Une blockchain est une décentralisée réseau d'égal à égal qui stocke uniquement les données ajoutées (à la fin de) et vérifie l'intégrité de ces informations sur le réseau. Valider collectivement l'exactitude desdites données (parvenir à un consensus) est l'une des caractéristiques déterminantes d'une blockchain.
L'idée d'une blockchain remonte à au moins les années 1990. La théorie de base était de copier des données sur un réseau d'ordinateurs en utilisant un type de consensus algorithme pour convenir des données à ajouter. Ensuite, utilisez cryptographique chaîne de hachage pour rendre la base de données pratiquement immuable.
Pour plus d'informations sur les chaînes de blocs et le hachage, consultez notre article Blockchain. Ci-dessous, cependant, nous nous concentrerons spécifiquement sur les différentes façons dont différents types de chaînes de blocs parviennent à un consensus sur les données ajoutées à leurs séquences (chaînes) de données (blocs) à travers ces sujets:
Les principales différences dans les différents mécanismes de consensus de la blockchain concernent la manière dont le droit d'ajouter des données à la blockchain est réparti entre les participants du réseau et la façon dont ces données sont validées par le réseau en tant que compte exact des transactions.
L'ensemble des processus informatiques qui résolvent ces problèmes est appelé l'algorithme de consensus, qui, comme mentionné, est le mécanisme responsable de la mise à jour sécurisée de l'état des données sur un réseau de blockchain donné.
Chaque nœud (ordinateur) du réseau vérifie et traite indépendamment chaque transaction et doit donc avoir accès à l'état actuel de la base de données, à la modification demandée par une transaction donnée et à une signature numérique prouvant l'origine et la précision d'une transaction. La question est alors de savoir comment tous les nœuds parviennent à un consensus (accord) sur les données. Le plus gros problème que les chaînes de blocs visent à résoudre est appelé «Problème des généraux byzantins ».
Ce problème, qui existe depuis plus longtemps que la blockchain elle-même, est essentiellement le suivant: comment garder un réseau d'entités qui se concentrent sur le même objectif en alignement basé uniquement sur les messages transmis entre eux, sans que les informations soient corrompues par un malveillant acteur au sein du réseau? Par exemple, si l'on essaie d'envoyer de la crypto-monnaie via un réseau, comment pouvez-vous être certain que les détails de la transaction n'ont pas été falsifiés et modifiés par un nœud malveillant du réseau?
C'est là qu'un mécanisme de consensus intervient pour s'assurer que le réseau reste synchronisé et que les données ne sont pas altérées. Voici quelques-unes des solutions que différents groupes ont trouvées pour atteindre ce résultat.
La preuve de travail est actuellement le mécanisme de consensus le plus populaire pour les chaînes de blocs. La `` preuve de travail '' que le nom décrit est le processus par lequel le réseau blockchain prouve qu'un mineur le nœud de réseau (nœuds de réseau qui regroupent les transactions en blocs et les valident) a effectué le travail nécessaire pour créer un bloc valide (groupe de transactions). Bien qu'il soit difficile pour les nœuds de générer un bloc valide (cela prend beaucoup de puissance de traitement informatique), il est assez facile pour le réseau de vérifier qu'un bloc est valide.
Tout cela se fait à travers ce qu'on appelle un Fonction hash, ce qui crée une empreinte numérique unique pour une donnée donnée. Étant donné que les hachages sont très sensibles au changement, et même une petite modification entraînera une sortie de hachage complètement différente, les hachages peuvent être utilisés pour valider et sécuriser les blocs.
Pour qu'un bloc soit confirmé comme valide, les mineurs doivent créer deux hachages: un hachage de toutes les transactions dans le bloc et un hachage prouvant qu'ils ont dépensé l'énergie nécessaire pour générer le bloc en résolvant un puzzle cryptographique spécial avec un pré- définir le niveau de difficulté. Plus précisément, le casse-tête consiste à trouver un nombre qui, lorsqu'il est combiné avec les données dans les transactions et transmis via l'algorithme de hachage, fournit un nombre dans une plage spécifiée définie par le programme de la crypto-monnaie.
La difficulté de résoudre le puzzle est automatiquement ajustée dans les systèmes PoW pour créer une période de temps cohérente pour les blocs de transactions à ajouter à la blockchain et pour libérer les frais de réseau et les récompenses de crypto-monnaie nouvellement créées pour les mineurs.
Un hash est un fonction unidirectionnelle. Il ne peut pas être inversé. De cette façon, il peut être confirmé que chaque bloc a nécessité un travail pour le générer. Chaque bloc contient également le hachage du bloc précédent, donc une fois que tous les blocs sont combinés dans la blockchain, il est pratiquement impossible de les modifier car cela nécessiterait de refaire tout le travail effectué pour générer chaque bloc dans la blockchain.
En résumé, un mineur crée un bloc de transactions valides, puis exécute l'algorithme PoW dessus pour trouver un hachage valide, affrontant tous les autres mineurs pour résoudre le puzzle en premier. Lorsqu'un bloc valide est généré par une telle action, le bloc est ajouté à la blockchain et le mineur reçoit des frais de réseau ainsi que la crypto-monnaie nouvellement créée.
