Proof-of-Work vs Proof-of-Stake pour la mise à l’échelle des blockchains

ILCoin

La plupart des gens dans le monde de la crypto-monnaie sont conscients que la validation du réseau se présente souvent sous l’une des deux formes suivantes: preuve de travail ou preuve de participation. Il y en a d’autres, mais ces systèmes sont courants et alimentent la plupart des blockchains les plus populaires. Ils prennent le même problème de base – vérifier les 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 réel 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 au juste? En substance, 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 à ce moment que 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 pour ce système vient de la possibilité de ce que l’on appelle une attaque à 51%. C’est là qu’un attaquant gagne plus de la moitié de la puissance de calcul totale sur le réseau, ce qui signifie maintenant que le «consensus» est ce qu’il dit. Cela s’est déjà produit et reste une préoccupation pour de nombreuses blockchains à ce jour.

Avec PoW, la sécurité est assurée non seulement par 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 irréalisable 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 constitue 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 plus évolutive. Si Bitcoin, ou tout autre projet, doit jamais être adopté à l’échelle mondiale, des solutions à ces problèmes doivent être trouvées. Les idées ont inclus l’agrandissement des blocs ou leur division en «fragments», ainsi que diverses solutions à plusieurs couches telles que les sidechains. Nous allons examiner tout cela dans un instant, mais examinons d’abord la preuve de participation, qui est en soi une réponse possible à la solution de mise à l’échelle.

En quoi la preuve de participation est différente

La preuve d’enjeu, ou PoS, élimine complètement les mineurs et dispose à la place de «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 jugent valides. Un validateur peut généralement être toute personne désireuse de miser des pièces 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 ajoutant plus de puissance de traitement, les validateurs augmentent leurs chances d’être sélectionnés pour valider un bloc en y jetant plus d’argent. Les mineurs sont incités par la récompense de nouvelles pièces, mais les validateurs ne reçoivent souvent qu’une réduction des frais inclus dans le bloc, proportionnelle au montant qu’ils avaient précédemment misé.

Si un attaquant tente de valider un mauvais bloc, l’attaquant perdra sa mise et se verra interdire d’autres privilèges de validation. En ce qui concerne le problème des 51%, désormais une partie malveillante cherchant à détourner le réseau n’aurait pas besoin de plus de la moitié de la puissance de traitement – elle aurait besoin de plus de la moitié de toutes les pièces 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 pour commencer. Enfin, cela résout le problème de consommation d’énergie présent avec PoW, car il n’est désormais 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 miser», où les validateurs pourrait sans doute investir des fonds dans plusieurs histoires différentes de la blockchain. Enfin, 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 originale de PoS est appelée preuve de participation déléguée, ou DPoS. Le modèle DPoS est différent car au lieu de chaque utilisateur jalonnant des ressources afin d’être un validateur, les utilisateurs votent sur les parties qui devraient être les validateurs du bloc suivant. Miser plus de ressources donne plus de poids à votre vote, mais seul un nombre limité de validateurs est réellement utilisé, et ils peuvent être rejetés ou réintégrés à chaque bloc..

Comme tous les utilisateurs peuvent miser et voter, la communauté devrait 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 incluent EOS et Tron.

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

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

Tout le monde n’est pas convaincu que le PoS est l’avenir, il y a donc encore quelques pistes viables à explorer pour faire évoluer le PoW. Comme mentionné, l’un des systèmes sur la table consiste simplement à faire en sorte que les blocs eux-mêmes contiennent plus de transactions. À court terme, cela semble en fait assez raisonnable. Les blocs plus volumineux sont un bon moyen d’augmenter le débit du réseau assez rapidement, mais ils peuvent s’accompagner de quelques mises en garde. D’une part, les blocs plus gros ne sont pas nécessairement une solution à tout faire. À long terme, vous ne pouvez pas simplement continuer à faire des blocs de plus en plus gros indéfiniment. Passer de blocs de 1 mégaoctet à des blocs de 2 ou 4 Mo n’est pas vraiment un problème, mais où cela se termine-t-il? 1 gigaoctet? 10 Go? Au moins pour les blockchains conçues comme Bitcoin, la taille supplémentaire des blocs commencerait à rendre le stockage de toute la chaîne extrêmement fastidieux. 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 c’est vraiment s’assurer qu’ils sont synchronisés, ce qui devient l’aspect le plus important.

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

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

Dans le même ordre d’idées, 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 en charge 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 entiers, donc cela reste un risque valide pour les fonds des utilisateurs.

Un autre domaine important que les chercheurs étudient est celui des «sidechains» ou «solutions de deuxième couche». En un mot, il s’agit généralement d’un réseau distinct qui se trouve au-dessus 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 que lorsqu’ils ferment 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 sauvegardé par la blockchain mais peut se déplacer beaucoup plus rapidement en temps réel. Ceci est particulièrement idéal pour les transactions fréquentes et plus petites et pourrait fournir un moyen de voir la crypto-monnaie utilisée comme de l’argent..

Il y a quelques inconvénients, car sous leur 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 au fait que tous les bogues n’ont pas été résolus, cela peut certainement entraîner de graves risques pour les fonds en cas de problème avant qu’il ne soit enregistré sur la blockchain. Généralement, il doit y avoir un travail très précis dans ces protocoles pour s’assurer que les sidechains et la chaîne principale restent parfaitement synchronisés, mais jusqu’à présent, les résultats sont optimistes.

Certaines des versions les plus populaires de cette technologie incluent Réseau Lightning pour Bitcoin et le Réseau Raiden pour Ethereum. Ces projets en sont certainement encore au début, et il existe en fait plusieurs versions du réseau Lightning en cours de développement. On ne sait pas encore 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 dans la couche principale. De même, Charles Hoskinson, le créateur de Cardano, a discuté la technologie à venir Hydra du projet, qui introduit des éléments d’une deuxième couche ainsi que du sharding dans l’espoir d’atteindre plus de «1 million de transactions par seconde».

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

«En supposant que chaque transaction occupe le nombre minimum d’octets possible, chaque bloc peut contenir jusqu’à un maximum de 21551724 transactions. Avec un temps d’extraction de bloc moyen 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, aux blocs de 5 Go et à l’architecture mini-bloc, ILCoin a programmé 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 blockchain.

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 se demander quel (s) chemin (s) lui convient le mieux. Sans parler de nouvelles stratégies et technologies qui émergent constamment qui pourraient bouleverser tout le jeu à tout moment. Bien que toutes les idées présentées ici soient extrêmement prometteuses, le livre n’est toujours pas encore écrit sur la façon de mettre à l’échelle les blockchains. Une combinaison de plusieurs de ces idées et d’autres finira probablement par façonner la manière dont la crypto-monnaie atteint un public de masse, mais le problème doit être résolu avant cela. Sinon, il est possible qu’une chaîne centralisée et autorisée soit la seule à être accessible à une population mondiale.

En savoir plus sur ILCoin

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Mike Owergreen Administrator
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