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Nov 20, 2021

Qu’est-ce que Proof-of-Work (PoW) dans la blockchain?

La blockchain est communément perçue à travers le prisme du consensus de Nakamoto de Bitcoin. Mais pour savoir ce qu’est Proof of Work, il est essentiel d’examiner de près la mise en place du PoW.

Proof of Work (communément abrégée en PoW) est un algorithme de consensus utilisé pour prévenir l’attaque des 51% ou les doubles dépenses. Les cryptomonnaies comme le bitcoin utilisent le consensus PoW pour confirmer les transactions et produire de nouveaux blocs ajoutés à la chaîne. Avec PoW, les mineurs sont en concurrence pour effectuer des transactions sur le réseau en échange d’une récompense pour leur vitesse et leur précision.

Les principaux points à retenir :

  • Comprendre le concept de Proof of Work et comment il est utilisé pour sécuriser le réseau blockchain.
  • Découvrir quels sont les problèmes mathématiques que les mineurs résolvent et quel est l’impact de ces calculs sur la société dans son ensemble.
  • Savoir qui est impliqué dans le processus de minage en utilisant le consensus Proof of Work.
  • Savoir quelles cryptos reposent encore sur Proof of Work et pourquoi Ethereum a choisi de faire un hard fork vers Ethereum 2.0.
  • Obtenir une vue d’ensemble de la raison pour laquelle le consensus Proof of Stake est plus sûr et plus juste que Proof of Work.

Comment Proof of Work est-il appliqué sur la blockchain ?

L’algorithme de consensus Proof-of-Work de la blockchain est le plus ancien mécanisme de consensus et l’algorithme le plus populaire. Bien sûr, de nombreuses raisons peuvent avoir contribué à sa popularité. Mais la principale raison de sa réputation est sa capacité à promouvoir l’honnêteté dans l’écosystème décentralisé. Bien qu’il existe d’autres algorithmes, PoW est toujours viable pour atteindre l’objectif de tolérance aux fautes byzantines (BFT).

Pour bien comprendre ce qu’est la BFT, il s’agit d’un système capable de résister aux défaillances associées au problème des généraux byzantins. Cela signifie qu’un réseau peut éviter les situations où certains nœuds (ou mineurs) tentent d’agir contre le consensus. Grâce aux caractéristiques de la BFT, l’algorithme PoW fonctionne de telle manière que les nœuds peuvent valider un bloc au sein d’un réseau en résolvant un problème mathématique complexe.

Le premier à trouver la solution au problème mathématique reçoit la permission du consensus de choisir un bloc à ajouter à la blockchain. En échange, le nœud qui réussit reçoit des tokens en guise de récompense. Par exemple, dans le réseau Bitcoin, la récompense est en BTC.

Finalement, le consensus PoW crée une économie fermée relativement saine et transparente. Principalement pour encourager les utilisateurs à continuer à soutenir l’écosystème.

PoW

Quels problèmes mathématiques sont impliqués dans le PoW ?

Ces problèmes mathématiques complexes font référence à une diversité de complications arithmétiques peu communes. En outre, la résolution de ces problèmes nécessite une grande puissance de calcul.

Ils vont des problèmes génériques byzantins aux fonctions de hachage complexes. Par exemple :

  • Une fonction de hachage implique un processus permettant de générer une sortie aléatoire d’une longueur spécifique à partir d’une entrée. Tandis qu’un hachage est une valeur numérique (ou cible) qui permet de déterminer qui extrait le bloc avec précision.
  • Résoudre une factorisation d’un nombre entier comprenant la décomposition d’un nombre composite en nombres entiers plus petits en conjonction avec les restrictions et multiplications de nombres premiers.
  • Il sert de protocole de puzzle de secours pour sécuriser le réseau en cas d’attaque DoS qui nécessite un ordre défini. Au lieu de résoudre une fonction, il s’agit plutôt de trouver la cause première.

