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Consensus : ou les types de consensus que vous devez connaître

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Lorsque le terme « blockchain » est mentionné dans un certain contexte, il est généralement associé au terme complexe « algorithme de consensus ». La plupart des lecteurs ne pensent même pas à chercher ce qu'est un algorithme de consensus. En fait, la plupart ne savent même pas à quoi sert un algorithme dans le contexte de la blockchain. Pourtant, il existe des dizaines de types d'algorithmes et la plupart d'entre eux sont utilisés dans le monde de la blockchain.

L'idée d'un consensus vient à une position unifiée sur un problème. En informatique, un consensus est lié à un problème de consensus. Le problème fondamental de l'informatique distribuée et des systèmes multi-agents est d'obtenir une fiabilité globale du système en présence d'un certain nombre de processus défectueux. Cela nécessite souvent que les processus s'accordent sur certaines données nécessaires lors du calcul. La blockchain est gâchée par le même problème et les scientifiques et les programmeurs ont trouvé des moyens de le résoudre.

Essentiellement, un algorithme est une série d'étapes analysées, programmées et nécessaires pour obtenir un certain résultat. L'algorithme de consensus, ergo, signifie prendre les mesures nécessaires pour parvenir à un accord sur une seule question. Dans le monde de la blockchain, ce problème unique signifie parvenir à un accord sur le calcul d'un bloc par tous les participants au réseau afin qu'il puisse être haché.

Dans le monde de la blockchain

En ce qui concerne la blockchain, l'algorithme de consensus peut avoir plusieurs résultats comme objectif principal de tous les participants au réseau. Les objectifs les plus courants de l'algorithme sont les suivants :

  • Accord : Le mécanisme de consensus rassemble tous les accords du groupe des participants au réseau.
  • Collaboration : Chaque membre du groupe vise à parvenir à un meilleur accord qui correspond à l'intérêt du groupe dans son ensemble.
  • Coopération : Chaque individu travaille en équipe et met ses propres intérêts de côté pour le plus grand bien.
  • Droits égaux : Chaque participant a la même valeur dans le processus de vote. Dans une telle approche, chaque vote compte, car sans même un seul vote, le consensus ne passera pas.
  • Participation : Tout le monde au sein du réseau doit participer au processus de vote. Personne ne sera laissé de côté ou ne pourra rester en dehors du vote, car cela interrompra le fonctionnement de l'algorithme.
  • Activité : chaque membre du groupe est également actif. La responsabilité au sein du groupe est partagée également entre tous les participants.

Les types

En fait, il existe plus de 30 types d'algorithmes de consensus actuellement disponibles. Les plus courants sont les suivants :

  • Preuve de travail
  • Preuve de participation
  • Preuve de participation déléguée
  • Preuve d'autorité
  • Tolérance aux pannes byzantine
  • Tolérance de panne byzantine déléguée (dBFT)

Et ainsi de suite. La liste peut être poursuivie à l'infini, mais il n'en reste pas moins que tous les algorithmes mentionnés ici et tous les autres qui ne rentrent pas dans le matériel donné servent des objectifs tout aussi importants, qui tournent autour de l'atteinte d'un consensus. La seule chose qui change est la méthode qu'ils utilisent pour y parvenir.

Temple de la renommée

Naturellement, les types d'algorithmes de consensus les plus populaires sont le Proof-of-Work et le Proof-of-Stake, qui ont émergé avec la blockchain comme le premier né.

La preuve de travail est le plus ancien type de consensus sur la blockchain et existe depuis début 2003 avec la naissance de Bitcoin et est en phase de test depuis 2009. Bien qu'il ne soit pas nouveau, l'algorithme a reçu une nouvelle vie avec Satoshi Nakamoto. Selon sa méthode proposée, les participants de la blockchain (les mineurs) doivent résoudre un problème de calcul complexe et totalement inutile afin qu'un bloc de transactions puisse être ajouté à la blockchain. Les problèmes de cette approche sont nombreux. Il est lent, gourmand en énergie et peu respectueux de l'environnement, et il est sensible aux économies d'échelle.

