Preuve de travail vs preuve de participation pour la mise à l’échelle des blockchains

Preuve de travail vs preuve de participation pour la mise à l’échelle des blockchains

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La plupart des gens dans le monde des crypto-monnaies savent que la validation du réseau se présente souvent sous deux formes: preuve de travail ou preuve de mise. Il y en a d’autres, mais ces systèmes sont communs et alimentent la plupart des chaînes de blocs les plus populaires. Ils prennent le même problème de base – la vérification des transactions – et le résolvent de manière unique. Cependant, les deux offrent des solutions différentes au débat en cours sur la mise à l’échelle. L’un a-t-il un véritable avantage sur l’autre, ou s’agit-il simplement de philosophies différentes? Nous allons examiner les deux.

Preuve de travail, expliquée

La plupart des gens ont entendu parler des «mineurs» de Bitcoin (BTC), mais que font-ils exactement? Essentiellement, les mineurs travaillent de manière compétitive pour résoudre des problèmes mathématiques complexes afin de sécuriser les transactions sur le réseau. Vous voyez, l’un des plus grands risques pour une blockchain est ce qu’on appelle une attaque à «double dépense». C’est quand quelqu’un dépense deux fois le même argent. Ce n’est pas souvent un problème avec les devises traditionnelles, mais avec les devises numériques, un système est nécessaire pour s’assurer que quelqu’un ne peut pas envoyer le même Bitcoin à plusieurs parties.

C’est là que les mineurs entrent en jeu. Comme mentionné, ils utilisent des processeurs puissants afin de valider chaque bloc de la chaîne avec des fonctions cryptographiques élaborées, garantissant que les transactions invalides, telles que les doubles dépenses, sont supprimées. En utilisant le consensus distribué, tous les autres mineurs et nœuds du réseau «conviennent» alors que ces transactions sont valides. Ce processus est appelé preuve de travail ou PoW.

La principale menace pesant sur ce système provient de la possibilité d’une attaque dite à 51%. C’est là qu’un attaquant gagne plus de la moitié de la puissance de calcul totale du réseau, ce qui signifie maintenant que le «consensus» est ce qu’il dit. Cela s’est déjà produit auparavant et demeure une préoccupation pour de nombreuses blockchains à ce jour.

Avec PoW, la sécurité est obtenue non seulement en raison de la nature complexe des fonctions cryptographiques en cours de traitement, mais aussi par le coût relativement élevé que cela prend en termes d’énergie. Cela rend l’attaque du réseau coûteuse. L’avantage est que la prise en charge de l’ensemble nécessiterait 51% de toute la puissance de traitement associée à la blockchain, ce qui est impossible pour les grandes chaînes telles que Bitcoin. L’inconvénient, cependant, est qu’il faut d’énormes quantités d’énergie pour protéger le réseau, ce qui rend le tout nettement moins efficace qu’une alternative centralisée. Cela ne représente également qu’un problème plus important, car la crypto-monnaie attire plus d’utilisateurs.

Depuis des années, les développeurs recherchent des moyens de rendre la technologie blockchain plus rapide, plus efficace et évolutive. Si Bitcoin, ou n’importe quel projet, va voir l’adoption mondiale, des solutions à ces problèmes doivent être trouvées. Les idées comprenaient l’agrandissement des blocs ou leur division en «fragments», ainsi que diverses solutions multicouches telles que les chaînes latérales. Nous allons examiner tout cela dans un instant, mais examinons d’abord la preuve de mise, qui est elle-même une réponse possible à la solution de mise à l’échelle.

