Le consensus hybride de PoW/Pos expliqué
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Le consensus hybride de PoW/Pos expliqué

Le consensus hybride de PoW/Pos expliqué

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Publié le Mar 25, 2019Mis à jour le Aug 7, 2023
9m
Cet article a été écrit par Richard Red, contributeur Decred.


Le mĂ©canisme de consensus d’une blockchain permet de s’assurer que les participants s’accordent sur l’état actuel de la blockchain. Le mĂ©canisme de consensus dĂ©termine qui est en mesure d'ajouter de nouveaux blocs de transactions et l'un de ses principaux objectifs est de garantir que la chaĂźne ne soit pas rĂ©Ă©crite.


Le consensus de la Preuve de Travail (Proof of Work  ou PoW en anglais)

Les blockchains basĂ©es sur un pur consensus de Preuve de travail (comme Bitcoin) ne peuvent ĂȘtre complĂ©tĂ©es que par les mineurs, qui utilisent un matĂ©riel qui devine efficacement la rĂ©ponse Ă  un problĂšme mathĂ©matique. Chaque fois qu'un mineur fait une proposition valide, il peut ajouter un bloc qui sera acceptĂ© par le rĂ©seau. Bien que les mineurs puissent choisir de miner n’importe quelle chaĂźne, le rĂ©seau n’acceptera que la chaĂźne qui aura accumulĂ©e le plus de preuve de travail (c’est-Ă -dire le plus de hashs ou de suppositions) en tant que chaĂźne lĂ©gitime. Cela signifie que les mineurs sont incitĂ©s Ă  exploiter la plus longue chaĂźne, et quand ils voient apparaĂźtre un nouveau bloc valide, ils vont essayer de trouver la solution qui leur permettra de construire la chaĂźne Ă  partir de ce nouveau bloc.

La difficulté de réécrire la blockchain est ce qui lui permet de fonctionner comme un grand registre pour les transactions financiÚres. Lorsqu'une transaction apparaßt dans un bloc et envoie des coins sur un portefeuille et que plusieurs blocs ont été minés au-dessus de ce bloc (confirmations), il devient peu probable que le bloc (et donc la transaction) soient réécrits.

Si une entitĂ© contrĂŽle suffisamment de puissance de hachage pour dĂ©passer la «chaĂźne honnĂȘte», elle peut rĂ©Ă©crire (ou rĂ©organiser) la blockchain en exploitant un «ancien» bloc au lieu du dernier bloc. Vous trouverez ici un rĂ©capitulatif simplifiĂ© de ce type d’attaque, Ă©galement appelĂ© attaque Ă  51%:

L'attaquant dĂ©pense via le bloc X en envoyant Ă  une plate-forme d'Ă©change, puis commence Ă  extraire une chaĂźne parallĂšle en privĂ© (les blocs ne sont pas diffusĂ©s sur le rĂ©seau). Une fois que le nombre requis de confirmations est dĂ©passĂ©, l'attaquant Ă©change les coins contre autre chose et les retire de la plate-forme d’échange. Lorsque le retrait est effectif, ils libĂšrent la chaĂźne parallĂšle et, si celle-ci contient plus de blocs (PoW) que la chaĂźne d'origine, le rĂ©seau l'acceptera comme chaĂźne lĂ©gitime et la version de l'historique reprĂ©sentĂ©e par la chaĂźne d'origine (y compris le dĂ©pĂŽt de l'attaquant) disparaĂźtra. L’attaquant est alors libre de dĂ©penser Ă  nouveau ces coins.

Les mineurs Ă©tant les seules entitĂ©s pouvant directement ajouter des blocs Ă  la chaĂźne des crypto-monnaies de type PoW, cela leur confĂšre un rĂŽle important dans la gouvernance. Pour que tout changement dans les rĂšgles de consensus du rĂ©seau soit adoptĂ©, celui-ci doit ĂȘtre soutenu par une majoritĂ© de puissance de hachage. Les «soft forks» (bifurcations souples) nĂ©cessitent suffisamment de mineurs qui vont reconnaĂźtre un nouvel ensemble de rĂšgles afin que les utilisateurs puissent effectuer des transactions et s’attendre Ă  ce que leurs transactions soient traitĂ©es correctement et incluses dans les blocs. Les «hard forks» vont diviser le rĂ©seau en deux parties et, selon la rĂšgle communĂ©ment admise, «la chaĂźne avec le plus de Preuve de Travail (PoW) est la bonne chaĂźne Ă  suivre», ce sont alors les mineurs qui vont dĂ©cider laquelle est acceptĂ©e comme lĂ©gitime.


