Preuve de travail (PoW) et preuve d'enjeu (PoS)

Résumé

La preuve de travail (PoW) et la preuve d'enjeu (PoS) sont les mécanismes de consensus les plus courants. Ils sont adoptés par les principales cryptomonnaies pour sécuriser leur réseau.

La preuve de travail est utilisée par Bitcoin pour valider les transactions et sécuriser le réseau. L'une des fonctions de la PoW est d'empêcher la double dépense. La blockchain est sécurisée par des participants appelés mineurs, qui utilisent leur puissance de calcul pour se disputer le droit de confirmer les nouveaux blocs et de mettre à jour la blockchain. Un mineur qui valide un bloc sera récompensé en BTC par le réseau. Depuis décembre 2021, un mineur peut obtenir une récompense de bloc de 6,25 BTC plus les frais de transaction en minant avec succès un bloc Bitcoin.

La principale différence entre la PoW et la PoS est la façon dont ils déterminent qui peut valider un bloc de transactions. La preuve d'enjeu est l'alternative la plus populaire à la preuve de travail. Il s'agit d'un mécanisme consensus qui vise à améliorer certaines limites de la PoW, telles que les problèmes de scalabilité et la consommation d'énergie. Dans le cadre de la PoS, les participants sont appelés des validateurs. Ils n'ont pas besoin d'utiliser du matériel puissant pour participer à la chance de valider un bloc. Au lieu de cela, ils doivent mettre en jeu (verrouiller) la cryptomonnaie native de la blockchain. Le réseau sélectionne ensuite un gagnant en fonction du montant de crypto mis en jeu, qui sera récompensé par une proportion des frais de transaction du bloc qu'il valide. Plus le montant staké est élevé, plus les chances d'être choisi comme validateur sont grandes.

Introduction

Pour s'assurer que les transactions enregistrées sur une blockchain sont valides, ces réseaux adoptent différents mécanismes de consensus. La preuve de travail (PoW) est le plus ancien. Créé par Satoshi Nakamoto, il est considéré par beaucoup comme l'une des solutions les plus sûres. La preuve d'enjeu (PoS) a été créée plus tard, mais elle est maintenant utilisée dans la plupart des projets d'altcoin.

Outre le Bitcoin, la PoW est également utilisée dans d'autres cryptomonnaies majeures comme Ethereum (ETH) et Litecoin (LTC). La PoS est utilisée par Binance Coin (BNB), Solana (SOL), Cardano (ADA) et d'autres altcoins. Il est important de noter que Ethereum prévoit de passer de la PoW à la PoS en 2022.

Qu'est-ce que la preuve de travail (PoW) et comment fonctionne-t-elle ?

La preuve de travail (PoW) est l'algorithme de consensus adopté par le réseau Bitcoin et de nombreuses autres cryptomonnaies pour empêcher les double dépenses. Elle a été introduite par Satoshi Nakamoto dans le livre blanc Bitcoin, publié en 2008.

En substance, la PoW détermine la façon dont la blockchain Bitcoin atteint un consensus distribué. Elle est utilisée pour valider les transactions de pair à pair de manière transparente, sans avoir recours à des intermédiaires tiers.

Sur un réseau PoW comme celui de Bitcoin, les transactions sont vérifiées par des mineurs. Il s'agit de participants qui utilisent une grande quantité de ressources pour s'assurer que le réseau continue à fonctionner correctement et en toute sécurité. Parmi d'autres tâches, les mineurs créent et valident des blocs de transactions. Mais afin de rivaliser pour le droit de valider le prochain bloc, ils doivent utiliser du matériel de minage hautement spécialisé pour résoudre des casse-têtes mathématiques complexes.

Le premier mineur qui parvient à trouver une solution valide à ces problèmes mathématiques gagne le droit d'ajouter son bloc à la blockchain et de recevoir ce que nous appelons une récompense de bloc. Les récompenses de bloc sont constituées de cryptomonnaies récemment générées plus les frais de transaction. La quantité de crypto dans un bloc de récompense varie selon les différents réseaux. Par exemple, sur la blockchain Bitcoin, un mineur qui trouve un bloc peut obtenir 6,25 BTC plus les frais en guise de récompense de bloc (en décembre 2021). Cependant, le nombre de nouveaux BTC générés par bloc est réduit de 50 % tous les 210 000 blocs (environ tous les quatre ans) en raison d'un mécanisme connu sous le nom de halving.

Si vous souhaitez en savoir plus sur le modèle de preuve de travail, consultez l'article Qu'est-ce que la preuve de travail (PoW) ?.

Qu'est-ce que la preuve d'enjeu (PoS) et comment fonctionne-t-elle ?

La preuve d'enjeu (PoS) est un algorithme de consensus introduit en 2011 comme une alternative à la preuve de travail. Elle vise à surmonter les limites de scalabilité des réseaux PoW. La PoS est le deuxième algorithme le plus populaire adopté par des cryptomonnaies comme Binance Coin (BNB), Solana (SOL) et Cardano (ADA).

