchain. Ils déterminent la manière dont le réseau parvient à un consensus. Parmi les mécanismes les plus populaires, on retrouve le Proof-of-Work (PoW ou preuve de travail) qui se base sur la puissance de calcul, ainsi que le Proof of Stake (PoS ou preuve de participation) qui repose sur la quantité de tokens immobilisés. Cette dernière catégorie présente l’avantage d’avoir un impact environnemental relativement faible par rapport à la première. Cependant, sur le marché, de nombreuses solutions de type PoS sont disponibles. Parmi elles, Ouroboros, le protocole de consensus de Cardano (ADA), semble se démarquer. Dans cet article, nous allons plonger plus en détail au cœur de cet algorithme, en explorant son fonctionnement ainsi que ses particularités.

Qu’est-ce que Ouroboros ?

Il s’agit de l’algorithme de preuve de participation qui sous-tend Cardano. Il a été développé par IOHK, l’entreprise derrière Cardano, pour répondre à la problématique de l’éthique environnementale au sein des systèmes décentralisés. De ce fait, Ouroboros se caractérise par une très faible consommation énergétique. Ce qui le rend plus respectueux de l’environnement.

Il se distingue en étant le tout premier mécanisme PoS dont la sécurité a été mathématiquement vérifiée. En outre, il s’agit également du premier algorithme de consensus à s’être inspiré de recherches soumises à une évaluation par les pairs (chercheurs, développeurs, scientifiques, etc.) au cours de son développement.

En plus de ses ancrages technologiques de pointe, il s’appuie sur des concepts de psychologie comportementale et de philosophie économique. Cette approche lui permet de garantir la pérennité de la blockchain. Par ailleurs, Cardano et toutes les autres blockchains qui y ont recours jouissent de solides garanties de sécurité, et ce, malgré les exigences minimales en matière d’énergie.

Cela dit, Ouroboros promet également des possibilités infinies en ce qui concerne l’évolutivité. Le but étant de permettre aux marchés émergents de se développer facilement sur des réseaux distribués et non-permissionnés.

Comment ça marche ?

Ouroboros découpe le temps en époques, chacune étant composée de 432 000 slots (ou créneaux). Avec un slot correspondant à une durée d’une seconde, une époque complète dure environ cinq jours.

À chaque créneau, il sélectionne un nœud de validation pour générer un bloc de transactions. La probabilité d’être désigné dépend de la quantité de jetons ADA qu’un nœud possède dans la blockchain. Ainsi, les stake pool operators (SPO) ayant une plus grande participation ont plus de chances d’être choisis pour devenir leaders d’un créneau donné. Une fois le bloc généré, il est vérifié et ajouté à la chaîne.

Pour éviter l’effondrement du système, tous les nouveaux leaders de slots sont tenus de considérer les derniers blocs de transactions qu’ils reçoivent comme provisoires. Au fil du temps, le statut de ces blocs provisoires évolue progressivement. L’idée est de ne considérer comme définitivement validés que les blocs qui précèdent un nombre préétabli de blocs provisoires.

En outre, Ouroboros intègre un mécanisme d’incitations qui rémunère les pools qui contribuent de manière honnête au fonctionnement de la plateforme. En même temps, il applique des sanctions aux opérateurs indélicats qui tentent de corrompre le système. Cela crée un climat de confiance au sein de la blockchain, encourageant ainsi la participation active des différents acteurs.

Quelques spécificités du protocole de consensus de Cardano

Ouroboros se démarque des autres à plusieurs égards :

• Consommation d’énergie minimale : au cœur de la mission de ce mécanisme se trouve la nécessité de faire émerger de plus en plus de blockchains écoresponsables. De ce fait, l’algorithme promet un rendement énergétique pouvant atteindre quatre millions de fois celui du bitcoin (BTC).

• Sécurité éprouvée scientifiquement : Ouroboros fournit une garantie de sécurité mathématiquement vérifiable. En outre, il est constamment mis à jour grâce à un examen minutieux mené par les pairs.
• Système d’incitation et stratégie de délégation : afin de soutenir durablement le fonctionnement de la blockchain, Ouroboros offre aux validateurs des récompenses en contrepartie de leur participation. Pour augmenter leurs chances de recevoir des rétributions, les détenteurs de jetons ADA peuvent déléguer leurs actifs à des pools de staking. Toutefois, s’ils disposent du cadre réglementaire suffisant pour assurer la cohérence et la fiabilité des transactions, ils ont la possibilité de faire tourner leur propre nœud de validation.
• Choix aléatoire des leaders : la véritable particularité d’Ouroboros par rapport aux autres algorithmes PoS est la randomisation du processus de sélection des leaders de slots. En effet, dans la mesure où le réseau est imprédictible, il devient impossible pour les pools de déterminer des schémas de sélection à calquer pour être choisis à chaque fois. Le protocole s’en trouve plus sécurisé. Il faut noter que cet algorithme a été le premier à se doter d’un tel algorithme.

Les différentes implémentations de l’algorithme Ouroboros

En réalité, il existe plusieurs variantes du mécanisme sous-jacent de Cardano. Les caractéristiques que nous venons de voir correspondent à son implémentation la plus basique, communément appelée Ouroboros Classic. Les autres versions apportent diverses fonctionnalités. Il s’agit notamment de : 

Ouroboros-BFT

Ouroboros-BFT constitue la deuxième itération du mécanisme Ouroboros. Il a été déployé lors de la mise à jour Byron de Cardano. Il était destiné à préparer le réseau à la transition vers la décentralisation  qui allait être réalisée avec le lancement de la mise à niveau Shelley.