Il existe différents algorithmes de hachage utilisés pour les mécanismes de consensus PoW, les plus courants étant SHA-256 (par exemple Bitcoin) et Scrypt (par exemple Litecoin). D'autres incluent SHA-3, CryptoNight, Blake-256, Quark, scrypt-jane et les systèmes hybrides qui utilisent plus d'une fonction de hachage.
Bien que PoW soit théoriquement presque impossible à pirater car il utilise des ressources dans le monde physique pour sécuriser le réseau, c'est également de là que vient l'une de ses plus grandes critiques: la ressource utilisée est l'électricité, et beaucoup d'elle.
En fait, le magazine scientifique Vice de la carte mère, rapporte que 1.6 ménages américains pourraient être alimentés pendant une journée par l'électricité utilisée par une seule transaction Bitcoin. D'ici 2020, Bitcoin pourrait consommer autant d'électricité que tout le pays du Danemark. Et ce n'est qu'une crypto-monnaie (bien que la plus populaire).
Du point de vue de l'efficacité et de l'environnement, ce n'est pas idéal et il serait très difficile de l'adapter à l'usage courant. Pour aggraver les choses, les coûts de puissance de calcul et d'électricité nécessaires pour rester compétitifs dans le secteur minier ont considérablement augmenté au fil du temps. Cela a produit une centralisation importante dans les réseaux miniers, car seules les organisations les plus grandes et les plus puissantes peuvent vraiment rivaliser.
Quelques grandes entreprises et pools miniers dominent désormais les blockchains les plus populaires, ce qui est complètement contraire au principe fondateur de décentralisation des blockchains.
Outre l'éthique douteuse de ce problème, la centralisation conduit également à un problème de sécurité potentiel appelé une attaque à 51%. C'est à ce moment qu'un mineur, probablement un pool ou un grand conglomérat, contrôle 51% de la puissance de calcul d'un réseau blockchain. Si cela devait arriver, ils pourraient perturber l'ensemble du réseau en invalidant les transactions réelles ou en validant leurs propres transactions frauduleuses pour «doubler» les fonds (en utilisant les mêmes fonds plus d'une fois).
Heureusement, ces problèmes avec PoW ne sont pas sans solutions potentielles.
Le PoS est basé sur l'hypothèse que lorsque les nœuds du réseau sont des parties prenantes (c'est-à-dire lorsqu'ils possèdent la monnaie de la chaîne de blocs donnée), ils seront incités à rester honnêtes et bénins dans les nœuds de réseau d'exploitation.
PoS fonctionne par des mineurs qui verrouillent une partie de leur propre crypto-monnaie afin qu'ils ne puissent pas être utilisés dans des comptes spéciaux `` jalonnés ''. Les nœuds qui ont jalonné des jetons peuvent alors vérifier les blocs de transactions comme dans les systèmes PoW, mais les calculs cryptographiques nécessaires pour vérifier les blocs sont beaucoup plus simples (et nécessitent donc beaucoup moins de puissance informatique). Au lieu d'utiliser des puzzles compliqués qui offrent des avantages à des ordinateurs plus puissants comme dans PoW, les systèmes PoS sont structurés de telle sorte que les nœuds qui ont plus de crypto-monnaie jalonné ont plus de chances de résoudre le puzzle cryptographique.
De cette façon, bien que le PoS soit plus efficace que le PoW, il ne résout pas complètement le problème de la centralisation de la puissance minière, car logiquement, le risque est que la monnaie utilisée par de tels systèmes se concentre toujours de moins en moins de mains.
L'un des autres problèmes clés du PoS est le problème du `` rien en jeu '', dans lequel les mineurs peuvent n'avoir rien à perdre en votant pour plusieurs historiques de blockchain en cas de fork (une blockchain divisée en deux). En cas de fork, la stratégie la plus lucrative pour un mineur est de miner sur chaque chaîne, gagnant ainsi des récompenses quelle que soit la fork reconnue par le réseau.
Cela pourrait en théorie conduire à un consensus jamais atteint par le réseau, ou à doubler les dépenses dans lesquelles un attaquant peut être en mesure d'envoyer une transaction, puis de démarrer une fourchette de la blockchain à partir d'un bloc derrière la transaction et de s'envoyer de l'argent au lieu de où il a été envoyé avant. Cela est plus possible dans un système PoS que PoW car le coût de travail sur plusieurs chaînes est beaucoup plus faible.
Un problème que PoS aide à atténuer, cependant, est le problème de 51%. Même si un mineur détenait 51% d'une crypto-monnaie, il ne serait pas dans leur intérêt d'attaquer un système dans lequel il détenait la majorité des parts. Bien entendu, cela ne prend pas en compte les acteurs malveillants et bien financés qui peuvent simplement vouloir à tout prix faire tomber un réseau de blockchain.
Certains exemples de blockchains utilisant ce mécanisme de consensus sont NEO, Stellar et Cardano.