Alors que la PoW et la PoS partagent le même objectif d'atteindre un consensus sur la blockchain, la PoS a une manière différente de déterminer qui valide un bloc de transactions. Il n'y a pas de mineurs sur les blockchains PoS. Plutôt que de s'appuyer sur des ordinateurs puissants pour se disputer les droits de validation des blocs, les validateurs de PoS s'appuient sur leurs avoirs en cryptomonnaies.

Pour pouvoir valider un bloc, les participants doivent verrouiller une certaine quantité de fonds dans un smart contract spécifique sur la blockchain. Ce processus est connu sous le nom de staking. Le protocole PoS assignera ensuite un participant pour valider le bloc suivant. Selon le réseau, cette sélection peut être effectuée aléatoirement ou en fonction de leurs fonds (enjeu). Le validateur sélectionné peut recevoir des frais de transaction du bloc qu'il a validé en guise de récompense. En général, plus ils stakent de pièces, plus ils ont de chances d'être sélectionnés.

Veuillez vous reporter à La preuve d'enjeu (PoS) expliquée pour plus de détails.

Différences entre la preuve de travail et la preuve d'enjeu

Bien qu'il s'agisse de deux mécanismes de consensus qui garantissent la sécurité du réseau blockchain, il existe certaines différences entre les deux. La principale différence est, bien sûr, la façon dont la PoW et la PoS déterminent quel participant valide les nouvelles transactions. Pour une meilleure compréhension, examinons le tableau ci-dessous :

	Preuve de travail (PoW)	Preuve d'enjeu (PoS)
Qui peut miner/valider des blocs ?	Plus la puissance de calcul est élevée, plus la probabilité de miner un bloc est élevée.	Plus vous stakez de fonds, plus vous avez de chances de valider un nouveau bloc
Comment un bloc est-il miné/validé ?	Les esprits rivalisent pour résoudre des casse-têtes mathématiques complexes à l'aide de leurs ressources de calcul.	En général, l'algorithme détermine le vainqueur de manière aléatoire, en tenant compte du nombre de fonds stakés.
Équipement de minage	Matériel de minage professionnel, comme les ASIC, CPU et GPU	Tout ordinateur ou appareil mobile avec une connexion à Internet
Comment les récompenses sont-elles distribuées ?	La première personne à miner le bloc reçoit une récompense pour le bloc.	Les validateurs peuvent recevoir une part des frais de transaction du bloc qu'ils ont validé.
Comment le réseau est-il sécurisé ?	Plus le taux de hachage est important, plus le réseau est sécurisé.	Le staking verrouille la cryptomonnaie sur la blockchain pour sécuriser le réseau.

La preuve d'enjeu est-elle meilleure que la preuve de travail ?

Les partisans de la preuve d'enjeu affirment que la PoS présente certains avantages par rapport à la PoW, en particulier en ce qui concerne la scalabilité et la vitesse des transactions. On dit également que les monnaies PoS sont moins nuisibles à l'environnement par rapport à celles utilisant la PoW. En revanche, de nombreux partisans de la PoW affirment que la PoS, en tant que technologie plus récente, doit encore prouver son potentiel en termes de sécurité des réseaux. Le fait que les réseaux PoW requièrent des quantités importantes de ressources (matériel de minage, électricité, etc.) les rend plus coûteux à attaquer. C'est particulièrement vrai pour Bitcoin, car il s'agit de la plus grande blockchain PoW.

Comme nous l'avons mentionné, Ethereum (ETH) devrait passer de la PoW à la PoS par la mise à jour Ethereum 2.0. ETH 2.0 est une mise à niveau du réseau Ethereum, attendue depuis longtemps, qui vise à améliorer ses performances et à résoudre son problème de scalabilité. Après la mise en œuvre de la PoS sur Ethereum, toute personne possédant au moins 32 ETH pourra participer au staking pour devenir un validateur et recevoir des récompenses.

La PoS est-elle meilleure que la PoW ? Pourquoi la deuxième plus grande cryptomonnaie en matière de capitalisation change-t-elle de mécanisme de consensus ?

Risque de centralisation

Sur les blockchains à preuve de travail, le minage implique d'utiliser la puissance de calcul pour hacher les données du bloc jusqu'à ce qu'une solution valide soit trouvée. Pour les principales cryptomonnaies d'aujourd'hui, les solutions sont de plus en plus difficiles à trouver et deviner d'énormes quantités de hachages peut être coûteux en termes de matériel et d'énergie.

Par conséquent, certains mineurs préfèrent unifier leurs ressources de calcul dans des pools de minage pour avoir une plus grande chance d'obtenir des récompenses de bloc. Certains grands pools miniers investissent des millions de dollars et contrôlent des milliers de mineurs ASIC pour générer la plus importante puissance de hachage possible.

En décembre 2021, les quatre principaux pools de minage contrôlaient ensemble environ 50 % de la puissance de hachage totale du Bitcoin. La domination des pools de minage rend plus difficile pour les passionnés de cryptomonnaies de miner un bloc par eux-mêmes.