Ainsi, pour chaque validation réussie d’un bloc, une récompense est donnée pour compenser l’effort. Cependant, la scalabilité et la sécurité constituent le principal défi à mesure qu’un réseau se développe. Et la puissance de hachage augmente parallèlement à la complexité des énigmes. Par conséquent, Proof of Stake a été introduit pour contrer les défauts de Proof of Work.

Qui a fondé Proof of Work ?

Le consensus PoW a été créé avant l’invention du réseau Bitcoin. L’algorithme PoW a été introduit en 1993, lorsque Moni Naor et Cynthia Dwork ont publié un article pour prévenir les attaques DoS. L’article traite principalement du potentiel de l’algorithme pour prévenir la fraude et de sa durabilité à long terme.

Et avant que Satoshi Nakamoto ne parle de l’algorithme PoW dans la blockchain Bitcoin, l’informaticien et activiste cryptographique Hal Finney (Harold Thomas Finney II) a introduit un autre système appelé RPoW (Reusable Proof Of Work) en 2004. Le système fonctionne en recevant un token de Proof of Work non échangeable ou non fongible basé sur Hashcash. En retour, il créait un token signé par RSA qui pouvait ensuite être transféré de personne à personne. 

Un autre exemple précoce d’algorithme de Proof of Work est HashCash d’Adam Back. Il exige des expéditeurs qu’ils effectuent une petite quantité de calculs avant d’envoyer un courriel. Ainsi, les destinataires pouvaient limiter le spam. 

Comment PoW est-il lié au consensus de Nakamoto de Bitcoin ?

PoW utilise un modèle dans lequel les nœuds résolvent un puzzle mathématique pour produire le prochain bloc ajouté au réseau. Les chefs de bloc, qui produisent le bloc suivant, sont sélectionnés dans un format semblable à celui de la loterie qui correspond directement à leur puissance de calcul (c.-à-d., hachage) contribuer au processus. Il y a deux participants principaux dans le modèle de consensus PoW : les mineurs et les opérateurs de nœuds complets. 

Mineurs

Les nœuds qui participent au calcul sont appelés mineurs et le processus de résolution du problème est appelé « minage ». La communauté des mineurs doit effectuer un travail important pour résoudre chaque problème successif. PoW permet aux autres de vérifier facilement le processus qui a mené à la solution dès qu’un nœud crée un bloc.

Nœuds

Les nœuds doivent consacrer du temps à des calculs fastidieux. En tant que tel, ce processus consomme une quantité colossale d’énergie électrique, ce qui est préjudiciable à l’environnement. Les nœuds décentralisés du réseau doivent vérifier la crypto de la blockchain qui est « minée » pour une récompense à l’aide du mécanisme Proof-of-Work des mineurs individuels.

Validateurs

Sur la base de preuves cryptographiques et des règles de consensus de Bitcoin, les opérateurs de nœuds complets agissent comme les validateurs ultimes de l’état du réseau. Les clients des nœuds complets peuvent également être des mineurs et rejeter les blocs et les transactions invalides sur le réseau. Il faut en moyenne entre 40 et 60 minutes aux validateurs pour approuver les transactions dans un réseau de blockchain sous le mécanisme de consensus Proof of Work.

A quel point PoW est-il sécurisé ?

L’algorithme Proof of Work est très sûr puisqu’il peut résister à la BFT. De plus, son mode de fonctionnement le rend encore plus sûr. En outre, le hachage de chaque bloc contient le hachage du bloc précédent, ce qui renforce la sécurité et empêche toute violation de bloc sur une blockchain Proof of Work. 

Pour modifier un bloc, les mineurs doivent créer un nouveau bloc avec le même prédécesseur. Ce qui nécessite de régénérer tous les successeurs et de refaire le travail qu’ils détiennent. Par conséquent, la blockchain peut échapper à l’altération de la sécurité.

Le pour et le contre de PoW 

Pour

  • Éloigne les attaques DDoS.
  • Equitable et transparent.
  • Impacts des faibles portions de cryptos détenues par les mineurs dans une limite.
  • Encourager l’intérêt du public à maintenir un réseau sain.

