Comment une blockchain réalise-t-elle un consensus?

Qu'est-ce que le consensus de la blockchain?

Le consensus de la blockchain fait référence au mécanisme par lequel tous les nœuds d'un réseau décentralisé s'accordent sur la validité des transactions et l'état actuel du grand livre. Sans autorité centrale, la conclusion de l'accord entre les systèmes distribués est essentiel pour maintenir l'intégrité et prévenir la fraude. Le consensus garantit que chaque participant enregistre les mêmes données dans le même ordre , même si certains nœuds tentent de manipuler ou de falsifier des informations. Ce processus est fondamental à la nature sans confiance de la technologie de la blockchain, permettant aux utilisateurs de transformer en toute sécurité sans compter sur les intermédiaires.

Preuve de travail (POW): le mécanisme consensuel d'origine

a été introduite par Bitcoin et reste l'un des algorithmes consensus les plus reconnus. Dans POW, les mineurs se disputent pour résoudre un puzzle cryptographique complexe en utilisant la puissance de calcul. Le premier mineur à résoudre le puzzle diffuse la solution au réseau pour la vérification. Une fois vérifié, le nouveau bloc est ajouté à la blockchain et le mineur reçoit une récompense.

• Les mineurs collectent des transactions non confirmées dans un bloc candidat
• Ils calculent le hachage de l'en-tête de bloc à plusieurs reprises, ajustant une valeur non -ce jusqu'à ce que le hachage atteigne la cible de difficulté du réseau
• Le mineur gagnant propage le bloc à travers le réseau
• D'autres nœuds vérifient indépendamment la validité du bloc avant de l'ajouter à leur copie de la chaîne Ce processus rend la falsification extrêmement coûteuse, car un attaquant devrait contrôler plus de 50% de la puissance de calcul totale du réseau pour réécrire l'histoire.

  Preuve de pieu (POS): alternative économe en énergie

  La preuve de la participation (POS) remplace les travaux informatiques par le jeu économique comme base pour valider les blocs. Au lieu de mineurs, les systèmes POS utilisent des validateurs qui verrouillent une certaine quantité de crypto-monnaie comme garantie. Le protocole sélectionne les validateurs pour proposer et attester de nouveaux blocs en fonction de leur pieu et d'autres facteurs tels que la durée ou la randomisation de la navette.
• Un validateur verrouille les jetons dans un contrat de jalonnement
• L'algorithme réseau sélectionne un validateur pour créer le bloc suivant
• D'autres validateurs vérifient le bloc et signent sur son exactitude
• Si un validateur agit malhonnête, leur pieu peut être partiellement ou complètement réduit Cette conception réduit considérablement la consommation d'énergie par rapport au POW et aligne les incitations aux validateurs avec la sécurité du réseau, car le comportement malveillant risque la perte financière.

  Preuve déléguée de la participation (DPO) et mécanismes de vote

  La preuve déléguée de la participation (DPO) présente un modèle de gouvernance basé sur le vote où les détenteurs de jetons élisent un nombre limité de délégués ou de témoins pour valider les transactions en leur nom. Ces nœuds élus sont responsables de la production de blocs dans un calendrier rotatif.
• Les détenteurs de jetons votent pour les délégués en utilisant leurs jetons marqués
• Les meilleurs candidats (par exemple, 21 en OE) deviennent des producteurs de blocs
• Les producteurs créent à tour de rôle des blocs à intervalles planifiés
• Si un producteur ne produit pas un bloc, il est élu et remplacé Ce système permet un traitement des transactions plus rapide et un débit plus élevé, mais augmente le risque de centralisation en raison de la dépendance à un petit groupe de validateurs.

