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Cours 7
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Algorithmes de consensus : la proof-of-stake

Comme vous l'avez appris lors du dernier cours, le réseau Bitcoin utilise un processus appelé proof-of-work (PoW) pour fonctionner. Au-delà du bitcoin et d'autres cryptomonnaies basées sur la proof-of-work, il existe une autre méthode pour parvenir à un consensus dans une blockchain : la proof-of-stake. Ces deux systèmes ont leurs avantages et leurs inconvénients.

  • À côté de la proof-of-work, la proof-of-stake (PoS) est actuellement le deuxième mécanisme de consensus le plus fréquemment utilisé dans la technologie blockchain ;
  • L'algorithme proof-of-stake sélectionne le créateur du prochain bloc en fonction de divers mécanismes généralement liés à leur participation ;
  • Dans un réseau « delegated proof-of-stake » (preuve d'enjeu déléguée, DPoS) comme EOS, les utilisateurs votent à l'aide de leurs tokens pour élire les créateurs de blocs, qui valident les transactions et partagent avec la communauté la récompense de bloc qu'ils obtiennent ;
  • Comme les créateurs de blocs sont élus avec des tokens en guise de vote, ils peuvent perdre leur pouvoir presque instantanément s'ils agissent contre la communauté ;
  • Les systèmes proof-of-stake comportent des risques tels que les conséquences accrues du piratage et du vol ;
  • Les participants doivent être adéquatement incités à agir dans l'intérêt du réseau afin d’en assurer le bon fonctionnement.

Dans ce cours, vous allez découvrir l'algorithme de consensus proof-of-stake.


Qu'est-ce qu'un algorithme de consensus proof-of-stake (PoS) ?

Un algorithme de consensus proof-of-stake (PoS) est un ensemble de règles régissant un réseau blockchain et la création de sa cryptomonnaie native, c'est-à-dire qu'il a le même objectif qu'un algorithme proof-of-work (PoW) dans le sens où il est un instrument pour parvenir à un consensus. Contrairement au PoW, aucun mineur n'est impliqué dans le processus. 

En revanche, avant de pouvoir se lancer dans la validation des transactions et la création de nouveaux blocs dans un réseau proof-of-stake, les participants au réseau doivent posséder une certaine quantité de cryptos de ce réseau, lesquelles sont également stockées dans des wallets reliés à cette blockchain. C'est ce qu'on appelle une « mise en jeu » ou un « enjeu ». Un créateur de blocs dans un système PoS se limite à créer des blocs proportionnels à sa participation dans le réseau. 

Ainsi, les réseaux PoS sont basés sur des algorithmes déterministes, ce qui signifie que les validateurs de blocs sont élus en fonction de la nature de l'enjeu. Par exemple, la sélection du solde du compte comme seul critère pour définir la validité du prochain bloc dans une blockchain risquerait d'entraîner une centralisation non souhaitée. Par conséquent, les membres riches d'un réseau bénéficieraient de grands avantages. 

Ainsi, les réseaux PoS sont basés sur des algorithmes déterministes, ce qui signifie que les validateurs de blocs sont élus en fonction de la nature de l'enjeu.

Pour cette raison, il existe différentes méthodes de sélection pour définir un enjeu, ou une combinaison d'enjeux. Différentes cryptomonnaies qui fonctionnent avec la PoS utilisent différentes variantes pour définir les « enjeux ». Parmi les exemples de ces variantes, nous pouvons citer le solde effectif des cryptomonnaies sur un compte, un temps mort pendant lequel les tokens doivent être dans une blockchain pour contribuer à la génération de blocs, l'âge de la cryptomonnaie (le nombre de cryptomonnaies détenues dans un wallet multiplié par le nombre de jours que ces cryptomonnaies ont passé dans ce wallet), et d'autres facteurs. 

 

Points forts et points faibles des algorithmes proof-of-stake

D'une part, la PoS comble certaines des lacunes d'un système PoW sur lequel fonctionnent les cryptomonnaies comme le bitcoin. La PoS élimine essentiellement les obstacles à l'entrée du processus de validation. Les utilisateurs n'ont plus besoin d'investir dans des ordinateurs spécialisés dans le seul but d'avoir une chance de gagner cette récompense de bloc si difficile à obtenir. C'est pour cette raison que la PoS nécessite moins de puissance informatique et a donc également moins d'impact sur l'environnement que la PoW.