Inconvénients

  • Coûteux pour acquérir des pièces d’équipement professionnel, des périphériques et de l’énergie électrique.
  • Il s’agit d’énigmes très complexes qui n’ont pas de valeur ajoutée dans l’enseignement ou les tâches quotidiennes, mais qui ne sont utiles que pour valider un bloc.
  • Cela rend la blockchain plus centralisée par opposition à décentralisée.
  • L’extraction minière disparaîtra car les récompenses ne sont plus intéressantes.

Quelles sont les coins qui utilisent Proof-of-Work ?

Bitcoin reste le coin le plus populaire à utiliser le consensus PoW. Cependant, il existe de nombreux autres tokens qui utilisent cet algorithme. Bien qu’avant le halving, le Bitcoin reste rentable. Mais de nombreux mineurs cherchent maintenant une alternative, car il devient plus cher et plus difficile de miner un bloc.

Naturellement, tout le monde commence à se demander quelle est la meilleure cryptomonnaie à miner. Pour en citer quelques-unes, voici nos conclusions : 

Litecoin : Comme le Bitcoin, Litecoin dispose également de SegWit, dans lequel la limite de la taille des blocs augmente en supprimant les données du réseau. Ce qui distingue Litecoin du Bitcoin, c’est la rapidité des transactions à un coût bien inférieur.

DASH : Il se vante de transactions plus rapides et plus privées dans l’espace crypto. Les transactions instantanées sont un atout pour les mineurs qui investissent leur temps dans DASH.

Monero : Il s’agit d’une autre altcoin populaire qui utilise le consensus PoW. En tant que cryptomonnaie open-source, Monero se concentre sur la fongibilité, la confidentialité, la transparence et la décentralisation à travers un registre public.

Bitcoin Cash : C’est un altcoin dérivé du hard fork du réseau Bitcoin. Bien qu’il utilise PoW, qui peut sembler être un consensus sécurisé, Bitcoin Cash est l’une des victimes les plus touchées par l’attaque des 51%.  

ZCash : Il vise à assurer la protection de la vie privée par l’anonymat, contrairement aux autres cryptos. Le réseau Zcash utilise les mêmes fonctions de hachage SHA-256 Proof-of-Work que le Bitcoin.

Ethereum Classic : Malgré le passage d’Ethereum 2.0 vers PoS. Ethereum Classic utilise toujours le consensus PoW pour sécuriser son réseau. Cependant, étant donné qu’il ne s’agit que d’une chaîne minoritaire, Ethereum Classic est plus vulnérable aux attaques de 51 % et à la double dépense de coin.

Proof of Stake est-il meilleur que Proof of Work ? 

Ces dernières années, le débat en faveur de Proof of Stake (PoS) s’est intensifié dans l’espace crypto. En comparant PoS et PoW, de nombreux experts estiment que PoS est incontestablement meilleur que PoW. Et l’un des principaux arguments contre PoW est qu’il nécessite une grande puissance de calcul, ce qui est très énergivore et a un impact négatif sur l’environnement. Prenons l’exemple de Bitcoin : la quantité moyenne d’énergie nécessaire pour maintenir le réseau Bitcoin est supérieure à celle utilisée par la Suisse entière. 

En outre, le consensus PoW présente un risque élevé de centralisation. Ce consensus a été examiné de près pour sa faible capacité de performance et sa scalabilité pour l’exécution des transactions sur la chaîne.

D’une manière générale, l’algorithme PoS offre également de meilleurs avantages économiques (dividendes) à ses utilisateurs, en leur permettant d’exploiter un nœud maître ou de placer des tokens sur une plateforme pour les paris et les règles de base. C’est plus équitable et plus durable à long terme. 

Le mot de la fin

En tant que premier mécanisme de consensus, PoW constitue une combinaison d’incitations issues de la théorie des jeux, de calcul décentralisé, de consensus social, d’économie de marché et de preuves cryptographiques. Il a donné naissance à la technologie des blockchains, permettant aux réseaux de fonctionner avec un consensus sécurisé, durable et distribué.

Que d’autres blockchains passent ou non à PoS à l’avenir – PoW marque une innovation importante dans le domaine du calcul et de la théorie des jeux. 

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