Une introduction aux mécanismes de consensus Blockchain – Computerworld

Les blockchains évoluent et les mécanismes de consensus sont au cœur. Voici un bref aperçu de la gamme de mécanismes décentralisés de validation et d’authentification actuellement utilisés.

Les réseaux blockchain regroupent les transactions en ensembles (blocs) qui sont interconnectés (chaînes). Les blocs utilisent une fonction pour s’assurer que les valeurs ne sont pas réutilisées dans les transactions, évitant ainsi le problème de la double dépense. Le réseau utilise ensuite le mécanisme de consensus de la blockchain pour convenir que le bloc est valide.

Les blockchains ont inventé divers mécanismes de consensus qui sont utilisés pour la validation. Cet article explore les mécanismes de consensus de la blockchain les plus courants et certaines variantes du monde réel.

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Pour ceux qui cherchent à comprendre la blockchain, le livre blanc original de Bitcoin est un bon point de départ. Il présente Bitcoin comme un système de monnaie électronique peer-to-peer et parle du premier mécanisme de consensus blockchain, Proof of Work. Ce mécanisme est la graine à partir de laquelle tous les autres mécanismes de consensus de la blockchain se développent.

Preuve de travail

La preuve de travail a été développée pour résoudre le problème des doubles dépenses où certains utilisateurs peuvent essayer de donner plusieurs fois le même actif. Ainsi, le premier défi pour le réseau blockchain était de s’assurer que les valeurs ne sont transmises qu’une seule fois.

Les créateurs de Bitcoin voulaient éviter d’utiliser un « mint » centralisé pour garder une trace de toutes les transactions passant par la blockchain. Bien qu’une telle monnaie puisse certainement entrer en conflit avec les transactions à double transfert, ce serait une solution centralisée. La décentralisation du contrôle des actifs était tout l’intérêt de la blockchain.

Au lieu de cela, la preuve de travail décharge la tâche de validation d’une transaction sur des nœuds individuels du réseau. Lorsque chaque nœud reçoit une transaction, il tente d’effectuer le calcul coûteux nécessaire pour découvrir le hachage rare. La « preuve de travail » qui en résulte garantit qu’un nœud a passé un certain temps et une certaine puissance de calcul pour accepter un bloc de transactions. Une fois le bloc haché, il est propagé sur le réseau avec la signature. En supposant qu’il réponde aux critères de validité, les autres nœuds du réseau acceptent ce nouveau bloc, l’ajoutent à la fin de la chaîne et commencent à travailler sur le bloc suivant au fur et à mesure que de nouvelles transactions circulent.

Preuve de rôle

La preuve de travail était une solution brillante au problème des doubles dépenses. Il représentait un modèle entièrement nouveau pour l’informatique distribuée, permettant une cohérence peer-to-peer sans licence. Toutes les blockchains développent l’idée de base de sécuriser les réseaux ouverts avec la cryptographie.

Cependant, le mécanisme original de la blockchain présente des inconvénients importants. La fonction de hachage est très énergivore. Cela crée également un goulot d’étranglement quant au nombre de transactions pouvant être traitées au cours d’une période donnée.

Ces lacunes ont inspiré quelques variations intéressantes sur l’idée initiale. La première et la plus influente alternative au mécanisme de consensus Proof of Work est la Proof of Stake, introduite par le projet Peercoin.

La preuve de participation incite les nœuds à approuver équitablement les transactions en ayant leur propre devise comme obligation. La preuve de participation fonctionne un peu comme la preuve de travail en termes de relation avec le réseau. Il remplit le même rôle. La différence est que les nœuds de check-stake ont un intérêt dans le réseau : s’ils agissent de manière malhonnête, non seulement ils perdent une partie de leur mise, mais ils dévaluent également leur propre monnaie.

La preuve d’enjeu offre un temps de traitement de bloc potentiellement beaucoup plus long car il n’est pas limité par le traitement de hachage. Cela réduit également l’utilisation de la puissance de calcul. De nombreuses chaînes de blocs plus récentes ont adopté la preuve de participation, y compris Ethereum 2.

Preuve de participation déléguée

La Delegated Proof of Stake est une évolution du mécanisme de Proof of Stake. Cela signifie essentiellement que d’autres participants au réseau peuvent choisir des approbateurs, généralement en fonction d’un poids basé sur les jetons qu’ils détiennent (c’est-à-dire leurs tarifs). Ce mécanisme fonctionne de la même manière que le collège électoral lors des élections.

Un réseau de preuve de participation délégué est plus flexible car les détenteurs de jetons peuvent ajuster de manière plus dynamique la manière dont les validateurs sont distribués dans les blocs validés. Cela atténue également l’influence de validateurs précieux qui pourraient autrement avoir un contrôle excessif sur le réseau. La preuve de participation déléguée est un moyen d’intégrer la gestion dans une couche plus fondamentale du réseau. Le vote sur le statut du validateur est intégré au fonctionnement quotidien du réseau.

Preuve de l’histoire

Preuve de l’histoire est une idée proposée par le projet Solana. Il ne s’agit pas d’un mécanisme de consensus autonome, mais d’un moyen d’améliorer l’efficacité d’autres mécanismes. La preuve de l’historique utilise un serveur doté d’une fonction de délai vérifiable (VDF) pour maintenir des transactions organisées sur le réseau. Les nœuds de validation sont alors capables de gérer plus efficacement le traitement des transactions car ils n’ont pas à se soucier du timing.