En quoi la preuve de participation est différente

La preuve de participation, ou PoS, élimine complètement les mineurs et a plutôt des «validateurs». Les validateurs n’utilisent pas la puissance de traitement pour sécuriser les blocs, au lieu de cela, ils «mettent» littéralement leurs fonds sur les blocs qu’ils croient valides. Un validateur peut généralement être toute personne désireuse de miser des coins sur le réseau, et un algorithme détermine quels validateurs seront choisis pour chaque bloc. Alors que les mineurs veulent augmenter leurs chances de résoudre le problème mathématique complexe en y injectant plus de puissance de traitement, les validateurs augmentent leurs chances d’être sélectionnés pour valider un bloc en y injectant plus d’argent. Les mineurs sont incités à récompenser de nouvelles coins, mais les validateurs ne reçoivent souvent qu’une réduction des frais inclus dans le bloc, proportionnelle au montant qu’ils avaient jalonné auparavant.

Si un attaquant essaye de valider un mauvais bloc, l’attaquant perdra sa mise et sera privé de privilèges de validation supplémentaires. En ce qui concerne le problème des 51%, une partie malveillante cherchant à détourner le réseau n’aurait plus besoin de plus de la moitié de la puissance de traitement – elle aurait besoin de plus de la moitié de toutes les coins en circulation. C’est évidemment très improbable, car aucune communauté de crypto-monnaie n’aurait beaucoup confiance en une pièce où cela était même possible à distance. Enfin, cela résout le problème de consommation d’énergie présent avec PoW, car il n’est plus nécessaire de disposer d’un grand nombre d’ordinateurs puissants fonctionnant 24h / 24 et 7j / 7.

L’une des critiques du PoS est qu’il permet toujours une forme de centralisation. Fondamentalement, avoir plus d’un atout signifie que vous avez plus de poids pour la validation, ce qui vous rapporte plus de récompenses pour le jalonnement, ce qui signifie que vous avez maintenant encore plus de poids, etc. D’autres ont souligné le problème du «rien à jouer», où les validateurs pourrait sans doute investir des fonds dans plusieurs histoires de blockchain différentes. Enfin, le fait d’avoir trop de validateurs ralentit encore le réseau, car cela rend le consensus plus long à atteindre par rapport au nombre de validateurs. Heureusement, des moyens de résoudre tous ces problèmes sont à l’étude.

Entrez la preuve de participation déléguée

Une solution potentielle aux lacunes de la conception PoS d’origine est appelée preuve de participation déléguée, ou DPoS. Le modèle DPoS est différent, car au lieu que chaque utilisateur mette des ressources afin d’être un validateur, les utilisateurs votent sur les parties qui devraient être les validateurs du bloc suivant. Implanter plus de ressources donne plus de poids à votre vote, mais seul un nombre limité de validateurs sont réellement utilisés, et ils peuvent être votés ou réintégrés avec chaque bloc.

Étant donné que tous les utilisateurs peuvent participer et voter, la communauté doit garder le contrôle si elle estime qu’un validateur n’agit pas dans son meilleur intérêt. Les validateurs sont évidemment incités à travailler avec la communauté car être élu au poste vous permet de recevoir des récompenses en bloc. Enfin, en limitant le nombre de parties impliquées, un consensus peut être atteint beaucoup plus rapidement, ce qui pourrait potentiellement permettre une augmentation notable de la vitesse du réseau. Certains des plus grands projets mettant en œuvre ce système comprennent EOS et Tron.

Bien sûr, la centralisation est une préoccupation ici, car il y a encore une chance pour ceux qui ont des ressources massives de manipuler le vote. C’est une préoccupation légitime, mais en général, la communauté dans son ensemble devrait conserver un pouvoir de vote plus important que n’importe quelle entité unique, et un validateur élu n’est encore que l’un des nombreux, limitant ainsi son pouvoir réel.

