Proof of Stake (PoS) VS Proof of Work (PoW)

Aujourd’hui, les mastodontes du monde des blockchains, tels que Bitcoin et Ethereum, doivent leur sécurité et décentralisation remarquables à leurs mécanismes de consensus uniques : le Proof of Work (PoW) et le Proof of Stake (PoS). Dans cet article, nous allons plonger au cœur de ces systèmes ingénieux, explorer leur fonctionnement et les comparer pour mieux comprendre les forces qui sous-tendent ces piliers de la cryptosphère.

Qu’est-ce qu’un mécanisme de consensus ?

Définition

Le mécanisme de consensus est l’ingrédient clé qui permet à une blockchain de fonctionner. Il s’agit du processus par lequel les différents nœuds (ordinateurs connectés) d’une blockchain se mettent d’accord sur la validité des transactions et sur l’ajout de nouveaux blocs à la chaîne. En utilisant un mécanisme de consensus, les utilisateurs d’une blockchain peuvent être certains que les données des transactions sont exactes. Cette harmonisation est cruciale pour assurer la sécurité, l’intégrité des données et la résilience du réseau face aux attaques malveillantes.

Comprendre les enjeux

Le choix d’un mécanisme de consensus influence directement les performances et la consommation énergétique du réseau. Les deux principaux types de consensus utilisés dans les blockchains sont le Proof of Work (PoW) et le Proof of Stake (PoS), qui présentent chacun des caractéristiques distinctes en termes de sécurité, de décentralisation et d’efficacité énergétique.

Pensez au mécanisme de consensus comme au système de gouvernance d’un pays. Un mauvais système peut entraîner des problèmes, tels que la corruption, la bureaucratie ou l’injustice sociale. De même, un mécanisme de consensus inadéquat peut causer des problèmes de sécurité et d’équité dans un réseau blockchain.

Évolutions et complexités

Au fur et à mesure que les blockchains évoluent, les mécanismes de consensus deviennent de plus en plus sophistiqués pour répondre aux défis grandissants. Certains réseaux blockchain expérimentent des approches innovantes, telles que la Preuve d’Enjeu Déléguée (DPoS) ou la Preuve d’Autorité (PoA), pour répondre à des besoins spécifiques.

Mais les plus couramment utilisés restent le Proof of Work (Preuve de travail) et le Proof of Stake (Preuve d’enjeu).

Qu’est ce que le Proof of Work ?

La preuve de travail (Proof of Work ou PoW) est un mécanisme de consensus réputé, notamment utilisé dans la blockchain du Bitcoin.

Le PoW est un processus exigeant en termes de puissance de calcul et d’énergie. Dans ce système, les mineurs rivalisent pour résoudre un problème mathématique complexe.

Chaque bloc est sécurisé en résolvant cette énigme, appelée code de hachage. Les mineurs convertissent les données d’entrée (détails du bloc) en une sortie unique et fixe (le code de hachage). Cette sortie doit satisfaire certaines conditions, dénommées « difficulté de minage ». La difficulté est ajustée régulièrement par le protocole Bitcoin pour conserver un temps moyen de validation des transactions d’environ 10 minutes.

Les codes de hachage servent à relier cryptographiquement chaque bloc aux blocs précédents.

En termes simples, le code de hachage est un « résumé crypté » d’un bloc que l’on inscrit dans le bloc suivant. Si un pirate informatique tente de modifier un bloc, le code de hachage dans le bloc suivant change, entraînant une modification de ce bloc, puis dans les blocs suivants. Ce mécanisme empêche la modification des transactions passées sans invalider les blocs ultérieurs.

Le processus de validation des transactions via PoW est lent et énergivore, mais il offre une sécurité élevée. Pour falsifier une transaction, un attaquant doit contrôler la majorité de la puissance de calcul du réseau. Ainsi, plus le réseau est grand, plus il est sûr. Par exemple, le réseau Bitcoin compte plus de 13 000 nœuds, ce qui le rend résistant aux attaques de 51 %.

Néanmoins, la PoW est critiquée pour sa consommation d’énergie considérable, souvent comparée à celle d’un petit pays. De ce fait, d’autres algorithmes de consensus, tels que la preuve d’enjeu (Proof of Stake ou PoS), ont été élaborés pour proposer une alternative plus respectueuse de l’environnement.

Avantages et inconvénients du Proof of Work

Avantages

• Sécurité éprouvée : Le PoW a fait ses preuves en termes de sécurité, car il est utilisé par la première et la plus grande cryptomonnaie, Bitcoin.
• Résistance aux attaques : Le coût prohibitif pour contrôler 51% du réseau rend les attaques peu rentables pour les acteurs malveillants.
• Immuabilité forte : Les transactions validées dans un réseau PoW sont difficiles à modifier, assurant la confiance dans l’historique des transactions.
• Décentralisation initiale : Les réseaux PoW permettent une distribution décentralisée des récompenses, favorisant la participation des mineurs.
• Large adoption : Le PoW est largement utilisé et reconnu dans l’industrie des cryptomonnaies, notamment par Bitcoin et Ethereum (avant son passage au PoS).
• Incentive économique pour les mineurs : Les récompenses en bloc et les frais de transaction incitent les mineurs à sécuriser le réseau.