Il présente des améliorations significatives par rapport à sa version précédente. Il se distingue notamment par sa simplicité et son déterminisme accrus. Ce qui en fait un mécanisme plus robuste et prévisible. Contrairement à la version précédente, Ouroboros-BFT permet à un nombre illimité de nœuds de parvenir à un accord dans un environnement synchrone.

L’un des avantages clés de cet algorithme réside dans sa capacité à garantir une tolérance aux pannes byzantines. Cela signifie que le protocole est conçu pour résister à des comportements défectueux ou malveillants des participants. Même en présence de ces défaillances, l’accord peut être atteint de manière fiable.

Praos

Praos est un mécanisme spécialement conçu pour accroître la sécurité au sein de l’écosystème Cardano, considéré comme la monnaie virtuelle des scientifiques. Son objectif principal est de contrer les attaques adaptatives dans un système semi-synchrone, où des nœuds malveillants pourraient tenter de perturber le processus.

Pour empêcher qu’un attaquant puisse prédire le prochain leader de créneaux, Praos utilise un mécanisme de signature numérique de pointe. Ce mécanisme permet de garantir que le choix du leader de slot est aléatoire et imprévisible pour tous les participants du réseau. En conséquence, un attaquant ne peut pas cibler spécifiquement un leader et lancer des attaques ciblées.

En plus de la sélection aléatoire des leaders de slot, Praos met en œuvre un nouvel algorithme de sélection aléatoire pour désigner les validateurs qui seront chargés de valider les transactions et de participer au processus. Cela garantit une répartition équitable des responsabilités et réduit les risques de concentration de pouvoir entre les participants.

Genesis 

Genesis est une version améliorée de Praos qui vise à renforcer la crédibilité du choix de la chaîne principale. Cette évolution introduit de nouvelles règles pour permettre aux leaders de sélectionner plus facilement et rapidement la chaîne la plus crédible parmi les différentes branches de la blockchain.

L’idée centrale derrière Genesis est d’améliorer la résistance aux attaques malveillantes en favorisant la convergence rapide vers un accord global. Plus exactement, Genesis contribue à réduire les risques potentiels de forks indésirables et de doubles dépenses.

De plus, une caractéristique clé de Genesis est sa capacité à être associé à d’autres protocoles. Cela signifie que Genesis peut être utilisé en collaboration avec d’autres innovations blockchain, ou intégré dans des solutions existantes.

Crypsinous

Crypsinous est une évolution de la version Genesis axée sur la protection de la vie privée des utilisateurs. Il intègre de nouveaux outils cryptographiques pour offrir un haut niveau de confidentialité au sein de l’écosystème Cardano.

L’un des principaux atouts de Crypsinous est l’intégration de SNARKs (Zero-Knowledge Succinct Non-Interactive Arguments of Knowledge). Il s’agit d’une technologie de preuve cryptographique qui permet de vérifier l’exactitude d’une information sans révéler les détails sensibles associés. Les SNARKs garantissent que seules les parties autorisées peuvent accéder aux informations confidentielles. Cela tout en garantissant la transparence dans le processus de vérification.

De plus, Crypsinous utilise le chiffrement par clé privée. C’est une technique puissante pour protéger les données sensibles. Ce chiffrement asymétrique garantit que seules les personnes disposant de la clé privée peuvent accéder aux informations chiffrées. Ainsi, les transactions et les échanges au sein de Cardano restent confidentiels et sécurisés.

Chronos

Chronos intègre un nouveau mécanisme d’horloge qui permet aux SPO de se synchroniser de manière sécurisée sur une heure universelle. Cette synchronisation précise de l’heure joue un rôle capital dans le bon fonctionnement de Cardano.

Chronos vise à renforcer la sécurité du protocole en prévenant les attaques qui pourraient cibler les informations temporelles. En ayant une horloge commune, les SPO peuvent coordonner leurs actions de façon fiable et établir un ordre d’événements cohérent. Ils peuvent également détecter toute tentative de manipulation des données temporelles.

Cette fonctionnalité apporte une plus grande stabilité à la blockchain Cardano. Elle réduit les risques de désynchronisation des nœuds et en renforce la résistance aux attaques. Ce qui améliore la fiabilité et la robustesse du réseau.

Conclusion

Ouroboros occupe une place importante dans le développement du projet Cardano. Il fournit un cadre fiable et sécurisé pour faciliter le consensus entre les nœuds. De plus, il renforce la confiance des utilisateurs et encourage l’innovation. Par ailleurs, entre son approche écoresponsable et l’attention portée à la confidentialité, ce protocole tend à répondre aux enjeux majeurs actuels de l’industrie des cryptomonnaies. Dans l’ensemble, l’avis général emble être que l’avenir de Cardano et son token natif ADA s’annonce prometteur, grâce notamment à l’efficacité et les performances offertes par Ouroboros. La récente performance exceptionnelle de la crypto ADA vient ainsi consolider cette perspective positive pour le projet dans son ensemble.