Les algorithmes de consensus sont des processus par lesquels les validateurs (également connus sous le nom de nœuds ou de mineurs) au sein d'un réseau de blockchain s'accordent sur l'état actuel du réseau. Il s'agit principalement de s'accorder sur l'authenticité d'une transaction soumise par un validateur. Les transactions frauduleuses ou inexactes sont rejetées par le réseau, en supposant que tous les validateurs agissent équitablement et sans intention malveillante. Les validateurs sont récompensés par des cryptomonnaies pour avoir soumis des transactions exactes et authentiques, tandis que les acteurs malveillants sont pénalisés en fonction du protocole de consensus.
Par exemple, dans les réseaux de preuve de travail (PoW) comme le bitcoin (BTC), les validateurs doivent dépenser de l'énergie via du matériel coûteux pour valider les transactions, et en cas de succès, ils gagnent de nouveaux tokens. S'ils agissent de manière malveillante, ils ne gagnent rien et la perte provient du gaspillage d'énergie utilisé pour soumettre la transaction frauduleuse ou inexacte.
Dans la preuve d'enjeu (Proof-of-Stake ou PoS), les utilisateurs mettent en jeu des tokens et reçoivent des tokens supplémentaires pour avoir soumis des transactions authentiques, mais ils perdent une partie de leur token en cas de transaction erronée.
Dans les protocoles de preuve du temps (PoT), le principe est le même, les validateurs recevant des tokens supplémentaires pour avoir soumis des transactions authentiques mais perdant des tokens pour avoir soumis des transactions inexactes ou malveillantes.
Bien que les protocoles PoS et PoT présentent certaines similitudes, il s'agit de deux protocoles très différents.
Qu'est-ce que la preuve d'enjeu ?
Le protocole PoS est un algorithme de consensus qui fonctionne grâce aux utilisateurs qui mettent leurs tokens en garantie en les verrouillant dans un contrat intelligent. Le système fonctionne en sélectionnant un validateur, également connu sous le nom de mineurs ou de nœuds, pour traiter un bloc de transactions. Le validateur doit valider les transactions à l'intérieur du bloc pour s'assurer qu'il ne contient pas d'informations inexactes.
Ensuite, le validateur soumet le bloc à la blockchain et si le bloc a été validé correctement, il reçoit des tokens supplémentaires en récompense. Si un validateur se comporte de manière malveillante ou paresseuse, généralement en soumettant des transactions incorrectes ou frauduleuses, il perd une partie des tokens qu'il a mis en jeu.
Les validateurs qui ont misé un nombre élevé de tokens ont plus de chances d'être sélectionnés pour vérifier les transactions. La mise en jeu d'une quantité plus élevée de tokens permet également au validateur d'obtenir des récompenses supplémentaires, car il gagne souvent un pourcentage fixe basé sur le réseau de la blockchain. Par exemple, sur Ethereum 2.0, les validateurs gagnent actuellement 4,2 % sur leurs tokens. Les validateurs ont aussi plus de chances d'être sélectionnés s'ils ont misé leurs tokens pendant une longue période.
Tout le monde peut devenir validateur dans le système PoS, mais la barrière à l'entrée est élevée en raison de la popularité du protocole, avec un grand nombre de nœuds sur les blockchains PoS. Plus le réseau compte de nœuds, plus la quantité de tokens qu'un utilisateur devra mettre en jeu pour devenir un validateur est importante.
Pour cette raison, les pools de staking, qui sont gérés par les validateurs, sont généralement utilisés par les utilisateurs de cryptomonnaie moyens qui souhaitent mettre en jeu leurs tokens. Dans ce système, un utilisateur dépose ses tokens dans un pool et les tokens sont mis en jeu par des validateurs au nom du propriétaire du token. En contrepartie, les utilisateurs paient habituellement des « frais de pool », qui correspondent à un pourcentage des tokens qu'ils gagnent au staking.
Qu'est-ce qu'une preuve du temps ?