Preuve de consensus (Proof of Stake ou PoS en anglais)

La preuve de consensus est une mĂ©thode alternative pour dĂ©cider qui peut ajouter de nouveaux blocs et vĂ©rifier l’état actuel de la blockchain. Au lieu que les mineurs rivalisent pour rĂ©soudre un problĂšme, avec une preuve d’enjeu, le producteur du bloc suivant est dĂ©terminĂ© par un processus basĂ© sur le nombre de coins (ou piĂšces) dĂ©tenus dans les portefeuilles (ou «mis en jeu»). Ce processus suppose que ceux qui ont le plus d’enjeu prendront des dĂ©cisions responsables pour l’ensemble du rĂ©seau.
Le consensus de la preuve d’enjeu (ou de participation) Ă©limine le besoin de minage Ă  forte consommation Ă©nergĂ©tique, mais l’absence de dĂ©pense Ă©nergĂ©tique importante crĂ©e un autre problĂšme, parfois qualifiĂ© de «d’absence d’enjeu». Dans le cas d’une chaĂźne qui a Ă©tĂ© “forkĂ©e” (forked chain en anglais), les forgeurs de PoS («forger» est gĂ©nĂ©ralement utilisĂ© au lieu du terme «minage») sont incitĂ©s Ă  exploiter les deux chaĂźnes car il leur en coĂ»te trĂšs peu pour miner une chaĂźne supplĂ©mentaire et ils peuvent obtenir des rĂ©compenses sur les deux chaĂźnes. Il s’agit d’un problĂšme pour le rĂ©seau car il n’est censĂ© exister qu’une chaĂźne et s’accorder sur l’état de cette chaĂźne unique est l’objet mĂȘme du mĂ©canisme de consensus.

La preuve de participation pose un problĂšme supplĂ©mentaire en ce qui concerne la distribution des jetons. Les mineurs de PoW ont des coĂ»ts importants (matĂ©riel, Ă©lectricitĂ©) et doivent gĂ©nĂ©ralement vendre une partie importante des coins minĂ©s pour faire face Ă  ces coĂ»ts. En consĂ©quence, de nombreuses piĂšces de monnaie extraites sont disponibles Ă  l'achat sur le marchĂ©, plutĂŽt que d'ĂȘtre stockĂ©es par les mineurs. Les forgeurs de Preuve d’enjeu ont des coĂ»ts d’exploitation trĂšs faibles, et n’ont donc pas la mĂȘme pression pour vendre les piĂšces qu’ils reçoivent pour maintenir le rĂ©seau. Les gros dĂ©tenteurs qui s’impliquent dans la Proof of Stake ont donc tendance Ă  augmenter leur part du montant total des coins en circulation Ă  mesure qu'ils perçoivent des rĂ©compenses sous forme de blocs et des frais de transaction de la part des utilisateurs du rĂ©seau. Cela a mĂȘme Ă©tĂ© comparĂ© Ă  la fĂ©odalitĂ©, car le rĂ©seau est effectivement dĂ©tenu et exploitĂ© par les dĂ©tenteurs de coins, et les utilisateurs leur paient des loyers pour l’utiliser. Il y a gĂ©nĂ©ralement une limite en dessous de laquelle il n'est pas possible de participer directement Ă  la Preuve d’Enjeu (Proof of Stake).


PoW / PoS hybride

L’objectif des systĂšmes hybrides de Preuve de Travail (PoW) et de Preuve d’Enjeu (PoS) est donc de combiner les avantages de chaque approche respective et de les utiliser pour contrebalancer les faiblesses de chacun. Decred fait partie des rares crypto-monnaies Ă  utiliser Ă  la fois les PoW et PoS sous des formes reconnaissables et Ă  les fusionner pour produire un mĂ©canisme de consensus multifactoriel ou hybride.
Les «Masternode coins» sont, Ă  certains Ă©gards, Ă©galement des hybrides, en ce sens qu’ils ont un composant de Preuve de Travail reconnaissable qui remplit un rĂŽle similaire dans le cas du Bitcoin et un rĂŽle supplĂ©mentaire pour les nƓuds spĂ©ciaux (special nodes). Il est gĂ©nĂ©ralement nĂ©cessaire que ces nƓuds spĂ©ciaux conservent en garantie une certaine quantitĂ© de la monnaie en question, afin de dĂ©montrer qu’il est possible de leur faire confiance pour agir au mieux des intĂ©rĂȘts du rĂ©seau, ce qui est similaire Ă  la logique de la preuve de participation. Dash est le coin Ă  l’origine du concept de masternode et se qualifie ce modĂšle comme la Preuve de Service. Cet article se concentre sur les hybrides avec un composant de Preuve d’Enjeu, et ne considĂšre pas la multitude de coins imitant des masternodes ou la Preuve de service.
Le composant PoW de Decred fonctionne de maniĂšre similaire aux autres projets basĂ©s sur la Preuve de Travail et utilise la fonction de hachage Blake-256. Le composant PoS de Decred et la maniĂšre dont il est implĂ©mentĂ© dans la chaĂźne sont assez uniques et mĂ©ritent d’ĂȘtre expliquĂ©s.

