Qu'est-ce que l'état d'une blockchain et comment chaque nouveau bloc le modifie-t-il ?

Comprendre l'état de la blockchain

1. L'état d'une blockchain fait référence à l'instantané actuel de toutes les données stockées sur le réseau à un moment donné. Cela inclut les soldes des comptes, le code et le stockage du contrat intelligent, l'historique des transactions et toute autre information conservée par le système.

2. Dans des systèmes comme Ethereum, l’état n’est pas directement stocké dans des blocs. Au lieu de cela, il est géré via une structure connue sous le nom de Merkle Patricia Trie, qui permet une vérification efficace et sécurisée des données. Chaque nœud du réseau conserve une copie locale de cet état.

3. L'État est dynamique et évolue à chaque nouveau bloc ajouté à la chaîne. Il reflète le résultat cumulé de toutes les transactions exécutées jusqu'à ce point, garantissant la cohérence et l'intégrité entre les participants décentralisés.

4. Contrairement à la blockchain elle-même, qui ne contient que des ajouts, l'état peut être mis à jour. Cependant, ces mises à jour sont strictement déterminées par des règles consensuelles et n’interviennent que lorsque les transactions sont validées et incluses dans un nouveau bloc.

5. L'État permet une interaction sans confiance car chaque participant peut vérifier de manière indépendante le résultat des transactions sans s'appuyer sur une autorité centrale.

Comment les nouveaux blocs modifient l'état

1. Lorsqu'un nouveau bloc est extrait ou proposé, il contient une liste de transactions qui ont été validées selon le mécanisme de consensus du réseau. Ces transactions peuvent impliquer des transferts de crypto-monnaie, l’exécution de contrats intelligents ou des modifications des données d’applications décentralisées.

2. Les nœuds traitent chaque transaction de manière séquentielle, en appliquant ses effets à l'état actuel. Par exemple, si Alice envoie 5 ETH à Bob, le système déduit 5 ETH du solde d'Alice et les ajoute à celui de Bob.

3. Les interactions des contrats intelligents déclenchent des changements d’état plus complexes. L'appel d'une fonction peut mettre à jour des variables, émettre des événements ou transférer des jetons, ce qui modifie le stockage interne du contrat et potentiellement affecter d'autres comptes.

4. Une fois que toutes les transactions du bloc sont exécutées, l'état final est haché et stocké dans l'en-tête du bloc en tant que « racine de l'état ». Cet engagement cryptographique garantit que tous les nœuds s'accordent sur le même résultat.

5. Toute divergence dans la racine d’état calculée invalide le bloc, empêchant ainsi les acteurs malveillants d’introduire des modifications non autorisées.

Le rôle du consensus dans les transitions étatiques

1. Les algorithmes de consensus tels que Proof of Work ou Proof of Stake garantissent que tous les nœuds s'accordent sur le bloc qui fait partie de la chaîne canonique. Un accord sur le bloc implique un accord sur la transition d'état qui en résultera.

2. Même si chaque nœud exécute indépendamment les transactions, ils doivent arriver à des résultats identiques en raison d'une exécution déterministe. Cette propriété est essentielle pour maintenir un état unifié sur l’ensemble du réseau.

3. Les Forks peuvent créer temporairement des états concurrents. Lorsque deux blocs sont produits presque simultanément, différentes parties du réseau peuvent accepter des versions différentes. La règle du consensus, telle que la chaîne la plus longue ou le poids le plus élevé, résout finalement cette divergence.

4. Une fois qu'un bloc est suffisamment enfoui sous les blocs suivants, ses changements d'état associés sont considérés comme finalisés. Les inverser nécessiterait une quantité infaisable de puissance de calcul ou d’enjeu.

5. Les transitions d’état sont ainsi sécurisées non seulement cryptographiquement, mais aussi économiquement, car les attaquants doivent payer des frais élevés pour perturber le consensus.

Foire aux questions

Que se passe-t-il si deux nœuds calculent des racines d’état différentes ? Si deux nœuds honnêtes calculent des racines d'état différentes après avoir traité le même bloc, cela indique un bug dans le logiciel ou un comportement non déterministe dans l'exécution de la transaction. De tels écarts conduisent à des scissions de chaîne, où les nœuds rejettent les blocs les uns des autres. La communauté doit rapidement identifier et résoudre le problème pour rétablir le consensus.

L’état de la blockchain peut-il être annulé ? Techniquement, un rollback peut survenir lors d’une réorganisation, notamment en cas de fourches en chaîne ou d’attaques. Si une chaîne plus longue ou plus lourde émerge, les nœuds y basculent, supprimant les blocs précédents et annulant leurs changements d'état. Cependant, les restaurations importantes sont extrêmement rares et coûteuses, en particulier dans les réseaux bien sécurisés.

Comment l’état est-il stocké hors chaîne ? Les nœuds stockent l'état localement dans des bases de données optimisées pour des recherches et des mises à jour rapides. Tandis que la blockchain enregistre ce qui a changé, l’état actuel lui-même est dérivé du traitement de ces enregistrements. Certaines solutions de couche 2 et services d'indexation conservent également des vues externes de l'état à des fins d'interrogation.

Pourquoi l’état complet n’est-il pas inclus dans chaque bloc ? Inclure l’état entier dans chaque bloc rendrait les blocs excessivement volumineux et inefficaces. Au lieu de cela, seule la racine de l'état (un hachage de taille fixe) est incluse. Cela permet aux clients légers de vérifier les changements d'état sans stocker toutes les données, améliorant ainsi l'évolutivité et l'accessibilité.