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Proof of Work et Proof of Stake c’est quoi ? (PoW et PoS)

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La preuve de travail (Proof-of-Work) et la preuve d’enjeu (Proof-of-Stake) sont deux algorithmes de consensus les plus connus dans les crypto-monnaies. Ils offrent des mécanismes de preuve de travail qui diffèrent par leur structure.

Quelle est l’essentiel de la preuve de travail (Proof-of-Work)?

Le Proof-of-Work (PoW – littéralement : preuve de travail) est un algorithme de protection des systèmes distribués contre les abus (attaques DoS, envois de spam, etc.), dont l’essentiel se résume à deux principaux points :

La nécessité d’effectuer une certaine tâche plutôt complexe et longue ;
la possibilité de vérifier rapidement et facilement le résultat.
Les tâches de PoW ne sont pas à l’origine destinées aux humains, leur solution par un ordinateur est toujours réalisable en un temps fini, cependant, elle nécessite beaucoup de puissance de calcul. En même temps, la vérification de la solution obtenue nécessite beaucoup moins de ressources et de temps.

Qui a inventé le terme Proof-of-Work ?

Le concept de preuve de travail a été décrit pour la première fois en 1993 dans Pricing via Processing, Or, Combatting Junk Mail, Advances in Cryptology (par Cynthia Dwork et Moni Naor). Bien que le terme lui-même n’ait pas encore été utilisé dans l’article, les auteurs ont proposé l’idée suivante :

« Pour accéder à une ressource partagée, l’utilisateur doit calculer une fonction : plutôt complexe, mais faisable ; de cette façon, vous pouvez protéger la ressource contre les abus. « 

En 1997, Adam Back a lancé le projet Hashcash, dédié à la même protection anti-spam. La tâche a été formulée comme suit : « Trouvez une valeur x telle que le hachage SHA (x) contiendrait les N bits zéro les plus significatifs. »

Le système offrait un hachage d’inversion partielle lorsqu’il était envoyé par courrier électronique. Il faut environ 252 calculs de hachage pour calculer l’en-tête correspondante, qui doit être recalculé pour chaque soumission. Et si des calculs supplémentaires ne créent pas d’obstacles pour l’envoi de plusieurs lettres ordinaires, la nécessité de recalculer constamment rend l’envoi de spam très gourmand en ressources. Dans ce cas, l’exactitude du code calculé est vérifiée très rapidement : un seul calcul SHA-1 avec une étiquette préalablement préparée est utilisé.

En 1999, le terme Proof-of-Work lui-même est apparu – il a été utilisé dans l’article «Proofs of Work and Bread Pudding Protocols» (auteurs – Markus Jacobsson et Ari Juels) dans la revue Communications and Multimedia Security.

Qu’est-ce que la preuve de travail a avoir avec les crypto-monnaies ?

Dans le réseau Bitcoin, PoW a été utilisé comme moyen pour parvenir à un consensus (un consensus sur la version de la blockchain considérée comme correcte). En même temps, le créateur de la première crypto-monnaie Bitcoin Satoshi Nakamoto s’est inspiré de l’idée du projet Hashcash susmentionné, en y ajoutant un mécanisme de complexité variable – une diminution ou une augmentation de N (le nombre requis de zéros ), en fonction de la puissance totale des participants au réseau. La fonction calculée est maintenant SHA-256.

En termes simples, le mécanisme PoW permet à un nœud de réseau (nœud) de vérifier que le mineur (qui est le nœud ajoutant un nouveau bloc à la blockchain) a effectivement effectué les calculs. Ce processus comprend une tentative pour trouver un hachage d’en-tête de bloc (la partie de la blockchain qui contient un lien vers le bloc précédent et la valeur additionnée des transactions qu’il contient), qui correspondra en valeurs au niveau de complexité actuel.

La complexité du calcul est-elle « difficile » ?

Ces calculs ne peuvent se faire que de manière interactive, et la complexité est réglée au point où cela s’avère vraiment difficile. En même temps, la vérification des résultats des calculs reste simple. Les nœuds peuvent toujours s’assurer que le mineur a trouvé la valeur correcte, cependant, étant donné que le processus de recherche d’un bloc est très laborieux et aléatoire, il est impossible de prédire avec précision quel mineur résoudra le problème et trouvera ce bloc.

Pour que le système reconnaisse un bloc comme valide, sa valeur de hachage doit être inférieure à la cible actuelle. Ainsi, chaque bloc montre qu’un certain travail a été fait.

Chaque bloc contient le hachage du bloc précédent, formant une chaîne. Il est impossible de changer de bloc – il est uniquement possible de créer un bloc à la même hauteur, qui contiendra le hachage du bloc précédent. Pour mener à bien un tel processus, il est nécessaire de faire le travail pour retrouver tous les blocs précédents. La grande complexité de ce processus protège la blockchain des accès non autorisés et des doubles dépenses.

Comment le Proof-of-Work a-t-il affecté le minage ?

Proof-of-Work de Bitcoin a engendré toute une industrie minière et est devenue l’impulsion pour le développement de matériel spécialisé, car les ressources informatiques consacrées aux blocs de hachage sont énormes et dépassent de loin la capacité des plus gros supercalculateurs.

