Introduction à l’architecture de blockchain
Lors de la conception d’une architecture de blockchain, un protocole décentralisé pour les transferts avec une base de données continuellement mise à jour, deux questions clés se posent : comment approuver les transactions et comment assurer la sécurité du réseau. L’adressage de ces questions a conduit à l’émergence de plusieurs mécanismes de consensus, des ensembles de règles par lesquels les participants d’un réseau décentralisé s’accordent sur la manière dont les transactions peuvent être validées et incluses dans de nouveaux blocs.
Mécanismes de consensus : PoW et PoS
Le créateur de Bitcoin, Satoshi Nakamoto, a proposé le mécanisme Proof-of-Work (PoW) en octobre 2008 dans le livre blanc de la première cryptomonnaie. Selon le PoW, les opérateurs du réseau (les mineurs), en compétition libre, résolvent des problèmes mathématiques gourmands en ressources pour trouver le hachage d’un bloc. En cas de succès, le mineur ou le pool gagnant obtient le droit d’ajouter le bloc découvert et reçoit une récompense en nouveaux bitcoins.
Cependant, quelques années après le lancement de Bitcoin, il est devenu évident que le principe de Proof-of-Work entraînait une augmentation constante de la puissance minière et des coûts énergétiques. De plus, à cause de la nécessité d’utiliser un équipement de plus en plus puissant, l’accès à l’exploitation minière devenait limité. Le 11 juillet 2011, sur le forum de cryptomonnaies Bitcointalk, il a été proposé un mécanisme de consensus alternatif pour Bitcoin, appelé Proof-of-Stake (PoS), qui suggérait que chaque participant d’un réseau décentralisé se voit attribuer des droits de vote en fonction de la quantité de pièces qu’il possède.
Application du PoS et ses variations
Dès août 2012, ce nouveau mécanisme de consensus a trouvé sa première application pratique dans la cryptomonnaie PPCoin. Les pièces étaient distribuées par le biais d’un système de minage, et toutes les transactions pouvaient être traitées par n’importe quel nœud détenant des PPC. Ce schéma de consensus hybride a été utilisé par d’autres projets PoS, dont Gridcoin et Blackcoin. La première cryptomonnaie entièrement basée sur le PoS, sans composante de minage, était Nxt, lancée le 24 novembre 2013.
Le mécanisme de consensus Proof-of-Stake a fait preuve d’une grande flexibilité et a été implémenté dans des centaines de cryptomonnaies sous diverses variantes et modifications. Selon le concept original, tous les participants d’une blockchain peuvent participer à sa gestion en fonction de leur détention de pièces. Par exemple, dans Nxt, avec son mécanisme PoS, tous les utilisateurs détenant au moins 1002 NXT dans leur portefeuille durant les 1440 derniers blocs peuvent former un nouveau bloc.
Le staking et la décentralisation
Un portefeuille détenant un pourcentage plus élevé de pièces augmente sa probabilité d’être choisi pour former un nouveau bloc, et l’utilisateur reçoit alors tous les frais de transaction associés. Par conséquent, un portefeuille détenant 1 % des pièces formera théoriquement 1 % de tous les nouveaux blocs. Le processus de création des blocs, décrits par certains comme un “forking”, est aujourd’hui majoritairement désigné par le terme “staking”.
Aujourd’hui, dans de nombreuses cryptomonnaies utilisant le PoS, le fait d’envoyer des pièces au staking implique de les verrouiller dans un smart contract, rendant impossible leur transfert pendant une période déterminée, qui peut aller de quelques heures à plusieurs semaines.
Grâce au mécanisme Proof-of-Stake, pratiquement tout détenteur de cryptomonnaie peut devenir producteur de blocs, favorisant un haut niveau de décentralisation et de sécurité pour la blockchain. Cependant, ceci implique souvent de sacrifier certaines performances.
Délégation et DPoS
Pour trouver un équilibre entre décentralisation et performances, le concept de délégation a été introduit, permettant à plusieurs portefeuilles de regrouper leurs pièces et droits de vote en faveur de quelques nœuds de production. En 2013, Daniel Larimer, un programmeur et entrepreneur dans le domaine de la crypto, a utilisé ce concept pour créer le mécanisme Delegated Proof-of-Stake (DPoS), d’abord intégré à la plateforme blockchain BitShares, puis adapté au sein de projets renommés tels qu’EOS et Cardano.
Aujourd’hui, la délégation est devenue une norme industrielle, employée dans presque toutes les implémentations PoS. Dans le DPoS, les propriétaires de cryptomonnaies peuvent choisir de déléguer la gestion de leurs pièces à des validateurs, qui sont des participants professionnels gérant les nœuds de la blockchain.
Récompenses et défis environnementaux
La plupart des blockchains PoS offrent des récompenses en pièces natives pour compenser le coût de vérification des transactions et de génération de nouveaux blocs. En règle générale, la taille de la récompense pour chaque bloc est fixe, mais peut varier selon les conditions du réseau.
De nombreux mécanismes de consensus ont été développés sur la base des principes du PoS et de la délégation, chacun présentant ses nuances, notamment en ce qui concerne la distribution des rôles entre les participants du réseau décentralisé.
L’impact environnemental élevé du minage des cryptomonnaies basées sur l’algorithme PoW a été ouvertement critiqué. Selon une étude du Cambridge Center for Alternative Finance, le minage de Bitcoin est responsable d’environ 0,1 % des émissions mondiales de dioxyde de carbone. Ce facteur a souvent servi d’argument pour tenter d’interdire le minage dans divers pays.
Transition vers le PoS
La transition réussie du réseau Ethereum au mécanisme Proof-of-Stake le 15 septembre 2022 a entraîné une réduction significative de sa consommation d’énergie, de presque 2 000 fois, soit 99,95 %. Cela a ravivé les discussions concernant la transition des cryptomonnaies PoW vers le PoS.
Le plus grand défi demeure la possibilité de migrer Bitcoin vers le PoS. Premièrement, Bitcoin n’a pas de développeur centralisé. Deuxièmement, la transition au PoS ne serait pas soutenue par les pools de minage, qui risqueraient de voir leurs revenus affectés.
