Minage et preuve d'enjeu

Une blockchain est un registre partagé, tenu par des milliers d'ordinateurs indépendants. Aucun d'eux ne commande, et pourtant tous doivent s'accorder sur les transactions qui ont eu lieu et sur leur ordre. L'ensemble des règles qui leur permet d'y parvenir s'appelle un mécanisme de consensus. Les deux plus répandus sont la preuve de travail (Proof of Work, PoW), qui repose sur le minage, et la preuve d'enjeu (Proof of Stake, PoS), qui repose sur des validateurs immobilisant des pièces.

Pourquoi une blockchain a besoin d'un consensus

Imaginez que n'importe qui puisse ajouter un bloc quand bon lui semble. Deux personnes pourraient publier des versions contradictoires de l'historique, ou quelqu'un pourrait tenter de dépenser deux fois les mêmes pièces. Un mécanisme de consensus règle ce problème en rendant coûteuse la proposition de blocs et en donnant à tous une règle claire pour savoir quelle chaîne est valide. C'est ce coût qui rend la triche peu attrayante : pour réécrire l'historique, un attaquant devrait engager des ressources colossales.

La preuve de travail : le minage

La preuve de travail a été introduite par le Bitcoin, qui l'utilise encore aujourd'hui.

Comment fonctionne le minage

Les mineurs rassemblent les transactions en attente dans un bloc candidat. Pour l'ajouter à la chaîne, ils doivent trouver un nombre qui, combiné aux données du bloc et passé dans une fonction de hachage, donne un résultat inférieur à une certaine cible. Il n'existe pas de raccourci : le seul moyen de trouver ce nombre est de tester un nombre gigantesque de possibilités. Du matériel spécialisé le fait des milliards de fois par seconde.

Le premier mineur qui trouve une réponse valide diffuse le bloc. Les autres nœuds peuvent vérifier la réponse instantanément, même si la trouver a été difficile. Le mineur gagnant reçoit la récompense de bloc, composée de pièces nouvellement créées et des frais de transaction.

La difficulté

Si davantage de mineurs rejoignaient le réseau, les blocs seraient trouvés plus vite. Pour l'éviter, le réseau ajuste la difficulté du problème. Sur le Bitcoin, cela se produit environ tous les 2 016 blocs, ce qui maintient le temps moyen entre deux blocs autour de 10 minutes.

Points forts et critiques de la PoW

• Points forts : un long historique de fonctionnement, un modèle de sécurité simple et bien étudié, et une sécurité adossée à des ressources bien réelles, difficiles à simuler.
• Critiques : une forte consommation d'électricité, et un minage qui tend à se concentrer là où le matériel et l'énergie coûtent le moins cher. De grands pools de minage regroupent en outre le travail de nombreux participants.

La preuve d'enjeu : les validateurs

La preuve d'enjeu remplace la puissance de calcul par un engagement économique. Au lieu d'acheter des machines et de payer l'électricité, les participants immobilisent les pièces du réseau lui-même sous forme de mise (stake).

Comment fonctionne la validation

Les participants qui mettent des pièces en jeu deviennent des validateurs. Le protocole désigne des validateurs pour proposer de nouveaux blocs, et d'autres validateurs les vérifient et votent pour eux ; sur Ethereum, ces votes s'appellent des attestations. La sélection est aléatoire, mais pondérée par la mise. Les validateurs qui respectent les règles reçoivent des récompenses du protocole et une part des frais.

Le slashing

La clé de la sécurité en preuve d'enjeu, c'est que les mauvais comportements sont sanctionnés. Si un validateur tente de tricher, par exemple en signant deux blocs contradictoires, le protocole peut détruire une partie de sa mise. C'est ce qu'on appelle le slashing. Les validateurs simplement hors ligne peuvent aussi perdre de petits montants. Un attaquant devrait donc acquérir une très grande part de toutes les pièces mises en jeu, au risque de les perdre.

Ethereum, l'exemple principal

Ethereum a été lancé en 2015 en preuve de travail. En septembre 2022, il est passé à la preuve d'enjeu lors d'une mise à jour baptisée The Merge. Pour faire tourner seul un validateur, un participant doit immobiliser 32 ETH. Ceux qui en ont moins, ou qui ne veulent pas gérer de serveur, passent souvent par des services ou des pools de staking, ce qui implique de faire confiance à un tiers et ajoute ses propres risques.

Points forts et critiques de la PoS

• Points forts : une consommation d'énergie bien plus faible, pas besoin de matériel spécialisé, et des sanctions qui visent directement les fonds des attaquants.
• Critiques : ceux qui détiennent plus de pièces ont plus d'influence, les grands fournisseurs de staking peuvent concentrer le contrôle, et le modèle est plus complexe et plus récent que la preuve de travail.

Comparaison des deux

• Ressource dépensée : électricité et matériel en PoW, pièces immobilisées en PoS
• Qui produit les blocs : les mineurs en PoW, les validateurs en PoS
• Sanction : énergie gaspillée pour le mineur perdant en PoW, slashing de la mise en PoS
• Exemples principaux : Bitcoin pour la PoW, Ethereum pour la PoS

Un mot sur les récompenses

Le minage comme le staking donnent droit à des récompenses, mais aucun ne garantit un profit. Les revenus du minage dépendent du matériel, du coût de l'électricité et de la concurrence. Les récompenses de staking varient selon l'état du réseau, et les pièces mises en jeu peuvent perdre de la valeur ou subir un slashing. Passer par un tiers pour le staking, c'est aussi lui confier vos fonds.

Points clés

• Les mécanismes de consensus permettent à des ordinateurs indépendants de s'accorder sur un historique commun.
• La preuve de travail sécurise la chaîne par la puissance de calcul ; le Bitcoin l'utilise.
• La preuve d'enjeu sécurise la chaîne par des pièces immobilisées et des sanctions ; Ethereum l'utilise depuis The Merge en 2022.
• Chaque approche présente ses propres compromis en matière d'énergie, de décentralisation et de complexité.