Explication des mécanismes de consensus Bitcoin: tolérance aux pannes byzantine

Pendant longtemps, la plupart des applications ont utilisé des bases de données centralisées traditionnelles pour gérer leurs données. Les applications pouvaient lire et écrire dans une base de données définie gérée par une seule entité, un maître. Mais ces systèmes avaient un défaut majeur: la dépendance à une seule entité rend la base de données plus vulnérable aux pannes et aux attaques.

Les systèmes qui aspirent à être vraiment décentralisés, comme les chaînes de blocs, ne peuvent pas utiliser un tel modèle pour maintenir un réseau de valeur. Au lieu de cela, les chaînes de blocs ont nécessité la création d’un consensus de Nakamoto, l’algorithme de consensus tolérant aux pannes byzantin qui Bitcoin les usages.

Tolérance aux pannes byzantine

Dans les systèmes informatiques distribués, le système doit pouvoir continuer à fonctionner même si divers composants individuels du système tombent en panne. Dans le cas de la tolérance aux pannes byzantine, le système distribué doit pouvoir parvenir à un accord même lorsque certains composants échouent et sont incapables de participer aux processus pour parvenir à un consensus.

Le nom est dérivé du «problème des généraux byzantins», un problème qui explore l’idée suivante: il y a une armée divisée avec les deux groupes sur les côtés opposés d’une ville ennemie. Si l’un des deux groupes attaquait seul la ville ennemie, alors la ville ennemie pourrait les survivre. La seule façon de réussir une opération d’attaque est que les deux groupes attaquent en même temps.

Pour ce faire, les deux généraux responsables des deux groupes séparés doivent se mettre d’accord sur un moment pour attaquer la ville ennemie mais, la seule façon pour eux de communiquer est d’envoyer un messager à travers la ville ennemie. Parce que le messager doit voyager à travers la ville ennemie, aucun général ne peut être sûr que son message sera transmis à l’autre; le messager pourrait être capturé et remplacé par un autre faux messager pour tromper l’autre général.

Dans le cas de Bitcoin, les généraux sont remplacés par les différents nœuds qui doivent parvenir à un accord. Le consensus de Nakamoto utilise un système de preuve de travail pour résoudre ce problème.

Qu’est-ce que la preuve de travail?

Prenez le problème ci-dessus et étiquetez les deux groupes d’armée, le groupe A et le groupe B. Le général du groupe A veut lancer un message à envoyer au groupe B concernant le moment de l’attaque. Au lieu d’envoyer simplement le messager à travers la ville avec le message et en espérant qu’il sera livré avec succès, le général crée un nonce, un nombre arbitraire, et le joint au message.

Le message combiné est ensuite haché et envoyé à l’autre général. Si les deux généraux conviennent d’un élément du hachage, par exemple, que le hachage doit commencer par un certain ensemble de chiffres, le général du groupe B peut vérifier que le message n’a pas été modifié par la ville ennemie. Si la ville ennemie devait modifier le message et hacher le nouveau message, il est probable qu’elle n’aurait pas les mêmes composants du hachage que les deux généraux se sont mis d’accord. En effet, ce système, une explication simplifiée de l’algorithme Proof-of-Work, empêche largement la ville ennemie de pouvoir modifier artificiellement le message et conduire à une attaque défectueuse.

Dans Bitcoin, des nœuds spéciaux appelés «mineurs» travaillent pour résoudre un casse-tête cryptographique consistant à trouver un nonce de telle sorte que lorsque le contenu du bloc est haché avec le nonce, il répond à une certaine exigence. Lorsque le nonce est trouvé, le nœud peut publier le bloc avec des transactions sur le réseau pour être vérifié par les autres nœuds et être ajouté à la blockchain. Le hachage de chaque bloc comprend également le hachage du bloc précédent afin que chaque bloc soit connecté dans une chaîne (c’est de là que vient le nom de la chaîne de blocs).

Pour inciter les mineurs à mener à bien ce processus qui établit la sécurité du réseau, le premier mineur à trouver le nonce et à publier le bloc est récompensé par un Bitcoin nouvellement créé. Actuellement, les mineurs peuvent gagner un récompense de 12,5 BTC, mais en mai 2020, la récompense chutera à 6,25 BTC. Ceci est connu comme le Bloc Bitcoin réduit de moitié, qui se produit tous les quatre ans.

Voir ici pour une liste de Pièces de preuve de travail

Failles de preuve de travail

Le système de preuve de travail n’est pas parfait. UNE 51 pour cent d’attaque c’est quand un groupe de mineurs contrôle plus de 50% du réseau Bitcoin exploitation minière hashrate qui leur permet de contrôler les vérifications des blocs Bitcoin.

Cela signifie qu’ils pourraient empêcher les utilisateurs de créer des transactions et doubler les dépenses en Bitcoin eux-mêmes. En 2014, un pool minier, Ghash.io brièvement croisé la marque de hashrate de 50 pour cent les amenant à promettre qu’ils ne franchiraient pas le taux de hachage de 39,99% pour le réseau Bitcoin à l’avenir.

La preuve de travail de Bitcoin est également extrêmement coûteuse en termes de consommation d’énergie. le Le réseau Bitcoin a une empreinte carbone totale qui est comparable à celle de tout le pays de la Nouvelle-Zélande. Alors que le réchauffement climatique devient une situation de plus en plus grave, l’empreinte carbone de Bitcoin doit être prise en compte par la plus grande communauté de la blockchain.

Qu’est-ce que la preuve de participation?

Une alternative majeure au consensus de preuve de travail est un modèle de preuve de participation. Dans ce modèle, la puissance de calcul utilisée pour extraire de nouveaux blocs est remplacée par le nombre de pièces que l’on détient. Fondamentalement, plus on est prêt à «miser» de pièces, plus leur puissance d’extraction est grande (bien qu’il puisse y avoir d’autres facteurs comme l’âge de jalonnement, un calcul qui combine le nombre de pièces mises et combien de temps ces pièces ont été mises).

En minimisant la puissance de calcul nécessaire pour «forger» (un terme alternatif à «exploiter» souvent utilisé par les systèmes de preuve de pieu) un nouveau bloc, la preuve de pieu résout efficacement le problème de consommation d’énergie.

De plus, pour mener une attaque de 51% dans un système de preuve de participation, une seule entité devrait acquérir 51% des pièces en jeu, ce qui serait très peu pratique pour les blockchains d’échelle. La preuve de participation rend également l’attaque largement impraticable car elle diminuerait probablement la valeur de la crypto-monnaie dont l’attaquant détient la majorité. En conséquence, l’attaquant risquerait de perdre une quantité importante de valeur dans un tel événement.

Voir ici pour une liste de Pièces de preuve de mise

Conclusion

Le consensus de Nakamoto a été une étape cruciale dans le développement de crypto-monnaies comme Bitcoin. La tolérance aux pannes byzantine et la preuve de travail ont permis d’avoir un réseau de valeur décentralisé avec sécurité. Cependant, la preuve de travail n’est pas parfaite, et Bitcoin et le reste de la communauté des crypto-monnaies ont tout à gagner des mises à jour des mécanismes de consensus tels que la preuve de participation.

Photo de couverture par Dmitry Demidko sur Unsplash

Publié dans: Bitcoin, Exploitation minière

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