Les mécanismes de consensus sont au cœur du fonctionnement des blockchains décentralisées. Ils permettent à un réseau distribué de participants, souvent inconnus les uns des autres, de parvenir à un accord sur l’état actuel de la blockchain sans recourir à une autorité centrale. Ces systèmes garantissent que toutes les transactions ajoutées à la blockchain sont valides et immuables, tout en assurant la sécurité et la résilience du réseau face aux attaques ou aux comportements malveillants.
Pourquoi les mécanismes de consensus sont-ils essentiels ?
Pour que les participants d’un réseau se fassent confiance, il est crucial de disposer d’un système qui permette de valider les transactions et de maintenir l’intégrité des données. Les mécanismes de consensus remplissent cette fonction en définissant des règles strictes pour que chaque nœud du réseau puisse vérifier et accepter les informations partagées. Sans ces systèmes, il serait impossible de garantir que tous les participants disposent de la même version de la vérité.
Les algorithmes de consensus sont au cœur des blockchains. Ils assurent la fiabilité du réseau et créent une confiance entre pairs inconnus. Cela peut sembler contre-intuitif. Comment des pairs inconnus peuvent-ils se faire confiance ? La beauté des blockchains réside dans le fait qu’elles reposent sur des principes mathématiques et cryptographiques plutôt que sur la confiance personnelle. Les techniques de consensus les plus courantes sont la preuve de travail (PoW) et la preuve d’enjeu (PoS), mais de nouvelles techniques émergent sans cesse.
Proof-of-Work
Commençons par la Preuve de Travail (PoW). Si vous êtes familier avec Bitcoin, vous avez probablement entendu parler du PoW. Les blockchains PoW, comme Bitcoin, Dogecoin, Zcash ou Monero (ou encore Ethereum jusqu’en 2022), sont fortement sécurisées et offrent une décentralisation significative. Cependant, elles ont leurs limites. La vitesse et l’évolutivité sont souvent des problèmes. Et si vous êtes soucieux de l’environnement, vous n’aimerez pas le fait que le PoW nécessite une grande quantité d’énergie.
Proof-of-Stake
Ensuite, il y a la Preuve d’Enjeu (PoS). Les blockchains PoS ont des validateurs, pas des mineurs. Ces validateurs achètent des jetons (tokens) pour agir en tant que garant du réseau. Les PoS sont plus rapides et plus évolutives que les blockchains PoW, et elles consomment beaucoup moins d’énergie. Cependant, il y a une barrière à l’entrée : vous devez avoir suffisamment de cryptomonnaie à investir pour devenir un validateur. Quelques exemples de blockchain PoS : Ethereum (depuis 2022), Cosmos, Polkadot, Cardano, Toncoin …
Delegated Proof of Stake (DPoS)
Le Delegated Proof of Stake est une variante du PoS qui introduit un système de représentation. Les détenteurs de jetons votent pour élire des « délégués » chargés de valider les transactions et de maintenir le réseau. Ce modèle améliore la vitesse de traitement des transactions tout en restant relativement décentralisé. Cependant, certains critiques soulignent qu’il peut conduire à une centralisation implicite si un petit groupe de délégations contrôle une grande partie du pouvoir décisionnel.
Proof of Authority (PoA)
Contrairement aux mécanismes basés sur la participation financière ou la puissance de calcul, le Proof of Authority repose sur l’identité des validateurs. Dans ce système, seuls des individus ou entités de confiance, dont l’identité est publiquement vérifiable, sont autorisés à valider les blocs. Bien que cela compromette légèrement la décentralisation, il offre des performances élevées et une sécurité renforcée, ce qui le rend idéal pour des applications privées ou semi-privées, comme les blockchains d’entreprise.
Proof of Space and Time (PoST)
Le Proof of Space and Time, utilisé par des projets comme Chia, remplace la puissance de calcul par l’espace disque disponible. Les participants allouent une partie de leur stockage pour participer à la validation des blocs. Ce système est considéré comme plus écologique que le PoW, mais il soulève des préoccupations concernant les effets secondaires sur le marché du matériel informatique.
