Qu’est-ce qu’un mécanisme de consensus de la blockchain ?

Imaginez que vous êtes le commandant d’une armée composée de plusieurs pelotons de soldats, chacun situé à un point de débarquement différent. Vous prévoyez d’attaquer une zone fortifiée à un moment précis. Pour ce faire, vous devez vous coordonner avec chacun de vos pelotons afin de vous assurer qu’ils connaissent tous l’heure, le lieu et le plan d’action de l’attaque.

Mais cela pose un certain nombre de problèmes. Que se passe-t-il si un ou plusieurs pelotons décident de battre en retraite à la dernière minute ? S’ils attaquent trop tôt ? S’ils arrivent au mauvais endroit ? S’il y a des traîtres dans un peloton qui tentent de saboter le plan ? 

Pour que l’attaque réussisse, il est essentiel que tout le monde parvienne à un accord unanime, autrement dit à un consensus, sur le plan à suivre. Cet exemple est basé sur le problème des généraux byzantins, un concept publié dans un article de 1982 qui illustre les difficultés liées à la mise en place d’un système de communication robuste lorsque les participants présumés à ce système peuvent agir de manière malhonnête. 

Bitcoin est devenu le premier système décentralisé à résoudre ce problème de longue date en mettant en œuvre ce qu’on appelle un mécanisme de consensus.

Un mécanisme de consensus de la blockchain est un type de système automatisé qui vise à atteindre deux objectifs principaux.

1. Garantir qu’une communauté distribuée et sans leader de validateurs de réseau soit en mesure de s’accorder efficacement et à l’unanimité sur les données nouvelles et existantes du registre blockchain.
    
2. Garantir que tous les validateurs du réseau respectent les règles du protocole et remplissent leurs rôles de manière honnête.

La validation des données consiste à vérifier que les nouvelles informations sont exactes et valides. Ce processus est extrêmement important dans un système décentralisé, en particulier un système monétaire décentralisé. Si des informations de transaction invalides pouvaient être ajoutées à la blockchain, telles qu’un solde erroné ou des dépenses en double pour une transaction, cela compromettrait complètement l’intégrité de cette base de données.

Personne ne se fierait à une base de données dont l’intégrité n’est pas éprouvée et personne ne l’utiliserait.

Les mécanismes de consensus permettent de résoudre un autre problème clé : la sécurité du réseau. 

Satoshi Nakamoto, le créateur de Bitcoin, a été le premier à reconnaître que les mécanismes de consensus pouvaient également servir de système efficace pour dissuader les acteurs malveillants de tenter de prendre le contrôle du réseau par une attaque majoritaire (en prenant le contrôle de plus de 50% d’un réseau). Cette innovation révolutionnaire a contribué à consolider le protocole Bitcoin en tant que première crypto-monnaie décentralisée viable à l’échelle mondiale.

Bien qu’il existe de nombreux types de mécanismes de consensus utilisés par différentes blockchains, la plupart d’entre eux fonctionnent fondamentalement en exigeant des nœuds validateurs qu’ils effectuent un certain investissement et/ou fournissent un certain effort avant de se voir accorder le droit de proposer et de valider de nouveaux blocs de données.

L’idée fondamentale est simple. Les validateurs qui ont investi leur temps et leur argent pour participer au réseau sont théoriquement moins susceptibles d’essayer de le corrompre, car ils ont quelque chose à perdre.

En bref, les mécanismes de consensus sont simplement des systèmes qui encouragent les validateurs à respecter les règles par la coercition (menace de sanction) et/ou l’incitation (récompense pour bon comportement).

Comme nous l’avons mentionné, il existe de nombreuses méthodes différentes utilisées par diverses blockchains pour parvenir à un consensus dans le secteur de la crypto.

Cependant, les deux plus populaires sont les mécanismes de consensus Proof-of-Work (PoW) et Proof-of-Stake (PoS).

Proof-of-Work est le mécanisme de consensus utilisé par le bitcoin et un large éventail d’autres crypto-monnaies. 

Développé pour la première fois en 1993 par les informaticiens Cynthia Dwork et Moni Naor afin de lutter contre les emails indésirables, Satoshi Nakamoto a repris ce concept et l’a adapté pour l’utiliser dans un système monétaire décentralisé.

Le mécanisme de consensus PoW fonctionne en exigeant des validateurs, appelés "mineurs", qu’ils achètent, louent ou externalisent du matériel informatique et qu’ils utilisent cette puissance pour remporter une compétition cryptographique en échange de récompenses. Ce processus est plus communément appelé "minage de crypto".

Vous trouverez toutes les informations sur le minage en cliquant ici.

En exigeant des validateurs qu’ils investissent dans du matériel informatique et qu’ils couvrent les coûts liés à son fonctionnement, l’idée derrière le mécanisme de consensus PoW est de dissuader les agents malveillants potentiels de se lancer dans une telle entreprise. De même, en raison de la structure incitative des récompenses de bloc (les récompenses obtenues en remportant la compétition de minage), la participation honnête peut être bien rémunérée.