D’autre part, certains réseaux PoS présentent des défauts majeurs, selon les variantes utilisées pour définir l'enjeu d'un réseau. Les créateurs de blocs de certaines cryptomonnaies peuvent exercer une puissance incroyable s'ils sont peu nombreux dans le réseau et qu'ils valident toutes les transactions. Cependant, le pouvoir d'un créateur peut être automatiquement révoqué à tout moment s'il fait agit à l'encontre de l'intérêt du réseau. Par exemple, si un créateur de cryptomonnaies EOS ne parvient pas à travailler sur des blocs pendant 24 heures, une sauvegarde prend rapidement sa place. 

Le deuxième défaut majeur est qu'un certain nombre de systèmes PoS favorisent les utilisateurs riches : plus vous avez de cryptomonnaies, plus vous avez d’impact sur les votes.

Le deuxième défaut majeur est qu'un certain nombre de systèmes PoS favorisent les utilisateurs riches : plus vous avez de cryptomonnaies, plus vous avez d’impact sur les votes. Des réseaux comme Cardano ont déjà résolu ce problème en mettant en place une sélection aléatoire des créateurs de blocs. Dans ce cas, les utilisateurs les plus riches ont toujours plus de chances de devenir créateurs de blocs, mais l'influence extérieure des « baleines » est amoindrie. Ces dernières sont les participants qui détiennent bien plus de cryptomonnaies que l'utilisateur moyen d'un réseau donné. 

« Nothing at stake »

Enfin, il y a ce problème du réseau proof-of-stake, appelé « nothing at stake » (rien en jeu). Dans un réseau PoW, il est rare que deux mineurs produisent un bloc presque simultanément grâce à un décalage dans le temps. Cette situation entraîne une confusion temporaire dans le réseau qui nécessite que les nodes parviennent à un consensus sur le bloc valide. Par conséquent, les mineurs doivent choisir la version de la blockchain à laquelle ils consacreront leurs ressources, contournant ainsi d'autres possibilités. 

Cependant, étant donné que dans le système PoS, la création de nouveaux blocs nécessite peu de ressources, un validateur peut choisir de continuer à travailler sur plusieurs versions du fork et de forger de nouveaux blocs. Comme il n'y a pas de coûts d'opportunité pour forger dans une blockchain en particulier, il n'y a « rien en jeu » pour les utilisateurs qui créent des blocs. C'est pourquoi les utilisateurs pourraient miner sur les branches concurrentes d'une blockchain pour maximiser le montant des frais de transaction qu'ils reçoivent. Afin de résoudre ce problème, la plupart des cryptomonnaies PoS disposent de mécanismes de protection supplémentaires intégrés dans leur protocole. 

Qu'est-ce qu'une « delegated proof-of-stake » ?

Un algorithme de consensus « delegated proof-of-stake » (preuve d'enjeu déléguée, DPoS) est une variante du protocole de consensus proof-of-stake. Les utilisateurs du réseau sélectionnent un nombre suffisant de délégués (également appelés témoins) pour assurer la décentralisation du réseau. Les délégués élus vérifient les transactions et génèrent des blocs. Si un délégué reçoit une récompense globale, il la partage généralement avec les wallets qui ont voté pour lui et qui ont également un enjeu dans le réseau. 

Dans un réseau DPoS, les paramètres du réseau tels que la taille des transactions et les intervalles de bloc peuvent être modifiés par le vote des délégués (également appelés témoins). 

Si un délégué ne parvient pas à vérifier les transactions ou si d'autres pannes se produisent dans un réseau, ce mécanisme de consensus permet de détecter rapidement les écarts et de remplacer les créateurs de blocs qui ne respectent pas le consensus. 

Scénarios futurs pour les réseaux proof-of-stake

À l'heure actuelle, le bitcoin continue de compter parmi les cryptomonnaies dominantes. Cependant, compte tenu de la nécessité de mécanismes de consensus économes en énergie, les algorithmes proof-of-stake (PoS) continueront très probablement à jouer un rôle intégral dans l'avenir du secteur de la blockchain dans son ensemble. Actuellement, plus de 400 cryptomonnaies utilisent la PoS comme algorithme de consensus. Dans les cours à venir, nous approfondirons les algorithmes de consensus et les tiers qui proposent des alternatives aux principaux mécanismes de consensus. 

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