Un algorithme de consensus est une procédure utilisée en informatique dans laquelle les participants d'un réseau conviennent de l'état du réseau ou de l'état d'une seule valeur de données et établissent la confiance entre les pairs inconnus du réseau. 

Les algorithmes de consensus sont conçus pour que les membres d'une blockchain parviennent à un accord pour valider une transaction sur le réseau, modifier les paramètres du réseau, décider quels nœuds sont dignes de confiance pour traiter de nouveaux blocs et d'autres fonctions importantes.

Ne vous laissez pas décourager par la nature technique de cet article – trouver le « consensus » est partout autour de nous – c'est une notion très humaine, mais juste appliquée à quelque chose qui peut être automatisé. 

Pour commencer, dans les systèmes centralisés, les tâches consensuelles sont exécutées par une autorité centrale. 

Dans les systèmes décentralisés comme Bitcoin, nous avons un réseau composé de centaines, de milliers, voire de centaines de milliers de mineurs ou de nœuds qui se rejoignent pour effectuer une ou plusieurs tâches et fournir un écosystème fiable et efficace.

En pensant au consensus décentralisé avec cet exemple, supposons que vous soyez dans un groupe de quatre amis et que l'un des membres, Alex, présente une cinquième personne, Bob. Lorsque Bob partira, très probablement, le groupe commencera à parler de Bob (c'est le protocole) pour voir s'ils l'aimaient (le résultat sera le "consensus") 

José : « Bob a l'air d'être un mec cool.

Kevin : « Ouais, mec cool. Comment l'as-tu rencontré ?

Alex : « Il était dans l'un de mes cours de finance à l'université ; nous partagions des conseils de trading de crypto, et il a fini par être un gars assez drôle.

Kevin: "Bien, mais ses mèmes étaient juste super bizarres."

John : "Vous ne comprenez tout simplement pas la culture des mèmes."

José : "Oui, vous ne passez pas beaucoup de temps à parcourir TikTok. Je les ai trouvés assez amusants."

Dans cet exemple, un « consensus » a été atteint sur la question de savoir si Bob s'intègre bien dans le groupe d'amis. Il y a souvent un nécessaire consensus d'opinion même en l'absence d'engagements spécifiques ou de contrats conclus. Un participant, Kevin, hésite à laisser Bob dans le groupe, mais José, Alex et John sont d'accord avec Bob.

Dans ce cas, si nous devions codifier l'exemple ci-dessus dans un algorithme de consensus : alors ce serait 3 "il est cool" et 1 "il est cool mais je ne suis pas sûr de XYZ" donne toujours un "il est cool". La majorité gagne, donc Bob pourra passer du temps avec les enfants cool malgré l'opinion de Kevin. 

Bitcoin, par exemple, est conçu pour trouver un consensus sur la validité ou non des nouvelles transactions. 

Ici, nous passerons en revue les types d'algorithmes de consensus de blockchain les plus populaires - et les moins populaires - sur les réseaux publics et privés.

Qu'est-ce qu'une preuve de travail?

La preuve de travail (PoW) est l'algorithme de consensus le plus populaire et le plus ancien issu de la création de Bitcoin en 2009 par Satoshi Nakamoto. Un système PoW consiste en un réseau mondial de mineurs - appelés nœuds de réseau - qui se font concurrence pour résoudre des énigmes mathématiques. Le mineur qui résout avec succès le puzzle gagne le droit d'ajouter un nouveau bloc à la blockchain et reçoit une récompense payée en crypto-monnaie nouvellement créée. 

La preuve de travail est essentiellement une façon pour un mineur de prouver qu'il a fourni une puissance de calcul pour parvenir à un consensus sur le réseau et valider l'authenticité de chaque bloc. De plus, chaque bloc (transaction) est organisé dans un ordre séquentiel, éliminant ainsi le risque de double dépense.

Jusqu'à présent, PoW a été le mécanisme de consensus le plus sûr pour les blockchains de crypto-monnaie. La modification du réseau nécessiterait qu'un attaquant réexploite tous les blocs existants de la chaîne. Plus la blockchain grandit, plus il est difficile de monopoliser la puissance de calcul du réseau car cela nécessiterait une énorme consommation d'énergie et des équipements coûteux.