La prochaine étape est le concept de preuve de participation. Cette approche est apparue comme une alternative à la dernière et a proposé qu'au lieu d'utiliser le trac pour extraire des blocs, les participants du réseau doivent avoir des enjeux sous forme de pièces dans le système pour pouvoir participer au processus. Posséder une participation de 10 % donne la probabilité d'exploiter le bloc suivant à 10 %. Plus le propriétaire de la mise détient de pièces, plus il a de chances d' trac le bloc. L'approche est également imparfaite, car elle est sujette au problème de l'absence d'enjeu. Pourtant, il est moins gourmand en énergie, peu sensible aux économies d'échelle et mieux protégé contre les attaques.

Quelle que soit l'approche utilisée pour parvenir à un consensus, les problèmes sont encore largement les mêmes et se répercutent les uns sur les autres. Les plus gros problèmes auxquels sont confrontés tous les modèles de consensus sont les suivants :

La consommation d'énergie est de loin le plus gros problème du fonctionnement de la blockchain. Par exemple, Bitcoin a 20 milliards de hachages par seconde. Cela nécessite d'immenses quantités d'énergie et il n'existe actuellement aucune alternative énergétique bon marché pour satisfaire la soif d'énergie des blockchains modernes.

La centralisation des mineurs dans les réseaux PoW est un autre problème, car les grands fabricants peuvent commencer à avoir besoin de plus de puissance pour fonctionner et essaieront de contourner les règles du système minier ou même d'en émettre de nouvelles pour satisfaire leurs demandes. La centralisation au sein d'un réseau décentralisé en est le résultat. Si la centralisation s'installe, alors le système n'est plus une blockchain et le consensus n'a plus de sens.

Les attaques sur le réseau sont toujours populaires et les pirates ne vont nulle part. Une attaque à 51% est viable et il n'y a aucune garantie que cela ne se produise pas. Si les enjeux sont pris en charge par les attaquants, ce n'est qu'une question de temps et de puissance de calcul jusqu'à ce qu'ils contrôlent plus de la moitié de tous les nœuds et transforment le réseau en source de revenus pour eux-mêmes.

Avec le nouveau

Les problèmes des algorithmes de consensus précédents ont été minutieusement examinés et étudiés pour permettre aux programmeurs d'atteindre de nouveaux modèles de consensus.

L'un des modèles les plus récents et les plus prometteurs pour les blockchains est la preuve d'accord, qui est un autre algorithme de consensus utilisé par la plate-forme Credits . C'est un concept assez simple qui semble compliqué au premier abord mais qui réussit à faire consensus. L'ensemble de la procédure de consensus consiste en la formation des transactions et leur répartition entre les nœuds du réseau et l'exécution de cycles cycliques où les nœuds de confiance (TN) sont autorisés à mener un consensus, ce qui se traduit par une résolution commune comprenant les transactions dans un bloc et sa génération. Les packages de transactions incluent un nombre ordonné de transactions (jusqu'à 500) et reçoivent un en-tête contenant un hachage calculé avec l'algorithme Blake2s. Une fois que les nœuds reçoivent la liste des packages de transactions contenus dans la table ronde, ils commencent à vérifier la disponibilité de ces packages dans le tampon local. Si certains packages manquent, le processus de synchronisation est lancé. Un nœud demande les packages manquants à ses nœuds voisins et si les packages manquent également sur ces nœuds, ces voisins demandent les packages à leurs voisins et le processus est répété jusqu'à ce que les packages manquants soient trouvés. La disponibilité de tous les packages de transactions contenus dans la table ronde sur tous les nœuds de confiance est la condition pour qu'une ronde commence. Une fois que tous les nœuds du réseau ont publié les packages de transactions et les ont échangés entre eux, les nœuds responsables de l'exécution du consensus doivent être sélectionnés et ces nœuds devront valider les transactions et générer un bloc. Une formation de blocs simple et efficace avec une implication totale de tous les nœuds avec la possibilité d'une mise en œuvre dans des réseaux publics est la raison d'être d'un tel algorithme de consensus.