Autres façons de mettre à l’échelle la preuve de travail

Tout le monde n’est pas convaincu que le PoS est l’avenir, il reste donc quelques pistes viables à explorer pour étendre le PoW. Comme mentionné, l’un des systèmes sur la table est simplement de faire en sorte que les blocs eux-mêmes contiennent plus de transactions. À court terme, cela semble en fait assez raisonnable. Les blocs plus gros sont un bon moyen d’augmenter le débit du réseau assez rapidement, mais ils peuvent être assortis de quelques mises en garde. D’une part, des blocs plus gros ne sont pas nécessairement une solution globale. À long terme, vous ne pouvez pas simplement continuer à faire des blocs de plus en plus indéfiniment. Passer de blocs de 1 mégaoctet à des blocs de 2 Mo ou 4 Mo n’est pas vraiment un gros problème, mais où cela se termine-t-il? 1 gigaoctet? 10 Go? Au moins pour les chaînes de blocs conçues comme Bitcoin, la taille supplémentaire des blocs commencerait à rendre le stockage de la chaîne entière extrêmement lourd. Bien sûr, si la vitesse de transaction est moins prioritaire que le stockage de données sur la blockchain, alors les gros blocs redeviennent utiles, et il s’assure vraiment qu’ils sont synchronisés, ce qui devient l’aspect le plus important.

Une autre philosophie que certains projets étudient est une technique appelée «sharding». Le sharding fonctionne en divisant les blocs en «fragments», qui sont ensuite traités sur le réseau – seulement chaque mineur n’a pas à traiter chaque fragment. Cela signifie que chaque bloc n’est exploité que partiellement par chaque mineur, ce qui signifie que moins d’énergie doit être utilisée et le bloc peut également être validé plus rapidement. La même logique peut également être appliquée à un système PoS, mais au lieu de mineurs, ce serait des validateurs. Dans les deux sens, le plan consiste à augmenter la latence globale en évitant que chaque joueur du réseau ne doive traiter l’intégralité de chaque bloc.

Le sharding présente cependant certains inconvénients qui n’ont pas encore été suffisamment résolus. D’une part, après avoir divisé la blockchain en fragments, ces fragments ne peuvent pas communiquer entre eux. Cela pourrait être problématique pour les applications qui reposent sur plusieurs fragments. Bien qu’un système de communication difficile puisse être développé, il serait extrêmement complexe et risquerait une pléthore d’erreurs de données potentiellement dévastatrices.

Dans le même esprit, le sharding ouvre également un nouveau risque de sécurité. En théorie, les pirates pourraient désormais attaquer le réseau en se concentrant sur un seul fragment, ce qui prendrait beaucoup moins de ressources que d’essayer de prendre le contrôle d’un bloc entier. Ils pourraient ensuite créer des transactions apparemment valides dans le fragment et le renvoyer à la chaîne principale. Une attaque comme celle-ci n’a aucun sens si les blocs sont conservés en entier, elle reste donc un risque valable pour les fonds des utilisateurs.

Un autre domaine important sur lequel se penchent les chercheurs est ce que l’on appelle les «chaînes latérales» ou les «solutions de deuxième couche». En résumé, il s’agit généralement d’un réseau distinct qui se trouve au sommet d’une blockchain et gère les transactions «hors chaîne». Les utilisateurs peuvent ouvrir des «canaux» entre eux et effectuer des transactions comme bon leur semble, et ce n’est qu’en fermant ce canal que les données sont regroupées et écrites sur la chaîne principale pour créer l’enregistrement immuable. Plusieurs canaux peuvent être reliés entre eux afin de former un réseau de paiement mondial qui est soutenu par la blockchain mais qui peut se déplacer beaucoup plus rapidement en temps réel. Ceci est particulièrement idéal pour les transactions fréquentes et de petite taille et pourrait fournir un moyen de voir la crypto-monnaie utilisée comme espèces.

Il y a quelques inconvénients, car dans la forme actuelle, les canaux doivent généralement être «garantis». Cela signifie que l’argent doit être mis dans le canal avant de pouvoir être utilisé. Combiné avec le fait que tous les bogues n’ont pas été résolus, cela peut certainement entraîner un risque sérieux pour les fonds en cas de problème avant qu’il ne soit enregistré sur la blockchain. Généralement, il faut un travail très précis dans ces protocoles pour s’assurer que les chaînes latérales et la chaîne principale restent parfaitement synchronisées, mais jusqu’à présent, les résultats sont optimistes.