Inconvénients

• Consommation énergétique élevée : Le PoW nécessite une grande quantité d’énergie pour résoudre les problèmes cryptographiques, ce qui a un impact environnemental.
• Centralisation du pouvoir minier : Les grandes fermes de minage peuvent concentrer le pouvoir, ce qui va à l’encontre de l’idéal de décentralisation.
• Coûts d’entrée élevés pour les mineurs : Les équipements de minage spécialisés (ASICs) sont coûteux, ce qui rend difficile l’accès au minage pour les petits acteurs.
• Potentiel de gaspillage de ressources : Les mineurs dépensent des ressources (électricité et matériel) sans garantie de récompense.
• Scalabilité limitée : Les réseaux PoW peuvent souffrir de limitations en termes de temps de confirmation et de capacité de transaction.

Qu’est ce que la Proof of Stake ?

La preuve d’enjeu (Proof of Stake ou PoS) est un algorithme de consensus distinct du Proof of Work, basé sur un concept différent. Au lieu de nécessiter des mineurs pour effectuer des calculs complexes comme dans le PoW, le PoS repose sur la mise en gage ou « staking » de tokens.

En pratique, chaque utilisateur souhaitant participer à la validation des blocs doit immobiliser une quantité spécifique de tokens. Plus la quantité immobilisée est importante, plus les chances de valider un bloc augmentent. Cette somme sert en réalité de garantie, attestant de la bonne foi du validateur.

Prenons l’exemple d’Ethereum :

1.  L’utilisateur met en gage ou « stake » ses tokens Ethereum et devient un validateur.

2.  Le protocole sélectionne aléatoirement un validateur pour valider le dernier bloc ; notre utilisateur est choisi.

3.  Il valide le bloc.

4.  Ce bloc est ensuite transmis à un « comité de validateurs », également sélectionné au hasard, pour vérifier la qualité du travail de notre validateur.

5.   Si notre validateur a agi honnêtement, il reçoit une récompense. En revanche, s’il a tenté de tricher, le groupe le signale au protocole et il subit un « slashing », c’est-à-dire que les tokens qu’il avait mis en gage lui sont définitivement retirés.

Avantages et inconvénients du Proof of Stake

Avantages

• Consommation énergétique réduite : Le PoS consomme nettement moins d’énergie que le PoW, car la validation des blocs ne nécessite pas de calculs intensifs.
• Scalabilité améliorée : Le PoS permet des temps de confirmation plus rapides et une capacité de transaction accrue, améliorant ainsi la performance du réseau.
• Incitations économiques équilibrées : Le PoS récompense les validateurs proportionnellement à leur mise, encourageant une participation plus large et diversifiée.
• Sécurité renforcée avec le temps : Plus les validateurs détiennent et bloquent leurs tokens, plus le réseau devient sécurisé et résilient face aux attaques.
• Résilience aux attaques de monopole : Les attaques de monopole sont plus difficiles dans un réseau PoS, car l’acquisition d’une majorité de tokens est coûteuse et risquée.

Inconvénients

• « Rich get richer » (les riches s’enrichissent) : Le PoS peut favoriser la concentration de la richesse, car les validateurs les plus riches ont tendance à obtenir davantage de récompenses.
• Centralisation potentielle des tokens : Si un petit groupe de détenteurs de tokens contrôle une part importante du réseau, cela peut entraîner une centralisation des décisions et des récompenses.
• Moins éprouvé que le PoW : Le PoS est un mécanisme de consensus plus récent et moins éprouvé que le PoW, ce qui peut soulever des préoccupations en matière de sécurité et de stabilité.
• Attaques potentielles à faible coût : Les attaques à faible coût, telles que les attaques « long-range » et « nothing-at-stake », peuvent être plus faciles à exécuter dans un réseau PoS.
• Distribution initiale des tokens : La distribution initiale des tokens dans un réseau PoS peut être complexe et sujette à des manipulations ou à des pratiques injustes.

Conclusion

Les mécanismes de consensus sont le cœur battant des blockchains et le choix entre Proof of Work (PoW) et Proof of Stake (PoS) dépend des priorités et des besoins spécifiques d’un réseau blockchain. Le PoW, avec sa sécurité éprouvée et sa forte immuabilité, est un choix solide pour les réseaux nécessitant une décentralisation et une sécurité maximales. En revanche, le PoS offre des avantages en matière d’efficacité énergétique, d’écologie et de scalabilité. Les développeurs et les utilisateurs de blockchain doivent peser soigneusement les avantages et les inconvénients de chaque mécanisme de consensus avant de prendre une décision éclairée pour leur projet.

Restez éclairés,