En même temps, ce n’était pas sans le fameux « revers de la médaille » : le PoW s’est rapidement transformé en un monstre dévorant l’électricité dans la course à la rentabilité de l’exploitation minière. En 2012, la capacité totale du réseau Bitcoin dépassait déjà les performances du supercalculateur le plus puissant au monde, et la première alternative, le Proof-of-Stake, commençait à apparaitre.

Qu’est-ce qu’un Proof-of-Stake ?

Un mécanisme de consensus alternatif, mis en œuvre pour la première fois en 2012 dans la crypto-monnaie PPCoin (maintenant connue sous le nom de PeerCoin). L’idée était d’utiliser l’enjeu comme une ressource qui détermine quel nœud a le droit d’exploiter le prochain bloc.

Dans l’approche Proof-of-Stake, les nœuds tentent également de hacher les données à la recherche d’un résultat inférieur à une certaine valeur, mais la complexité dans ce cas est répartie proportionnellement et conformément à l’équilibre du nœud donné. En d’autres termes, selon le nombre de pièces (tokens) dans le compte de l’utilisateur.

Ainsi, un nœud avec un solde important a plus de chances de générer le prochain bloc. Le schéma semble assez attrayant, principalement en raison des faibles besoins en ressources de calcul, et aussi parce qu’il n’est pas question de capacité « gaspillée ».

Quels sont les avantages et les inconvénients du Proof-of-Stake ?

En règle générale, les arguments suivants sont avancés en faveur de l’utilisation du PoS :

Avantages :

  • L’attaque nécessite des fonds importants, ce qui la rend inattaquable d’un point de vue financier.
  • En même temps, si un attaquant dispose d’un grand nombre de jetons, il subira lui-même l’attaque, car cela perturbera la stabilité de la crypto-monnaie.

Inconvénients :

  • Le PoS fournit une motivation supplémentaire pour accumuler des fonds, ce qui peut affecter négativement la décentralisation du réseau.
  • Si un petit groupe est formé et collecte des fonds suffisamment importants, il pourra imposer ses propres règles du réseau au reste des participants.

De plus, le problème de Nothing-at-Stake peut être noté, ce qui rend les systèmes PoS intrinsèquement instables aux yeux de nombreux passionnés de crypto-monnaie. Un attaquant peut tenter de forker la blockchain, c’est-à-dire de créer une chaîne alternative plus longue en dépensant des ressources « inexistantes ». De plus, il peut être pris en charge par d’autres mineurs, car ils ne consomment pas non plus de ressources « authentiques ». Grâce à un fork, un attaquant peut rejeter certaines transactions et mener une attaque à double dépense.

Proof-of-Work vs Proof-of-Stake

Les différences entre les partisans du Pow et du PoS durent depuis longtemps, mais la nature de ces différents est plus théorique. La pratique montre que le rôle du développeur en matière de sécurité est encore très important.

En même temps, beaucoup considèrent que la solution la plus sécurisée est une version hybride des systèmes PoS et PoW. Cette approche est déjà activement pratiquée – de nombreuses crypto-monnaies ont une étape PoW, lorsque la monnaie est émise via le minage classique, et une étape PoS, qui se produit après l’achèvement de l’émission.

Cependant, alors que les systèmes PoS seront toujours plus faciles à mettre en œuvre et généralement tout aussi robustes en termes de sécurité, la plupart des crypto-monnaies sérieuses resteront probablement avec PoW.

Quels autres mécanismes de preuve existe-t-il dans les crypto-monnaies ?

Proof-of-Work et Proof-of-Stake peuvent être considérés comme les deux algorithmes de consensus les plus populaires dans le monde des crypto-monnaies, mais en plus d’eux, il existe un certain nombre de mécanismes qui ont leurs propres subtilités et particularités.

Leur liste peut être assez longue, nous énumérons donc quelques-uns des plus célèbres :

  • Preuve d’activité (Proof of Activity) – un schéma hybride standard qui combine PoW et PoS.
  • La preuve de participation déléguée (Delegated Proof of Stake) est un terme générique décrivant l’évolution des protocoles de consensus de base de preuve de participation. DPoS est utilisé par BitShares, EOS et Tezos.
  • Preuve de gravure (Proof of Burn) – la « brûlure » se produit en envoyant des pièces à une adresse à partir de laquelle il est garanti qu’elles ne peuvent pas être dépensées. En se débarrassant de ses pièces, l’utilisateur obtient le droit au minage à vie, qui est également organisé comme une loterie entre tous les propriétaires de pièces brûlées.
  • Preuve de capacité (Proof of Capacity) – Mise en œuvre de l’idée populaire de « mégaoctets en tant que ressources ». Il est nécessaire d’allouer une quantité importante d’espace disque pour s’impliquer dans le minage.
  • Preuve de stockage (Proof of Storage) – similaire au concept précédent, dans lequel l’espace alloué est utilisé par tous les participants comme stockage « cloud » partagé.
Arthur K
Auteur du site cryptomonde.info depuis 2018, je partage ma passion pour le monde de la Crypto-monnaie en rédigeant des articles de l'actualité du Bitcoin et Blockchain.

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