Mais à quel point le minage est-il décentralisé ? D'un côté, il n'y a toujours aucune entité unique capable de contrôler les confirmations sur le réseau. Si cela se produisait, une attaque de 51 % serait possible et le réseau perdrait sa valeur. Certains affirment que même si le minage est toujours décentralisé, il n'est plus fortement décentralisé. Certaines régions, certains producteurs de mineurs et certains producteurs d'énergie dominent toujours le minage et réduisent la décentralisation globale des blockchains à preuve de travail.

Le mécanisme de consensus de la preuve d'enjeu adopte une approche différente et remplace la puissance de minage par le staking. Ce mécanisme réduit les barrières à l'entrée pour qu'une personne confirme les transactions, réduisant ainsi l'accent mis sur l'emplacement, l'équipement et d'autres facteurs. Votre enjeu est simplement déterminé par le nombre de tokens dont vous disposez.

Cependant, la plupart des réseaux PoS exigent que vous exécutiez un nœud de validation pour commencer à confirmer les transactions. Cela peut être coûteux à gérer, mais pas autant que plusieurs mineurs. Les utilisateurs placent ensuite leurs tokens derrière certains validateurs, ce qui nous donne un modèle similaire aux pools de minage. Ainsi, bien que le système de preuve d'enjeu soit plus facile à utiliser pour un utilisateur moyen, il est toujours sujet au même problème de centralisation que les pools de minage.

Risques de sécurité

Outre le risque de centralisation, le fait que les quatre principaux pools de minage disposent de la majorité de la puissance de hachage du réseau Bitcoin pourrait potentiellement augmenter le risque d'une attaque de 51 %. Une attaque de 51 % fait référence à une attaque potentielle sur la sécurité d'un système blockchain par un acteur malveillant ou une organisation qui parvient à contrôler plus de 50 % de la puissance totale de hachage du réseau. L'attaquant pourrait passer outre l'algorithme de consensus de la blockchain et commettre des actes malveillants à son propre avantage, par exemple en dépensant deux fois, en rejetant ou en modifiant les enregistrements des transactions, ou en empêchant les autres de miner. Cependant, il est peu probable que cela se produise sur Bitcoin en raison de la taille de son réseau.

En revanche, si quelqu'un devait attaquer une blockchain PoS, il doit posséder plus de 50 % des fonds sur le réseau. Cela entraînerait une hausse de la demande sur le marché et du prix de la monnaie, ce qui pourrait coûter des dizaines de milliards de dollars. Même s'ils commettent une attaque à 51 %, la valeur des fonds stakés diminuerait considérablement à mesure que le réseau serait compromis. Il est donc peu probable qu'une attaque à 51 % se produise sur une cryptomonnaie qui utilise le consensus PoS, surtout s'il s'agit d'une cryptomonnaie à forte capitalisation.

Inconvénients de la preuve d'enjeu

Beaucoup considèrent la preuve d'enjeu comme une meilleure alternative à la preuve de travail, mais il convient de noter qu'il y a également des lacunes dans l'algorithme PoS. En raison du mécanisme de distribution des récompenses, les validateurs ayant mis en jeu un plus grand nombre d'actifs peuvent augmenter leurs chances de valider le bloc suivant. Plus un validateur accumule de fonds, plus il peut staker et gagner de récompenses, ce que certains critiquent en disant qu'il s'agit de « rendre les riches plus riches ». Ces validateurs « plus riches » peuvent également influencer le vote sur le réseau, car les blockchains PoS accordent souvent des droits de gouvernance aux validateurs.

Une autre préoccupation concerne les risques de sécurité pour les cryptomonnaies à faible capitalisation qui adoptent le PoS. Comme nous l'avons mentionné, il est peu probable qu'une attaque à 51 % se produise sur les cryptomonnaies les plus populaires comme l'ETH ou le BNB. Toutefois, les actifs numériques plus petits avec une valeur inférieure sont plus vulnérables aux attaques. Les attaquants pourraient potentiellement acquérir suffisamment de fonds pour prendre l'avantage sur les autres validateurs. Ils pourraient détourner le système PoS en étant fréquemment choisis comme validateurs. Les récompenses qu'ils gagneraient peuvent ensuite être utilisées pour être stakées de nouveau et augmenter leurs chances d'être choisis au prochain tour.

Pour conclure

La preuve de travail et la preuve d'enjeu ont tous deux leur place dans l'écosystème des cryptomonnaies, et il est difficile de dire avec certitude quel protocole de consensus fonctionne le mieux. Le PoW peut être critiqué pour les fortes émissions de carbone qu'il génère lors du minage, mais il a fait ses preuves en tant qu'algorithme sécurisé pour protéger les réseaux blockchain. Néanmoins, comme Ethereum passe du PoW au PoS, le système à preuve d'enjeu pourrait être favorisé par les nouveaux projets à l'avenir.