Certaines des versions les plus populaires de cette technologie incluent le réseau Lightning pour Bitcoin et le réseau Raiden pour Ethereum. Ces projets sont certainement encore à un stade précoce, et il existe en fait plusieurs versions du réseau Lightning en cours de développement. Il n’est pas encore clair quelle version deviendra la norme, le cas échéant. Un autre exemple de projet de solution de deuxième couche pour Ethereum est appelé Plasma et verrait des contrats intelligents utilisés pour créer des chaînes latérales de données de transaction qui, encore une fois, n’écriraient qu’occasionnellement sur la couche principale. De même, Charles Hoskinson, le créateur de Cardano, a discuté de la prochaine technologie Hydra du projet, qui introduit des éléments d’une deuxième couche ainsi que le partage dans l’espoir d’atteindre plus de «1 million de transactions par seconde».

ILCoin est un autre projet qui prend des éléments de plusieurs de ces différentes solutions et les rassemble. ILCoin utilise quelque chose appelé le protocole RIFT, et il aborde la blockchain d’une manière légèrement différente pour créer un «système de blockchain hybride décentralisé» ou DHCB. Il s’agit d’un système multicouche toujours basé sur l’algorithme PoW SHA-256 que Bitcoin utilise, mais ici la chaîne est composée de blocs remplis de «mini-blocs». Les mini-blocs sont fixés à 25 Mo, mais le nombre d’entre eux pouvant tenir à l’intérieur d’un bloc normal n’a, en théorie, aucune limite. L’équipe déclare avoir réussi à créer des blocs jusqu’à 5 Go, et selon sa documentation:

«En supposant que chaque transaction occupe le nombre minimal d’octets possible, chaque bloc peut contenir jusqu’à 21551724 transactions au maximum. Avec un temps moyen d’exploration de bloc de 3 à 5 minutes, cela équivaut à entre 71839 et 119731 transactions par seconde en utilisant un bloc de 5 Go. »

Grâce au protocole RIFT, à des blocs de 5 Go et à l’architecture de mini-bloc, ILCoin a prévu le lancement de sa Decentralized Cloud Blockchain, ou DCB, pour cette année. L’équipe affirme que DCB permettra le stockage en chaîne d’un large éventail de contenus numériques, y compris des images, des vidéos et plus encore. Jusqu’à présent, le stockage de grandes quantités de données en chaîne n’était pas possible en raison des ballonnements de la chaîne de blocs.

Encore beaucoup de travail à faire

La réalité pourrait être qu’il n’y a pas qu’une seule solution correcte pour la mise à l’échelle. Chaque projet devra peut-être examiner comment il est utilisé et demander quel chemin ou quels chemins lui conviennent le mieux. Sans oublier de nouvelles stratégies et technologies qui émergent constamment et qui pourraient bouleverser tout le jeu à tout moment. Bien que toutes les idées ici soient extrêmement prometteuses, le livre n’est pas encore écrit sur la façon de mettre à l’échelle les chaînes de blocs. Il est probable qu’une combinaison de plusieurs de ces idées et d’autres façonnera finalement la façon dont la crypto-monnaie atteint un public de masse, mais le problème doit être résolu avant qu’il ne le fasse. Sinon, il est possible qu’une chaîne centralisée autorisée soit le seul type accessible à une population mondiale.

Avertissement. Crypto ne cautionne aucun contenu ou produit sur cette page. Bien que notre objectif soit de vous fournir toutes les informations importantes que nous pourrions obtenir, les lecteurs doivent faire leurs propres recherches avant de prendre des mesures liées à la société et assumer l’entière responsabilité de leurs décisions, ni cet article ne peut être considéré comme un conseil en investissement.

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