Pour participer Ă  la Preuve d’Enjeu  (Proof of Stake) de Decred, les dĂ©tenteurs doivent verrouiller leur DCR un certain temps pour acheter des «billets». Le prix d'un billet individuel est fixĂ© par un mĂ©canisme s'apparentant Ă  un marchĂ©, le systĂšme visant un nombre dĂ©fini de billets en direct (40 960) - s'il y en a plus que le nombre cible, le prix augmente, s'il est infĂ©rieur, il baisse. Quand une personne achĂšte un ticket, le DCR utilisĂ© est verrouillĂ© (c’est-Ă -dire qu’il ne peut pas le dĂ©penser) jusqu’à ce que son ticket soit tirĂ© de maniĂšre pseudo-alĂ©atoire pour voter ou jusqu’à son expiration au bout de 142 jours environ. Cela introduit un coĂ»t d’opportunitĂ© pour la PoS, destinĂ© Ă  garantir que ceux qui votent sur la PoS sont rĂ©ellement impliquĂ©s et agissent dans l’intĂ©rĂȘt supĂ©rieur du rĂ©seau.

Les participants Ă  la PoS (Ă©galement appelĂ©s votants, Ă©lecteurs ou actionnaires) ont trois rĂŽles distincts Ă  jouer: le vote relatif au bloc, le vote sur les modifications des rĂšgles de consensus et le vote sur la gestion au niveau du projet global Ă  l'aide du SystĂšme de Proposition Politeia. Le premier type de vote, le «vote relatif au bloc», est la façon dont les votant sur la Preuve d’Enjeu (PoS) s’engagent le plus concrĂštement dans le maintien du consensus.


Le Vote relatif aux blocs

Lorsqu'un mineur PoW (basĂ© sur la Preuve de Travail) trouve un bloc valide, il le diffuse sur le rĂ©seau. Toutefois, pour que ce bloc soit considĂ©rĂ© comme valide, il doit inclure les votes d'au moins 3 des 5 tickets sĂ©lectionnĂ©s au hasard. Les votants de la Preuve d’Enjeu (PoS) conservent pendant ce temps leurs portefeuilles ouverts et sont prĂȘts Ă  rĂ©pondre par des votes lorsque leurs tickets sont appelĂ©s (ou ils engagent les fournisseurs de services de vote pour le faire en leur nom). Lorsqu'un ticket de PoS est appelĂ© pour voter et qu'il rĂ©pond, son propriĂ©taire reçoit une rĂ©compense.
Lorsque les tickets sont appelĂ©s, ils votent pour accepter ou rejeter les transactions rĂ©guliĂšres du bloc prĂ©cĂ©dent. Les nƓuds du rĂ©seau ne reconnaĂźtront pas un nouveau bloc comme valide tant qu'il n'aura pas inclus au moins 3 votes. Si la majoritĂ© des tickets appelĂ©s Ă  voter rejettent les transactions du bloc prĂ©cĂ©dent, ils sont alors renvoyĂ©s au mempool. Ces transactions rĂ©guliĂšres incluent la rĂ©compense du mineur PoW, mais pas celle du votant PoS.

Par consĂ©quent, les votants de la PoS ont le pouvoir de retirer les rĂ©compenses des mineurs sans affecter leurs propres rĂ©compenses. Cela limite le pouvoir des mineurs de PoW d’opposer un veto aux modifications des rĂšgles de consensus du rĂ©seau, qui sont votĂ©es par toutes les parties prenantes. En rĂ©alitĂ©, les Ă©lecteurs de la PoS peuvent rejeter tout type de comportement des mineurs qu'ils n'aiment pas en adoptant une politique consistant Ă  voter «non» lorsqu'un comportement malveillant ou inefficace est dĂ©tectĂ© - ce qui empĂȘche les mauvais mineurs de PoW d'Ă©crire des transactions et de recevoir des rĂ©compenses.

Cette couche de vĂ©rification de la PoS renforce considĂ©rablement la sĂ©curitĂ© et la rĂ©sistance du rĂ©seau aux attaques Ă  la majoritĂ©. La mĂ©thode habituelle pour mener une attaque Ă  double dĂ©pense majoritaire consiste Ă  rĂ©Ă©crire la blockchain en minant une chaĂźne alternative en secret, puis en la diffusant au bout d’un certain temps et en tirant parti de l’annulation des transactions de la «vieille» chaĂźne (c.-Ă -d. en dĂ©pensant leurs intrants). Comme les blocs Decred nĂ©cessitent des entrĂ©es provenant de tickets choisis au hasard pour ĂȘtre considĂ©rĂ©s comme valides et que les mineurs de PoW ne peuvent pas en tirer parti avant d'avoir reçu cette entrĂ©e, il n'est pas possible pour les mineurs de PoW de miner en secret, Ă  moins de contrĂŽler Ă©galement en direct une proportion significative des billets. (voir ces articles).