La preuve du temps (PoT) est un algorithme de consensus qui utilise un système de vote pour choisir les validateurs du réseau et se concentre sur la durée d'activité d'un validateur au sein du réseau ainsi que sur sa réputation. Le protocole a été développé par Analog et est basé sur la preuve d'enjeu déléguée (dPoS) qui est une version modifiée de PoS.
La preuve de temps se réfère à son grand livre comme une Timechain et fonctionne en utilisant un score de classement, une fonction de retard vérifiable (VDF) et des tokens mis en jeu pour déterminer qui peut ajouter une nouvelle transaction au grand livre. Le système de classement fonctionne en attribuant un score aux validateurs du réseau en fonction de leur âge et de leurs performances passées. Les validateurs reçoivent des scores plus élevés s'ils sont dignes de confiance et s'ils ont été actifs au sein du réseau pendant une longue période. La mise en jeu d'une plus grande quantité de tokens augmente également les chances de sélection d'un validateur.
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Le PoT est similaire au dPoS puisque les utilisateurs du réseau votent pour décider quels délégués peuvent valider le bloc suivant. Cependant, il existe quelques différences dans le processus de vote, le PoT ayant plusieurs étapes de vote. Au cours de la première étape du vote, les validateurs, appelés électeurs du temps, soumettent un bloc contenant des données, notamment des transactions, à ajouter à la Timechain. Si le bloc est accepté, il est validé, et toutes les transactions qu'il contient sont traitées.
Les électeurs sont choisis par le biais d'un processus de sélection qui prend en compte le score de classement des électeurs et le nombre de tokens mis en jeu. Le processus utilise ces informations ainsi que le VDF pour sélectionner aléatoirement un électeur à temps, et un seul peut être choisi à la fois.
Les Time electors (électeurs du Temps) exécutent également un VDF pour déterminer s'ils ont été choisis pour ajouter un nouveau bloc à la Timechain. S'ils ont été choisis, ils valident le bloc, génèrent une preuve VDF et soumettent les deux données au reste des nœuds de la Timechain.
Au cours de la deuxième étape, le bloc et la preuve VDF sont envoyés à 1 000 autres électeurs du temps pour être vérifiés avant d'être ajoutés à la Timechain. Si la plupart des électeurs du temps acceptent la transaction, elle est ajoutée à la Timechain.
Comparaison des deux protocoles de consensus
PoS et PoT partagent quelques similitudes. Tout d'abord, ils exigent tous deux que les validateurs mettent en jeu des tokens comme garantie lors de la vérification des transactions, une mise plus élevée augmentant les chances d'être sélectionné. La principale différence réside dans le système de classement et de vote utilisé par PoT, suivi d'une vérification supplémentaire par 1 000 validateurs avant que la transaction ne soit soumise au grand livre.
PoS est l'option la plus populaire et la plus connue, utilisée par Solana, Polkadot, Cardano et Ethereum 2.0. En ce qui concerne les avantages, les deux systèmes exigent des utilisateurs qu'ils mettent en jeu des tokens au lieu de dépenser de l'énergie, ce qui en fait des alternatives éco-énergétiques à la preuve de travail (PoW). Cela peut également constituer un inconvénient puisque des acteurs malveillants ayant accès à un grand nombre de fonds peuvent théoriquement prendre le contrôle du réseau.
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Il s'agit toutefois d'un scénario peu probable. Pour lancer une attaque à 51 %, par exemple, un acteur malveillant devrait posséder 51 % des tokens du réseau, ce qui est très improbable et extrêmement risqué pour l'attaquant, surtout avec les blockchains les plus populaires comme Ethereum et Cardano. PoT ajoute également une couche de sécurité en exigeant que chaque transaction soit vérifiée par un millier de validateurs, les deux tiers d'entre eux devant s'accorder sur l'ajout de la transaction au grand livre.
Chaque réseau de blockchain a des exigences particulières adaptées aux besoins du réseau. De nombreuses blockchains s'en tiennent à PoW et PoS pour leurs besoins, tandis que des algorithmes supplémentaires comme PoT, dPoS et Proof-of-History (utilisé par Polkadot en combinaison avec PoS) répondent aux besoins de leurs réseaux de blockchains.