En termes de sécurité, à mesure que de nouveaux mineurs rejoignent le réseau et que le matériel devient plus sophistiqué, le coût d’une attaque contre la blockchain Bitcoin augmente de manière exponentielle. En effet, un auteur d’attaque devrait disposer d’une puissance de calcul extrêmement importante pour obtenir une majorité de 51% sur le reste du réseau. Même dans ce cas, rien ne garantirait qu’il remporterait la compétition de minage toutes les dix minutes pour établir avec succès une chaîne invalide de nouveaux blocs.

La preuve d’enjeu est un type relativement nouveau de mécanisme de consensus mis au point par Sunny King et Scott Nadal en 2012. Les mécanismes de consensus PoW et PoS remplissent les mêmes objectifs clés, mais d’une manière unique et différente.

Pour devenir validateur sur une blockchain PoS, les participants doivent acheter et verrouiller une certaine quantité de la crypto-monnaie native du projet correspondant dans un contrat intelligent. C’est ce qu’on appelle le staking.

Un contrat intelligent de staking agit essentiellement comme un compte séquestre et verrouille les tokens pour une durée fixe ou variable en fonction des conditions spécifiques de chaque protocole de blockchain.

Les validateurs sont choisis au hasard par le protocole pour proposer de nouveaux blocs dans des créneaux temporels définis, souvent appelés "époques". Les stakers peuvent augmenter leurs chances d’être sélectionnés pour proposer de nouveaux blocs en augmentant la quantité de tokens ou de coins qu’ils consacrent au staking.

Ce système fonctionne de manière similaire à un système de loterie, où plus vous avez de billets, plus vous avez de chances de gagner le jackpot. Mais là encore, rien ne garantit que vous gagnerez à chaque fois, tout comme à la loterie. Une personne qui n’a qu’un seul billet peut toujours gagner plus que quelqu’un qui en a des milliers. Il en va de même pour le staking de crypto.

Peercoin a été la première crypto-monnaie à présenter ce mécanisme, mais Ethereum est peut-être l’exemple le plus connu de blockchain PoS après avoir effectué sa transition depuis le mécanisme de consensus PoW en 2022.

En plus de verrouiller des tokens, certains mécanismes de consensus PoS, comme celui utilisé par Ethereum, infligent des pénalités en cas de comportement malhonnête par le biais d’un processus appelé "slashing". 

Si le protocole soupçonne une activité malveillante, les fonds verrouillés d’une personne peuvent être confisqués, ou "slashés", partiellement ou totalement, sans avertissement. Cela dissuade de manière coercitive les mauvais comportements et contribue à garantir que tous les participants au réseau respectent les règles.

Au-delà du PoW et du PoS, des dizaines de mécanismes de consensus différents ont vu le jour, qui représentent des versions nouvelles ou hybrides des mécanismes susmentionnés. Chacun tente de résoudre le problème des généraux byzantins de différentes manières. notamment pour :

• Proof-of-Activity (PoA)
• Proof-of-History (PoH)
• Proof-of-Importance (PoI)
• Proof-of-Capacity (PoC)
• Proof-of-Burn (PoB)
• Preuve d’autorité (PoA)
• Proof-of-Stake (DPoS) déléguée
• Proof-of-Elapsed Time (PoET)

S’il n’existe pas de mécanisme de consensus clairement supérieur aux autres, beaucoup considèrent les systèmes PoS et PoW comme les plus efficaces.

Le principal avantage du mécanisme de consensus PoW (minage) par rapport au PoS (staking) est qu’il offre une sécurité nettement supérieure contre les attaques majoritaires des 51%. Cependant, les mineurs consomment collectivement d’énormes quantités d’énergie pour atteindre ce niveau de sécurité élevé, ce qui préoccupe fortement de nombreux écologistes, régulateurs et entreprises mondiales depuis quelques années. La consommation d’énergie du mécanisme de consensus PoW est un sujet complexe que nous avons abordé plus en détail dans notre article Déboulonner les mythes de la crypto : le bitcoin détruit l’environnement."

Le système PoS, en revanche, est nettement plus économe en énergie. Aucun matériel énergivore n’est nécessaire pour staker et plusieurs blocs peuvent être validés simultanément grâce à des solutions d’évolutivité telles que le sharding. 

Cela dit, aucun des deux n’est parfait et tous deux présentent leurs propres problèmes de centralisation. Dans les deux cas, ceux qui ont le plus d’argent peuvent obtenir un avantage déloyal sur les autres participants du réseau.

Dans les systèmes PoW, les grandes sociétés de minage dominent le secteur et rendent la participation financièrement impossible pour les petits mineurs amateurs. 

Dans les systèmes PoS, ceux qui stakent d’énormes quantités de tokens sont beaucoup plus susceptibles de proposer de nouveaux blocs et de gagner des récompenses que tous les autres membres du réseau.

Néanmoins, on peut affirmer qu’il s’agit là d’une conséquence naturelle de la plupart, sinon de la totalité, des mécanismes de consensus.

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