Une fois qu'un mineur résout une énigme, il trouve un Nonce (abréviation de nombre utilisé une fois) qui produit un hachage avec une valeur inférieure ou égale à celle définie par la difficulté du réseau. 

Le nonce est un élément central des systèmes PoW car il permettra au mineur de créer un en-tête de bloc haché avec la fonction de hachage SHA-256, ce qui signifie mettre un numéro de référence pour un bloc dans une chaîne. L'en-tête du bloc contient également un horodatage et le hachage du bloc précédent.

Les inconvénients du PoW

Les mineurs doivent fournir une puissance de calcul considérable pour résoudre les énigmes. Mais comme les calculs sont complexes, la quantité d'énergie consommée par un seul S9 Antminer est généralement comprise entre 1400 et 1500 watts par heure pour un hashrate de 14.5 TH/s. Le S19, une version plus puissante, consomme 3250 watts par heure à un hashrate de 110 TH/s. 

Avec quelques calculs, nous pouvons calculer la quantité d'énergie que les centres de données ou les sociétés minières consomment avec des centaines ou des milliers de plates-formes minières au même endroit chaque jour. La forte consommation d'énergie et les atteintes à l'environnement sont les principaux reproches tirés des preuves de travail. 

Pour mettre cela en perspective, avant qu'Ethereum ne passe à la preuve de participation, les mineurs d'Ethereum dans le monde consommaient environ 10 TWh/an, comme la République tchèque.

Le bruit fort nuit également aux niveaux d'audition humaine - au-dessus de 80 dBa. C'est pourquoi les plates-formes minières sont généralement conservées dans des sous-sols ou des installations minières pour éviter de perturber les activités quotidiennes.

Qu'est-ce que la preuve d'enjeu?

La preuve de participation (PoS) est le deuxième algorithme de consensus le plus populaire. Au lieu de mineurs, les blockchains PoS ont des validateurs de réseau qui utilisent leurs pièces/jetons comme preuve de leur engagement envers le réseau plutôt que comme puissance de calcul. 

Le jalonnement signifie «verrouiller» les actifs cryptographiques pendant une période dans une plate-forme blockchain, ce qui, en retour, récompense les utilisateurs avec plus de crypto-monnaie. 

PoW vs PoS : principales différences

Dans PoS, les utilisateurs peuvent miser une partie de leurs actifs dans le seul but de générer des revenus passifs. L'autre option est de devenir un validateur. Contrairement aux systèmes PoW, les validateurs ne se font pas concurrence pour créer de nouveaux blocs puisqu'ils sont choisis au hasard par un algorithme. Plus un utilisateur mise de pièces/jetons, plus il a de chances de devenir un validateur et de créer de nouveaux blocs dans la blockchain. 

Dans les systèmes PoW, le temps de génération de nouveaux blocs est déterminé par la difficulté de minage ; plus les participants rejoignent le réseau, plus la puissance de hachage est grande, c'est-à-dire la puissance de calcul nécessaire pour extraire de nouveaux blocs. En revanche, les blockchains PoS ont un temps de génération de bloc fixe divisé en créneaux - le temps nécessaire pour créer un bloc - et en époques, qui sont des unités de temps constituées de créneaux. 

Pour mieux expliquer cela, un créneau dans Ethereum consiste en 12 secondes, soit le temps nécessaire au réseau pour créer un bloc, et 32 ​​créneaux créent une époque. Par conséquent, une époque est de 6.4 minutes. Chaque emplacement dans une blockchain PoS a un nombre prédéterminé de validateurs qui votent sur la validité du bloc proposé. Si le bloc est valide, il est ajouté à la chaîne, et le proposant du bloc et les attestateurs reçoivent des récompenses en ETH.

Les blockchains PoS punissent les acteurs malveillants pour avoir attaqué le réseau avec des attaques de style 51%, appelées slashing, où des validateurs honnêtes éjectent le validateur malveillant du réseau et vident leur solde. Cela décourage les acteurs malveillants d'attaquer le réseau car le nombre requis de fonds jalonnés est considérablement élevé. Dans le cas d'Ethereum, 32 ETH.