Le prochain algorithme prometteur est l'algorithme LibraBFT Consensus de Facebook. LibraBFT améliore HotStuff et l'adapte pour une utilisation plus large. Libra est un algorithme de consensus de type Byzantine Fault Tolerance, qui est basé sur HotStuff et est un système de réplication de machine d'état robuste et efficace conçu pour la Libra Blockchain. LibraBFT est une amélioration de HotStuff avec l'implémentation du mécanisme Pacemaker. Il comprend une analyse de la vivacité qui consiste en des limites concrètes à l'engagement de la transaction. Dans LibraBFT, les processus sont appelés Validateurs. Chacun de ces derniers fonctionne en tours, chacun ayant un validateur désigné appelé chef. Les leaders proposent de nouveaux blocs et reçoivent des votes signés des validateurs concernant les propositions de génération de blocs. Un tour n'est qu'une phase de communication avec un seul leader désigné, et les propositions des leaders sont organisées en chaîne à l'aide de hachages cryptographiques. Lorsqu'une manche est lancée, le meneur propose un bloc qui prolonge la chaîne la plus longue dont il dispose. Si la proposition est valide et opportune, chaque nœud honnête la signera et enverra un vote au leader. Une fois qu'il y a suffisamment de votes pour atteindre un quorum, le leader regroupe les votes dans un certificat de quorum (QC) qui étend à nouveau la même chaîne et le QC est diffusé à chaque nœud. Si le leader ne parvient pas à réunir un QC, les participants passeront au tour suivant.

À ce jour, la Libra Blockchain a été lancée en tant que réseau autorisé. Les validateurs fondateurs comprennent des entreprises telles que Uber, Visa, MasterCard, PayPal, etc. Tous les fondateurs adhèrent à des directives strictes pour être les premiers validateurs. Par exemple, les fonds spéculatifs crypto devaient avoir un AUM supérieur à 1 milliard de dollars, tandis que les dépositaires axés sur les actifs numériques devaient stocker au moins 100 millions de dollars. Les entreprises non crypto devaient avoir une capitalisation boursière de plus d'un milliard de dollars ou des soldes clients de plus de 500 millions de dollars.

Un autre algorithme de consensus est Proof of Elapsed Time, qui a été inventé début 2016 par Intel et testé avec succès par Hyperledger Sawtooth 1.1.

Le principe de fonctionnement est assez simple car chaque nœud du réseau attend pendant une période de temps choisie au hasard. Le premier nœud à s'écouler le temps d'attente gagne le droit d'émettre le bloc suivant. Chaque nœud du réseau génère des intervalles de temps d'attente aléatoires et est désactivé de manière endormie pendant un temps spécifié. Le nœud qui se réveille, et celui avec le temps d'attente le plus court, ajoute un nouveau bloc à la blockchain et transmet les données sur tout le réseau. Le processus est répété jusqu'à ce que le bloc suivant soit trouvé. Les avantages d'un tel algorithme sont les faibles coûts de participation, la simple vérification de la légitimité et les faibles coûts de contrôle de la vérification et de l'élection. Il y a aussi des inconvénients, comme le besoin de matériel spécialisé et le fait qu'il est inutile pour les réseaux publics. En tout

La variété des algorithmes de consensus rend les blockchains polyvalentes et adaptables à diverses applications et structures. Bien que vulnérables aux attaques, souvent lourdes et très énergivores, les blockchains sont toujours là pour rester et ce n'est qu'une question de temps avant que l'un ou l'autre algorithme ne batte les autres dans la course à l'efficacité. Peut-être que l'un des algorithmes de la longue liste d'algorithmes obscurs et moins connus sera celui qui évincera PoW et PoS dans un avenir proche.

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