Avec le PoS classique, les mineurs avec de petits soldes ont peu de chances d'exploiter un bloc, de la même manière que les mineurs PoW avec peu de puissance informatique sont peu susceptibles d'extraire un bloc. Non seulement cela pourrait être considéré comme moins équitable, mais cela pourrait également conduire à un réseau moins sécurisé, car si les petits mineurs étaient mieux incités, le réseau aurait plus de nœuds et serait donc plus sécurisé.
LPoS incite les nœuds moins puissants en leur permettant de louer leurs soldes de crypto-monnaie à des «nœuds de jalonnement» qui ont plus de jetons implantés et sont donc plus susceptibles d'exploiter un bloc valide. Toutes les pièces louées à ces nœuds augmentent le «poids» du nœud de jalonnement, ce qui augmente ses chances d'ajouter un bloc à la blockchain. Les récompenses reçues par les nœuds de jalonnement sont ensuite partagées proportionnellement entre tous les locataires. Les locataires peuvent toujours déplacer ou dépenser leurs jetons à tout moment, ce qui pour ainsi dire «rompt le bail» automatiquement.
De cette façon, le problème de la centralisation du pouvoir minier et / ou monétaire peut être mieux limité en permettant à tous les nœuds d'avoir le potentiel de gagner des récompenses minières.
Le principal exemple de projet utilisant ce type d'algorithme de consensus est Waves.
Dans DPoS, les détenteurs de jetons de crypto-monnaie utilisent leurs soldes pour élire une liste de nœuds qui pourront implanter des blocs à ajouter à la blockchain. Avec la blockchain EOS qui n'a pas encore été lancée, par exemple, 21 «nœuds producteurs de blocs» seront élus par le réseau.
Bien que cela résout certains problèmes, tels que le potentiel de forks (tous les nœuds ne passeront pas à une fourche qui n'est pas finalisée par 15 des 21 nœuds producteurs) et les problèmes d'évolutivité qui se produisent avec PoW et PoS, une blockchain DPoS est par définition plus centralisé et ne fournit pas de points d'entrée accessibles à quiconque pour miner des blocs et gagner des récompenses.
Les projets qui utilisent ce type de mécanisme de consensus comprennent Bitshares et EOS.
Les blockchains n'ont pas à se contenter d'un seul type de mécanisme de consensus. Le type de chaîne hybride le plus populaire est l'hybride PoW / PoS, qui utilise généralement un consensus PoW initial de manière limitée, puis utilise PoS pour valider les blocs ajoutés à la blockchain. L'utilisation de PoS résout le problème d'attaque de 51% tout en utilisant moins d'énergie; PoW résout le problème du rien en jeu tout en garantissant une autre couche d'immuabilité blockchain.
Peercoin est une blockchain utilisant cette méthode hybride.
Le PoI est similaire au PoS, mais le mécanisme de consensus prend également en compte d'autres facteurs pour donner aux nœuds un avantage dans les blocs d'exploration de données.
Avec NEM, la première blockchain à mettre en œuvre le PoI, par exemple, les nœuds sont récompensés pour leur productivité dans le réseau, qui comprend leur équilibre, ainsi que leur nombre et la valeur des transactions, entre autres facteurs de `` réputation ''.
Dans ce mécanisme de consensus, chaque nœud publie une clé publique. Les transactions passant par le nœud sont signées par le nœud et vérifiées, et une fois que suffisamment de réponses identiques sont atteintes au sein du réseau, un consensus est atteint par le biais de la validité de la transaction. Ce mécanisme simple ne nécessite aucune puissance de hachage et est particulièrement utile pour les systèmes de stockage.
PBFT a deux problèmes potentiels. Tout d'abord, toutes les parties concernées doivent convenir de la liste exacte des participants de confiance. Deuxièmement, l'appartenance à un tel système d'accord est généralement fixée par une autorité centrale. Bien que ces facteurs puissent ne pas le rendre approprié pour une crypto-monnaie publique et décentralisée, il peut être utile pour d'autres choses telles que les plateformes privées de détention d'actifs numériques.
PBFT est le mécanisme de consensus utilisé par Hyperledger.
Avant l'apparition des chaînes de blocs, il n'existait aucun moyen pratique de garantir que les données d'un réseau distribué (par exemple, un registre de monnaie numérique) resteraient protégées contre toute falsification par des nœuds malveillants ou compromis. Avec la naissance de Bitcoin et PoW, une toute nouvelle génération de programmeurs et d'ingénieurs s'est mise à travailler pour résoudre ce problème.
De nombreux mécanismes consensuels ont vu le jour, la plupart prétendant résoudre le même problème (les généraux byzantins). Comme la blockchain est encore un domaine relativement nouveau, il n'est pas clair quels mécanismes de consensus se révéleront les plus utiles et lesquels tomberont en disgrâce. Dans l'état actuel des choses, les différents mécanismes de consensus sont l'un des facteurs fondamentaux qui différencient les différentes crypto-monnaies.
Source : https://unhashed.com/cryptocurrency-coin-guides/blockchain-consensus-mechanisms/
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