Quelles sont les alternatives au proof-of-work mining ?

Preuve de participation et son rôle dans les réseaux blockchain modernes

1. Le Proof-of-Stake (PoS) remplace l'exploitation minière à forte intensité énergétique par un système dans lequel les validateurs sont choisis en fonction du nombre de pièces qu'ils détiennent et sont prêts à « miser » en garantie. Ce changement réduit considérablement la consommation d’électricité par rapport aux systèmes de preuve de travail traditionnels.

2. Les validateurs des réseaux PoS verrouillent leur crypto-monnaie dans un portefeuille pour participer à la création et à la validation des blocs. Le protocole sélectionne les participants selon des algorithmes qui prennent en compte le montant de la mise et la durée de détention, décourageant ainsi les comportements malveillants en risquant les actifs mis en jeu.

3. La transition d'Ethereum vers le PoS via « The Merge » a démontré une mise en œuvre à grande échelle de ce modèle, réduisant sa consommation d'énergie de plus de 99 %. Ce changement a incité d’autres projets de blockchain à adopter ou à explorer des mécanismes de consensus similaires.

4. Delegated Proof-of-Stake (DPoS), une variante du PoS, permet aux détenteurs de jetons de voter pour les représentants qui valident les transactions en leur nom. Cela augmente la vitesse et l'évolutivité des transactions tout en maintenant la décentralisation dans un degré déterminé par la participation des électeurs.

5. La sécurité dans le PoS repose sur des incitations économiques plutôt que sur un travail informatique. Les attaquants devraient acquérir une participation majoritaire, ce qui serait prohibitif et contre-productif dans la mesure où cela dévaloriserait leurs propres participations.

Tolérance aux pannes byzantine et modèles de consensus hybrides

1. La tolérance aux pannes byzantine pratique (PBFT) permet un consensus même lorsque certains nœuds agissent de manière malveillante ou échouent. Il est utilisé dans des blockchains autorisées comme Hyperledger Fabric, où des participants connus communiquent par tours pour se mettre d'accord sur l'ordre des transactions.

2. Dans PBFT, chaque nœud échange des messages avec les autres pour vérifier l'authenticité des blocs proposés. Une fois qu’une majorité qualifiée est d’accord, le blocage est confirmé. Ce processus garantit un débit élevé et une faible latence dans des environnements contrôlés.

3. Certains réseaux combinent PoW et PoS dans des modèles hybrides. Decred, par exemple, exige que les mineurs et les parties prenantes approuvent les blocs, équilibrant la sécurité du pouvoir de hachage avec la contribution en matière de gouvernance des détenteurs à long terme.

4. Une autre approche hybride consiste à utiliser PoW pour la distribution initiale des pièces et à passer au PoS pour un consensus continu. Cela permet des caractéristiques de lancement équitables tout en transition vers la durabilité une fois le réseau mature.

5. L'Accord byzantin fédéré (FBA), utilisé par Stellar et Ripple, repose sur des clusters de confiance dans lesquels chaque nœud choisit à qui faire confiance. Lorsque des quorums se chevauchent, un accord mondial émerge sans nécessiter de validation universelle.

Alternatives émergentes : DAG et systèmes basés sur la réputation

1. Les graphes acycliques dirigés (DAG) représentent une structure alternative aux chaînes blockchain linéaires. Des projets comme IOTA utilisent des DAG pour permettre plusieurs transactions parallèles, éliminant ainsi complètement le besoin de mineurs.

2. Dans Tangle d'IOTA, chaque utilisateur doit confirmer deux transactions précédentes avant de soumettre la sienne. Ce mécanisme d'auto-validation évolue avec l'utilisation et supprime les entités minières centralisées.

3. Hashgraph utilise un protocole de potins dans lequel les nœuds partagent des informations sur les événements reçus, créant ainsi une chronologie consensuelle sans production de blocs basée sur le leader. Il revendique l'équité dans l'ordre des transactions et une résistance élevée aux attaques DDoS.

4. Certaines plateformes mettent en œuvre un consensus basé sur la réputation, dans lequel les validateurs gagnent en crédibilité au fil du temps grâce à une participation honnête. Les nœuds avec des scores de réputation plus élevés acquièrent plus d'influence dans les processus de prise de décision.

5. Ces nouvelles architectures remettent entièrement en question la nécessité du minage, en se concentrant plutôt sur la réalisation d'accords distribués grâce à des structures de données innovantes et à un alignement des incitations.

Foire aux questions

Comment la preuve de participation empêche-t-elle les riches parties prenantes de dominer le réseau ? Alors que des enjeux plus importants augmentent les chances d'être sélectionné, la plupart des systèmes PoS incluent la randomisation et des pénalités en cas de malhonnêteté. Les conditions de réduction suppriment une partie des fonds mis en jeu si les validateurs tentent une double signature ou un temps d'arrêt, dissuadant ainsi la centralisation.

Les systèmes basés sur DAG peuvent-ils prendre en charge les contrats intelligents ? Oui, les nouvelles implémentations de DAG comme Hedera Hashgraph et Fantom ont intégré la fonctionnalité de contrat intelligent. Ces plates-formes maintiennent une tolérance aux pannes byzantine asynchrone tout en permettant une logique programmable dans les applications décentralisées.

La preuve de travail est-elle complètement obsolète désormais ? Non, la preuve de travail reste fondamentale pour Bitcoin et plusieurs autres crypto-monnaies établies. Sa simplicité et sa sécurité éprouvée au fil du temps continuent d'apporter de la valeur, en particulier dans les environnements sans autorisation et résistants à la censure.

Qu'est-ce qui empêche quelqu'un de lancer une attaque à 51 % sur un réseau de preuve de participation ? Dans le PoS, contrôler 51 % de l’offre mise en jeu nécessiterait d’énormes investissements en capital. Toute attaque ferait probablement chuter la valeur de la monnaie, rendant l’attaque économiquement irrationnelle. De plus, de nombreux réseaux implémentent des règles de point de contrôle et de finalité pour détecter et isoler les forks malveillants.