Avantages du point de vente :

• Moins énergivore par rapport au PoW
• Plus adapté pour travailler avec des solutions de couche 2 que PoW
• Capable d'atteindre un débit plus élevé puisqu'un consensus est établi avant que les blocs ne soient passés.
• Moins cher que les blockchains PoW car il ne nécessite pas de matériel d'élite pour créer de nouveaux blocs.

Inconvénients du point de vente

• Les systèmes PoS sont toujours soumis à la centralisation si les validateurs avec un grand nombre de jetons jalonnés peuvent influencer le réseau. 
• Moins éprouvé en termes de sécurité par rapport aux blockchains PoW.

Qu'est-ce que la preuve de l'histoire ?

La preuve d'historique (PoH) est un algorithme de consensus présenté par la blockchain Solana et consiste à placer un horodatage à tous les événements sur le réseau pour prouver qu'ils ont eu lieu à un moment donné. PoH peut être décrit comme une horloge cryptographique qui confirme les transactions dans un ordre séquentiel. 

Solana combine son approche PoH avec PoS. Par conséquent, les participants au réseau doivent jalonner SOL pour devenir des validateurs et traiter de nouveaux blocs, et le mécanisme PoH vérifie la validité de ces transactions en temps réel. En d'autres termes, PoH maintient la sécurité, tandis que PoS apporte un réseau de validateurs qui peuvent vérifier les horodatages et confirmer les transactions.

Cependant, Solana sacrifie la décentralisation pour fournir un débit de transaction ultra-rapide. La blockchain repose sur une architecture semi-centralisée dans laquelle un seul nœud est élu en tant que leader chargé de mettre en œuvre une seule source de temps, c'est-à-dire l'horloge PoH, et tous les autres nœuds doivent suivre les séquences de temps en conséquence. Les dirigeants sont périodiquement élus via des élections PoS.

Bien que Solana soit l'une des chaînes de blocs les plus rapides du secteur, elle souffre régulièrement de temps d'arrêt. Depuis son lancement en 2020, le réseau a subi une dizaine de pannes, dont cinq en 2022. La principale raison de ces pannes est un « nœud mal configuré ».

Qu'est-ce que la preuve de participation déléguée ?

Preuve de participation déléguée (DPoS) est une variante du concept PoS dans lequel la communauté joue un rôle central.

Dans les blockchains DPoS, les membres de la communauté misent leurs crypto-monnaies pour voter pour les prochains témoins ou délégués pour la production de blocs. Pour ce faire, les utilisateurs doivent regrouper leurs jetons dans le pool de jalonnement de la blockchain, puis lier les fonds à un délégué spécifié. 

DPoS a été développé par l'ancien CTO d'EOS Dan Larimer, qui a implémenté l'algorithme sur BitShares en 2015. Larimer et d'autres partisans de DPoS ont déclaré que DPoS élargit la portée démocratique puisque c'est la communauté qui choisit le prochain validateur. Aujourd'hui, des blockchains comme TRON et Cardano utilisent DPoS. 

Cependant, la critique du DPoS est que sa méthodologie favorise les utilisateurs fortunés. Ceux qui ont un grand nombre de jetons peuvent avoir une plus grande influence sur le réseau. Vitalik Buterin a été l'un des premiers détracteurs du DPoS, affirmant dans un blog récents que cet algorithme de consensus incite les témoins à former des cartels et à soudoyer les électeurs pour obtenir leur soutien.

Qu'est-ce qu'une preuve d'autorité ?

La preuve d'autorité (PoA) est un algorithme de consensus dans lequel seuls les membres autorisés peuvent interagir avec la blockchain, effectuer des transactions, effectuer ou suggérer des modifications des paramètres du réseau, consulter l'historique des transactions, etc. 

Le terme a été inventé par Bois Gavin, un développeur de blockchain qui a co-fondé Ethereum, À pois, et le réseau Kusama.

Dans une blockchain PoA, tout est une question de réputation - les participants au réseau misent sur leur identité au lieu de pièces. Ils offrent un niveau d'évolutivité et de débit plus élevé car ils ne reposent que sur un nombre limité de validateurs. Nous pouvons penser qu'il s'agit d'un modèle fortement centralisé, mais les chaînes de blocs PoA sont généralement privées et conviennent mieux aux entreprises et aux organisations qui utilisent la technologie de la chaîne de blocs pour améliorer les entreprises et les systèmes opérationnels. 