Le serveur de temps est connecté au réseau de manière décentralisée, basculant sur un autre valideur périodiquement ou en cas de panne. La preuve de l’historique est une augmentation de la complexité architecturale en échange d’une performance optimisée.

Preuve d’espace

La preuve d’espace implique un certain nombre de techniques pour démontrer qu’un nœud dans un réseau a des ressources de stockage impliquées. Parfois appelée preuve de stockage.

L’idée de base est que les nœuds s’engagent à valider des blocs de la même manière que la preuve de travail, mais au lieu de cycles CPU, ce mécanisme utilise de l’espace disque. L’un des algorithmes utilisés pour cela est ce qu’on appelle un graphe de galets lourds. Dans ce mécanisme, les nœuds ont un espace réservé basé sur un graphe difficile à calculer. Le consensus est atteint lorsque le réseau demande des preuves sous forme d’échantillons aléatoires à partir d’un espace réservé. Les nœuds doivent réellement résoudre et stocker le problème afin d’offrir une preuve.

Preuve de capacité

L’utilisation du stockage sur disque pour valider les nœuds offre la possibilité d’utiliser moins d’énergie que la preuve de travail. Une variante de Proof of Space fait le travail à l’avance et le stocke, créant ainsi une sorte de file d’attente sur laquelle les validateurs peuvent compter. Ce mécanisme, connu sous le nom de Proof of Capacity, est utilisé dans le projet Signum.

Preuve de l’espace-temps

La preuve d’espace-temps est une autre amélioration du mécanisme de preuve d’espace qui garantit que l’espace disque est conservé pendant une période de temps spécifiée. C’est un mécanisme assez ingénieux car non seulement il établit un algorithme pour prouver la consommation d’espace et de temps en ressources de calcul, mais il ajuste aussi dynamiquement l’importance relative que le prouveur attache à chacun d’eux. Lisez La preuve de l’espace-temps pour en savoir plus à ce sujet.

Preuve d’activité

La preuve d’activité est une tentative de combiner une preuve de travail avec une preuve d’enjeu. Cela fonctionne essentiellement en deux phases, d’abord en utilisant la preuve de travail pour valider les blocs, puis en validant les blocs avec la preuve de participation. Ce mécanisme augmente la sécurité globale de la transaction en garantissant que les blocs sont à la fois extraits par hachage et vérifiés par la mise. En revanche, cela ne résout pas les lacunes de la preuve de travail.

Preuve du temps passé

La preuve du temps écoulé a été proposée pour la première fois par Intel, et est un animal différent des autres décrits ici car il s’applique aux réseaux de blockchain autorisés. L’une des principales caractéristiques des chaînes de blocs de type Bitcoin est qu’elles sont sans licence. Forcer les nœuds à s’identifier avec des informations d’identification pour participer crée une blockchain privée. L’idée est d’utiliser certaines fonctionnalités de la blockchain telles que la résilience du réseau, mais dans le cadre d’un réseau propriétaire.

L’exemple le plus célèbre de Proof of Elapsed Time est le projet open source HyperLedger Sawtooth.

Preuve d’autorisation

Un autre écart plus radical par rapport à la preuve de travail de Nakamoto est la preuve d’autorité. Dans ce modèle, les validateurs sont vérifiés à l’avance en utilisant à la fois les aspects informatiques et humains. Au lieu de distribuer la preuve de validité sur le réseau en utilisant quelque chose comme une fonction de hachage, la preuve d’autorité utilise un mécanisme externe qui applique la conformité de l’extérieur. La crypto-monnaie VET utilise la preuve d’autorité.

Preuve de brûlures

Une autre option de haut niveau au lieu de la preuve de travail et de la preuve de participation est le mécanisme de preuve de gravure. Dans ce type de réseau, les nœuds confirment leur travail en brûlant des jetons. La gravure de jetons est une activité coûteuse qui garantit que les nœuds ont un intérêt dans le réseau. La preuve de gravure s’appuie toujours sur d’autres mécanismes pour garantir que les jetons eux-mêmes ont de la valeur. À ce stade, il s’agirait probablement d’une preuve de travail ou d’une preuve d’enjeu.

La puissance de Proof of Burn réside dans le fait de fournir une sorte de pont entre des réseaux qui fonctionnent avec différents mécanismes de consensus. Il a des cas d’utilisation intéressants pour permettre des transactions croisées.

Preuve d’importance

La preuve d’importance est un type de preuve d’enjeu qui tente d’inclure plus de données pour décider quels nœuds accepter comme validateurs. Il produit un score pour les nœuds qui évalue leur légitimité, et la quantité de jetons investis est l’un des facteurs de ce score. La preuve d’importance prend également en compte d’autres facteurs tels que la longévité et l’activité des nœuds, leur relation avec d’autres nœuds, et peut également appliquer des pondérations telles que des moyennes mobiles à la consommation de jetons. La preuve d’importance a été introduite par le projet NEM.

Preuve d’identité

La preuve d’identité est un domaine de croissance énorme car elle représente l’intersection de la blockchain et de l’identité. C’est l’objectif général de lier un identifiant de blockchain – une clé privée – à une identité réelle telle que la citoyenneté. L’authentification à l’aide d’un identifiant décentralisé est l’un des domaines de perturbation les plus probables pour la blockchain. Si des moyens généralement acceptés de vérifier l’identité personnelle ou organisationnelle sont mis en œuvre dans la blockchain, les utilisateurs et les réseaux de la blockchain peuvent utiliser l’ID pour participer et approuver les transactions.

Source : Infomonde

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