Comment une blockchain enregistre-t-elle les transactions?

Comprendre la structure d'une blockchain

Une blockchain est un registre numérique décentralisé composé de blocs liés entre eux en utilisant des principes cryptographiques. Chaque bloc contient un ensemble de transactions, un horodatage et une référence au bloc précédent via un hachage cryptographique . Cette structure garantit l'intégrité des données et empêche la falsification. Le hachage du bloc précédent est intégré dans le bloc actuel, formant une chaîne chronologique. Si des données dans un bloc sont modifiées, son hachage change, brisant la chaîne et rendant la falsification évidente. Cette conception interconnectée est fondamentale sur la façon dont les transactions sont en toute sécurité enregistrées.

L' en-tête de bloc comprend des métadonnées telles que le numéro de version, l'horodatage, la racine Merkle, la cible de difficulté et le nonce. Parmi ceux-ci, la racine de Merkle joue un rôle crucial en résumant toutes les transactions dans le bloc. Il est généré par hachage de paires d'ID de transaction à plusieurs reprises jusqu'à ce qu'un seul hachage reste. Cela permet une vérification efficace et sécurisée de savoir si une transaction appartient à un bloc particulier.

Les nœuds du réseau conservent une copie de toute la blockchain. Lorsqu'une nouvelle transaction se produit, elle est diffusée à tous les nœuds participants. Ces nœuds valident la transaction en fonction des règles de consensus avant de l'inclure dans un nouveau bloc. Ce processus de validation décentralisé garantit qu'aucune entité unique ne contrôle le grand livre.

Initiation et propagation des transactions

Lorsqu'un utilisateur initie une transaction de crypto-monnaie, il le signe avec sa clé privée pour prouver la propriété des fonds. La transaction comprend l'adresse de l'expéditeur, l'adresse du destinataire, le montant et une signature numérique. Ces données sont diffusées sur le réseau entre pairs via des nœuds.

Chaque nœud recevant la transaction effectue une validation préliminaire:

• Vérifier la signature numérique pour confirmer l'authenticité
• Assurer que l'expéditeur a un équilibre suffisant
• Vérifier les tentatives de double dépense
• La confirmation de la transaction adhère aux protocoles de réseau

Une fois validé, la transaction est placée dans un pool appelé Mempool (pool de mémoire), où il attend d'être ramassé par un mineur ou un validateur. Le Mempool agit comme une zone de détention pour les transactions non confirmées. Les transactions avec des frais plus élevées sont généralement priorisées, incitant à une inclusion plus rapide dans un bloc.

Processus de formation et d'exploration de blocs

Les mineurs ou les validateurs collectent les transactions du Mempool et commencent à former un nouveau bloc. Ils sélectionnent les transactions en fonction des incitations aux frais et des contraintes de taille. Les transactions sélectionnées sont organisées en arbre Merkle et la racine Merkle résultante est placée dans l'en-tête de bloc.

Pour ajouter le bloc à la blockchain, les mineurs doivent résoudre un puzzle intensif en calcul appelé preuve de travail (POW) . Cela implique de hacher à plusieurs reprises l'en-tête de bloc avec une valeur non-acte changeante jusqu'à ce que le hachage résultant atteigne la cible de difficulté du réseau - un hachage avec un nombre spécifique de zéros de premier plan.

Le processus nécessite une puissance et une énergie de calcul substantielles. Une fois qu'un hachage valide est trouvé, le mineur diffuse le nouveau bloc au réseau. Les autres nœuds vérifient:

• La solution de preuve de travail
• La validité de toutes les transactions dans le bloc
• La correction de la racine Merkle
• La cohérence du hachage de bloc précédent

Si le bloc passe toutes les vérifications, les nœuds l'ajoutons à leur copie de la blockchain.

Mécanismes de consensus et finalité

Les mécanismes de consensus s'assurent que tous les nœuds s'accordent sur l'état de la blockchain. Dans des systèmes de preuve de travail (POW) comme Bitcoin, la chaîne valide la plus longue est acceptée comme la vérité. Les nœuds rejettent automatiquement les blocs qui ne sont pas conformes aux règles de consensus.

Dans les systèmes de preuve de pieu (POS) comme Ethereum Post-Merge, les validateurs sont choisis pour créer des blocs en fonction de la quantité de crypto-monnaie qu'ils «enjoint» comme garantie. Les validateurs proposent et attestent des blocs, et le consensus est obtenu lorsqu'une supermajorité convient de la validité du bloc. Cela réduit la consommation d'énergie par rapport au POW.