Qu'est-ce qu'une preuve de temps écoulé ?

La preuve du temps écoulé (PoET) est un autre algorithme de consensus qui fonctionne mieux avec les chaînes de blocs privées.

L'algorithme PoET a été présenté pour la première fois par les développeurs de logiciels Intel et mis en œuvre pour Hyperledger dent de scie, ciblant les blockchains et les institutions privées.

L'algorithme n'est peut-être pas aussi populaire que d'autres blockchains car il n'a pas été correctement défini. Mais l'idée était de présenter un moteur prêt à l'emploi de style Nakamoto qui permettait aux chaînes de blocs privées de choisir le prochain producteur de blocs. Et comment diffèrent-ils? Eh bien, l'algorithme génère un "temps d'attente aléatoire" pour chaque nœud du réseau, et pendant ce temps, le nœud doit "sleep.” Le nœud avec la période d'attente la plus courte se réveille en premier et gagne le droit de produire un bloc dans la chaîne. 

Ainsi, la principale différence est que les mineurs de PoET ne fonctionnent pas 24h/7 et XNUMXj/XNUMX et consomment moins d'énergie. De plus, dans un réseau PoW, les mineurs se font concurrence pour hacher l'en-tête de bloc suivant, alors que dans PoET, il s'agit plutôt d'un système de sélection aléatoire.

FAQ sur les algorithmes de consensus : 

Ethereum deviendra-t-il plus rapide maintenant qu'il est passé au PoS ?

Une idée fausse courante est qu'Ethereum évoluera automatiquement maintenant qu'il s'agit d'une blockchain basée sur PoS. Cependant, cette transition a été faite pour améliorer Ethereum en :

• Réduction de la consommation d'énergie
• Réduire les barrières à l'entrée en éliminant les exigences matérielles
• Autoriser des sanctions économiques en cas de mauvais comportement des nœuds
• Présentation d'un nouveau modèle pour les émissions symboliques 
• Et une meilleure infrastructure pour travailler avec les solutions Ethereum Layer-2.

Que sont les blockchains sans autorisation et avec autorisation ? : 

Une blockchain sans autorisation fait référence à une blockchain publique dans laquelle n'importe qui peut effectuer des transactions, consulter l'historique des transactions, miser des pièces, devenir un validateur, etc. D'autre part, dans les blockchains autorisées (privées), seuls les membres autorisés peuvent accéder au réseau pour faire transactions, interagir avec les nœuds du réseau, suivre l'activité en chaîne, etc.

Le PoW est-il l'algorithme de consensus le plus sécurisé ? PoW a sa juste part d'inconvénients, mais jusqu'à présent, il a été le moyen le plus éprouvé et le plus fiable de maintenir le consensus et la sécurité d'un réseau dans une blockchain.

Réflexions finales

La blockchain est une technologie capable de résoudre de nombreux défis et problèmes dans différents secteurs, pas seulement dans le secteur bancaire et financier. Mais ils ont leur part de revers. Par conséquent, au fil du temps, les développeurs ont créé plusieurs types et versions d'algorithmes de consensus pour résoudre des problèmes courants, tels que la centralisation, le manque d'évolutivité et le faible débit. 

Mais parler de l'avenir des algorithmes blockchain est difficile en raison d'un défi : le Blockchain Trilemma. D'abord décrit par Vitalik Buterin, il indique l'incapacité des réseaux blockchain à fournir deux des trois avantages : la décentralisation, la sécurité et l'évolutivité. Il existe plusieurs plateformes de blockchain, comme Fantom ainsi que Solana, qui ont implémenté leurs propres versions hybrides d'algorithmes de consensus pour tenter de résoudre le trilemme de la blockchain, mais aucun n'a vraiment réussi jusqu'à présent. 

D'autres approches techniques ont été faites pour améliorer les propriétés de la blockchain, et l'une des plus populaires est la couche 2, qui sont des chaînes connectées à une couche 1, par exemple, Arbitrum avec Ethereum, et le sharding, qui divise l'ensemble de la blockchain en de nombreux petits réseaux. Butérine estime sharding comme la meilleure approche pour fournir les trois propriétés d'une blockchain parfaite.