La conception hybride PoW / PoS augmente considĂ©rablement les coĂ»ts d’attaque du rĂ©seau car il existe deux systĂšmes distincts qui doivent ĂȘtre contournĂ©s par l’attaquant. Le composant PoS, en particulier, est configurĂ© de telle sorte que les tickets ne peuvent ĂȘtre acquis que trĂšs lentement. Un nombre limitĂ© de billets peut ainsi ĂȘtre achetĂ© dans chaque bloc / intervalle, et l'achat du nombre maximum entraĂźne une forte augmentation du prix. De plus, une fois que ces billets auront Ă©tĂ© achetĂ©s, les fonds utilisĂ©s pour les acheter seront bloquĂ©s dans le temps, ce qui laissera l’attaquant exposĂ© Ă  toute dĂ©valuation de ses coins verrouillĂ©s Ă  la suite de l’attaque.

L’exigence selon laquelle chaque bloc doit ĂȘtre votĂ© par des parties prenantes choisies au hasard signifie que la blockchain doit ĂȘtre partagĂ©e entre tous les participants au fur et Ă  mesure de son minage, ce qui renforce la sĂ©curitĂ© du rĂ©seau. Le systĂšme hybride de Decred a Ă©tĂ© conçu pour donner Ă©galement aux parties impliquĂ©es un pouvoir sur les mineurs de PoW.


Le vote de changement de consensus

Decred a dĂ©cidĂ© dĂšs le dĂ©part de faire des intervenants de la PoS la force dĂ©cisionnelle dominante dans la gouvernance de la blockchain. Une procĂ©dure de ratification de mise Ă  niveau est inscrite dans les rĂšgles de consensus. Toute modification des rĂšgles de consensus du rĂ©seau ne peut ĂȘtre dĂ©ployĂ©e qu’une fois le processus de vote terminĂ©. Les modifications ne peuvent ĂȘtre effectuĂ©es que si elles sont approuvĂ©es par au moins 75% des tickets de vote. Ce processus commence dĂšs qu'une certaine proportion de mineurs (95%) et d'Ă©lecteurs (75%) utilisent le logiciel qui a Ă©tĂ© mis Ă  niveau avec des modifications latentes aux rĂšgles. Si la proposition est approuvĂ©e Ă  75%, elle est acceptĂ©e aprĂšs une pĂ©riode de vote de 4 semaines, sinon, elle est rejetĂ©e et si elle n’a pas de majoritĂ© qualifiĂ©e, un nouveau vote commence. Si une proposition est acceptĂ©e, le changement de rĂšgle s'active un mois plus tard.


Management du projet: Politeia

Les rĂ©compenses de bloc Decred sont rĂ©parties entre les mineurs de PoW (60%), les Ă©lecteurs du PDS (30%) et une TrĂ©sorerie (10%) afin de financer le dĂ©veloppement de logiciels open source contribuant Ă  la rĂ©alisation des objectifs du projet. Les dĂ©tenteurs de billets ont la souverainetĂ© pour voter sur la maniĂšre dont ce fonds devra ĂȘtre utilisĂ©, sur les fonctionnalitĂ©s Ă  ajouter et sur la politique Ă  suivre via la plate-forme Politeia.


Pour conclure

Étant donnĂ© que les Ă©lecteurs de la Preuve d’Enjeu (PoS) reçoivent 30% de la rĂ©compense globale, ils ne peuvent pas maintenir leur proportion relative de DCR en circulation simplement par la mise en jeu. La majoritĂ© des DCR nouvellement fabriquĂ©s vont aux mineurs de la PoW en Ă©change du rĂŽle qu’ils jouent dans la sĂ©curisation du rĂ©seau et dans l’attĂ©nuation du problĂšme d’ «absence d’enjeu» des systĂšmes de PoS purs. Les mineurs devront gĂ©nĂ©ralement vendre une partie considĂ©rable des rĂ©compenses obtenues pour faire face Ă  leurs coĂ»ts de fonctionnement, garantissant ainsi une offre correcte de DCR sur le marchĂ©.

La blockchain de Decred prĂ©sente donc une architecture unique et constitue l’un des exemples les plus remarquables d’un systĂšme hybride PoW / PoS (Preuve de Travail/ Preuve d’Enjeu). De la mĂȘme maniĂšre que les projets avec un consensus de PoS constituent une catĂ©gorie comportant d'importantes variations, les projets futurs qui implĂ©menteront des approches hybrides PoW / PoS seront Ă©galement uniques et ne suivront pas nĂ©cessairement la structure expĂ©rimentĂ©e par Decred.

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