La finalité des transactions se produit lorsqu'un bloc est suffisamment enfoui dans les blocs suivants. Dans POW, six confirmations (six blocs suivants) sont souvent considérés comme sécurisés. Dans le POS, la finalité peut être plus rapide en raison des mécanismes de point de contrôle qui se verrouillent dans les blocs après certaines attestations.

Imutabilité et fonctionnalités de sécurité

Une fois qu'une transaction est incluse dans un bloc confirmé et que plusieurs blocs suivants sont ajoutés, la modification devient pratiquement impossible. Pour modifier une transaction, un attaquant devrait réintégrer le bloc ciblé et tous les blocs suivants plus rapidement que le reste du réseau - un exploit nécessitant plus de 50% de la puissance de calcul totale du réseau, appelée attaque de 51% .

Le hachage cryptographique garantit que chaque bloc est uniquement lié à son prédécesseur. Même un changement mineur dans les données de transaction produirait un hachage complètement différent, perturbant la chaîne. Les signatures numériques empêchent les dépenses non autorisées, car le seul titulaire de la clé privée correcte peut autoriser les transactions.

De plus, la cryptographie par clé publique permet à quiconque de vérifier l'authenticité des transactions à l'aide de la clé publique de l'expéditeur, sans exposer des informations sensibles. Cette combinaison de décentralisation, de cryptographie et de consensus crée un environnement hautement sécurisé pour l'enregistrement des transactions.

Transparence et accessibilité des enregistrements

Toutes les transactions sur une blockchain publique sont transparentes et peuvent être consultées par toute personne utilisant un explorateur de blockchain. Chaque transaction est associée à des adresses de portefeuille, et non à des identités personnelles, offrant une pseudonymat. Les utilisateurs peuvent retracer le flux de fonds d'une adresse à une autre.

Les nœuds maintiennent une copie complète de la blockchain, garantissant la redondance et la disponibilité. Même si certains nœuds sont hors ligne, le réseau continue de fonctionner. Les clients légers peuvent accéder aux données de transaction sans stocker toute la chaîne en s'appuyant sur la vérification de paiement simplifiée (SPV), qui utilise des en-têtes de bloc et des épreuves Merkle.

Cette transparence permet l'auditabilité tout en préservant la décentralisation. Les organisations et les particuliers peuvent vérifier indépendamment l'historique des transactions sans compter sur une autorité centrale.

FAQ

Comment les transactions sont-elles vérifiées avant d'être ajoutées à un bloc? Les transactions sont vérifiées par les nœuds utilisant des méthodes cryptographiques. Chaque nœud vérifie la signature numérique pour s'assurer que l'expéditeur est propriétaire des fonds, confirme que l'expéditeur a un solde suffisant en examinant les transactions passées et garantit que la transaction n'a pas été dépensée auparavant (aucune double dépense). Ce n'est qu'après avoir réussi ces chèques que la transaction ajoutée au mempool pour l'inclusion potentielle dans un bloc.

Que se passe-t-il si deux mineurs créent un bloc en même temps? Lorsque deux mineurs diffusent simultanément des blocs valides, le réseau se divise temporairement en deux chaînes. Les nœuds continuent de construire sur le bloc qu'ils reçoivent en premier. Finalement, la chaîne avec une preuve de travail plus cumulative (chaîne plus longue) devient la version acceptée. L'autre bloc devient un bloc orphelin et les transactions qui y sont incluses qui n'étaient pas incluses dans le retour de la chaîne gagnante au mempool.

Une transaction enregistrée peut-elle être inversée? Non, les transactions sur une blockchain sont immuables une fois confirmées. Il n'y a pas d'autorité centrale pour inverser les transactions. Si une transaction est envoyée par erreur, la récupération dépend du renvoi du destinataire volontairement des fonds. Cela souligne l'importance de vérifier les adresses et les montants avant l'envoi.

Quel rôle l'arbre Merkle joue-t-il dans l'enregistrement des transactions? L' arbre Merkle résume efficacement toutes les transactions dans un bloc. En hachant les paires de transactions récursivement, il produit une seule racine Merkle stockée dans l'en-tête de bloc. Cela permet une vérification rapide de la question de savoir si une transaction spécifique fait partie du bloc sans télécharger toutes les transactions, améliorer l'évolutivité et la sécurité.