Mécanismes Hybrides
Au-delà des mécanismes de consensus traditionnels comme le Proof of Work (PoW) ou le Proof of Stake (PoS), des variantes hybrides ont été développées pour combiner les avantages de plusieurs approches tout en minimisant leurs inconvénients. Deux exemples notables sont le Hybrid Proof of Stake (HPoS) et le Liquid Proof of Stake (LPoS) .
Le Hybrid Proof of Stake (HPoS) repose sur une combinaison des modèles PoS et PoW. Dans ce système, les validateurs sont choisis en fonction de leur participation financière (stake), mais la sécurité du réseau est également renforcée par des mineurs qui résolvent des problèmes mathématiques similaires à ceux utilisés dans le PoW. Cette dualité permet d’assurer une meilleure résilience face aux attaques tout en réduisant la consommation énergétique par rapport à un système purement basé sur le PoW. HPoS est souvent utilisé dans des blockchains qui cherchent à préserver une certaine compatibilité avec les infrastructures existantes tout en adoptant des pratiques plus durables.
Le Liquid Proof of Stake (LPoS) , quant à lui, a été popularisé par des projets comme Tezos. Ce modèle améliore le PoS classique en introduisant une flexibilité accrue pour les détenteurs de jetons. Les participants peuvent « déléguer » leur pouvoir de validation à d’autres parties sans perdre le contrôle de leurs actifs. Cela signifie qu’ils conservent leurs jetons tout en permettant à des validateurs de gérer les transactions en leur nom. LPoS favorise une participation plus large au réseau, car même les petits détenteurs peuvent contribuer à la sécurité et à la gouvernance de la blockchain. De plus, il encourage une gestion active des actifs, car les détenteurs peuvent ajuster leurs délégations en fonction des performances des validateurs.
Autres mécanismes de consensus
Les mécanismes de consensus continuent d’évoluer pour répondre aux besoins croissants des utilisateurs et des entreprises. Des innovations comme le Proof of History (PoH) , utilisé par Solana, combinent des horodatages cryptographiques avec d’autres méthodes pour accélérer les transactions.
De son côté, le projet Namada utilise un consensus Cubic Proof-of-Stake (CPoS). Il possède quelques spécificités comme un algorithme maison qui va appliquer des pénalités automatiques aux validateurs qui ne font pas bien leur travail. Les récompenses de staking sont automatiquement ajoutées (auto-compunding), etc
Ou le PoB (Proof-of-Burn), où les validateurs brûlent des pièces en les envoyant à une adresse irrécupérable (exemples : Slimcoin, Factom …). Ou encore PoC (Proof-of-Capacity), une méthode d’exploitation basée sur l’espace disque disponible d’un mineur. Il permet à l’individu moyen de participer au réseau sans équipement spécial ou coûteux. Quelques exemples avec Signum ou il y a quelques années Burstcoin.
Mais je pourrai en citer un tas d’autres, obscurs et/ou pas encore très répandus :
- Proof of Humanity (PoH)
- Proof of Signature (PoSign)
- Proof of Processed Payments (PoPP)
- Proof of Reputation (PoR)
- Proof of Ownership
- Proof of Time
- Hashgraph (utilisé par Constellation Network)
- …
Mécanismes de consensus : Conclusion
Bitcoin et Ethereum, les 2 cryptomonnaies les plus populaires, ont utilisé le modèle de consensus preuve de travail (PoW) dés leurs débuts. Cependant, Ethereum a migré du PoW au PoS pour rendre la blockchain plus rapide, moins chère et plus respectueuse de l’environnement, mais aussi moins sécurisée.
En fin de compte, le choix d’un mécanisme de consensus repose sur un équilibre entre sécurité, décentralisation et efficacité. Alors que les technologies blockchain continuent de mûrir, nous pouvons nous attendre à voir de nouvelles solutions émerger, combinant les forces des modèles existants tout en corrigeant leurs faiblesses.