  Tolérance aux défauts byzantine pratique (PBFT) et autres variantes

  La tolérance à la faille byzantine pratique (PBFT) est utilisée dans les blockchains autorisés et certains modèles hybrides. Il garantit un consensus même lorsque certains nœuds se comportent de manière malveillante ou échouent. PBFT fonctionne à travers une série d'échanges de messages entre les nœuds pour convenir d'un seul état.
• Un nœud agit comme le leader (primaire), tandis que d'autres sont des répliques
• Le client envoie une demande à la primaire, qui la diffuse à toutes les répliques
• Les nœuds échangent des messages en rondes: pré-prépare, préparez et engagez
• Lorsqu'un nœud reçoit suffisamment de messages correspondants (2f + 1, où F est le nombre maximum de nœuds défectueux), il engage le résultat PBFT atteint une finalité rapidement et est efficace dans les réseaux avec des participants connus, bien que l'évolutivité soit limitée en raison du volume élevé de communication entre les nœuds.

  Autres modèles de consensus et approches hybrides

  Au-delà des modèles primaires, il existe plusieurs mécanismes de consensus alternatifs et hybrides. La preuve d'autorité (POA) repose sur des validateurs pré-approuvés et vérifiés par identité, ce qui le rend adapté aux blockchains privés ou consortiums. Preuve de l'histoire (POH) , utilisée par Solana, transactions d'horodatage utilisant une fonction de retard vérifiable pour créer un enregistrement historique, améliorant le débit. La preuve d'espace (pospace) et la preuve de capacité (POC) permettent aux participants d'utiliser l'espace disque disponible comme ressource pour participer au consensus. Certaines plates-formes combinent des mécanismes - par exemple, Ethereum utilise POS pour la validation des blocs mais intègre des conditions de hasard et de réduction pour améliorer la sécurité. Chaque modèle équilibre les compromis entre la décentralisation, la sécurité et l'évolutivité.

  Comment les nœuds appliquent les règles de consensus

  Chaque nœud d'un réseau de blockchain exécute les mêmes règles de consensus intégrées dans le logiciel de protocole. Lorsqu'un nouveau bloc arrive, les nœuds effectuent une série de chèques avant de l'accepter.
• Vérifiez les signatures cryptographiques de toutes les transactions dans le bloc
• Assurez-vous qu'aucune double dépense ne s'est produite en vérifiant contre le grand livre existant
• Confirmer que le hachage de bloc répond à la cible de difficulté actuelle (en POW) ou que le validateur a été correctement sélectionné (dans POS)
• Valider la référence du bloc précédente pour maintenir la continuité de la chaîne Si une vérification échoue, le nœud rejette le bloc et ne le propage pas. Cette validation autonome garantit que seuls les blocs conformes sont acceptés, renforçant l'accord à l'échelle du réseau.

  Questions fréquemment posées

  Qu'est-ce qui empêche un nœud de mentir sur la validité d'un bloc? Les nœuds vérifient indépendamment chaque bloc en utilisant les mêmes règles de consensus. Si un nœud tente de propager un bloc non valide, d'autres nœuds le rejeteront. Étant donné que les blocs non valides ne sont pas acceptés, le nœud malhonnête n'attire aucun avantage et peut être mis sur liste noire.

  Un consensus peut-il être atteint si certains nœuds sont hors ligne? Oui. La plupart des mécanismes de consensus sont conçus pour tolérer un certain nombre de nœuds inactifs ou défectueux. Par exemple, POS et PBFT peuvent fonctionner tant que plus des deux tiers des nœuds actifs sont honnêtes et connectés.

  Comment la chaîne la plus longue est-elle déterminée dans la preuve de travail? La chaîne la plus longue est celle avec la preuve de travail la plus accumulée, pas nécessairement celle avec le plus de blocs. Les nœuds étendent toujours la chaîne qui représente le plus grand effort de calcul total, garantissant l'alignement sur le réseau.

  Toutes les blockchains utilisent-elles les mêmes règles de consensus? Non. Différentes blockchains mettent en œuvre différents mécanismes consensus en fonction de leurs objectifs. Bitcoin utilise POW, Ethereum utilise POS, Ripple utilise un protocole de consensus basé sur des validateurs de confiance, et Iota utilise un graphique acyclique dirigé (DAG) avec un consensus basé sur le coordinateur.