Preuve de travail (PoW) vs Preuve d'enjeu (PoS)

La preuve de travail (PoW) et la preuve d'enjeu (PoS) sont deux des algorithmes de consensus les plus populaires pour une blockchain. En raison de la nature décentralisée des cryptomonnaies et des réseaux de blockchain, il est nécessaire de mettre en place une méthode efficace de prise de décision. Pour illustrer cela, prenons l'exemple du fonctionnement des banques centralisées.

Dans le système bancaire traditionnel, il y a une autorité centrale qui valide et prend des décisions concernant les transactions entre les parties. Par exemple, si vous souhaitez transférer 1000 $ à un ami, Mark, votre banque devrait confirmer si vous avez cette somme sur votre compte. La transaction serait traitée si vous avez cette somme sur votre compte bancaire et envoyée sur le compte bancaire de Mark. Cependant, si vous avez une limitation sur votre compte, la transaction ne serait pas traitée. Cependant, les cryptomonnaies ne fonctionnent pas de cette manière en raison de leur nature décentralisée. Il n'y a pas d'autorité centrale, mais des milliers de nœuds informatiques responsables de l'autorisation et de la vérification de telles transactions.

Ces nœuds doivent parvenir à un consensus, ce qui n'est pas toujours évident car il y a de multiples nœuds informatiques impliqués. C'est pourquoi les algorithmes de consensus ont été introduits : pour faciliter la prise de décision entre les nœuds informatiques en matière de cryptomonnaies et l'écosystème de la blockchain. Ces mécanismes de consensus sont intégrés au réseau de blockchain et sont responsables du bon déroulement du processus de prise de décision.

La preuve de travail (PoW) est le premier et le plus célèbre de tous les algorithmes de consensus de la blockchain. Il a été développé par Satoshi Nakamoto, le créateur du Bitcoin. Satoshi a reconnu la nécessité d'établir un protocole qui permettrait l'ajout de nouveaux blocs à la blockchain. L'algorithme de consensus de la preuve de travail a été créé pour déterminer les conditions d'ajout de nouveaux blocs à la blockchain.

Le travail crée une série de énigmes cryptographiques que les nœuds informatiques (mineurs) doivent résoudre pour créer un nouveau bloc. Les nœuds informatiques peuvent résoudre ces énigmes à l'aide d'un mécanisme de vérification aléatoire. Cela signifie qu'ils doivent passer par une série de mauvaises réponses avant de pouvoir générer la bonne réponse qui leur permettrait de développer un nouveau bloc.

Les nœuds informatiques (mineurs), tout en résolvant les énigmes cryptographiques, doivent produire certains ensembles de données et proposer la réponse à ces énigmes avant de pouvoir introduire avec succès un nouveau bloc. Le hachage est une chaîne de lettres et de chiffres aléatoires créée lorsqu'un mineur exécute des données à travers une fonction de hachage. Lorsque les données sont exécutées à travers la fonction de hachage, elle crée un hachage unique ; cela signifie que si les mêmes données sont répétées à travers une fonction de hachage différente, elle générera le même résultat. Cependant, le fait d'alterner un détail dans cet ensemble de données provoquerait un hachage complètement différent.

Par conséquent, grâce au mécanisme de vérification aléatoire, les mineurs exécutent des ensembles de données à travers une fonction de hachage pour générer le bon hachage. Le nœud informatique qui trouve avec succès le bon hachage reçoit une récompense, souvent sous forme de nouvelles cryptomonnaies. Cependant, le processus de résolution de ces énigmes cryptographiques peut nécessiter beaucoup d'énergie et de temps. En effet, les mineurs utilisent du matériel informatique spécialisé, généralement stocké dans un entrepôt, pour résoudre ces énigmes. Une fois qu'un bloc a été créé avec succès, les nœuds informatiques commencent à assembler un nouveau bloc pour résoudre une autre énigme cryptographique et avoir une chance d'obtenir une autre récompense.

Les mineurs utilisent des ordinateurs spécialement conçus pour l'exploitation minière, tels que ASIC, FPGA et GPU, entre autres. Les mineurs achètent des centaines de ces ordinateurs spécialement conçus pour fonctionner simultanément afin d'augmenter leurs chances d'obtenir une récompense. Toutefois, les analystes sont sceptiques quant au fait que cela pourrait déséquilibrer la nature décentralisée de l'argent. En effet, les grandes entreprises disposant d'un plus grand nombre de ces machines ont plus de chances de miner régulièrement des blocs, ce qui en fait une forme d'institution centralisée.

Le processus de minage implique la validation des transactions, qui sont ensuite introduites en tant que nouveaux blocs dans le réseau de la blockchain. À cet égard, les mineurs sont récompensés pour chaque transaction validée sur le réseau de la blockchain. Il est important de noter que les mineurs n'exploitent pas les transactions, mais plutôt plusieurs transactions au sein d'un bloc. Cela peut expliquer pourquoi il peut y avoir un léger retard dans le traitement des transactions sur la blockchain. En effet, une fois qu'un bloc est rempli de transactions, le bloc suivant doit être compilé avant d'être vérifié et authentifié par le mineur, ce qui peut prendre quelques minutes.

En dehors du bitcoin, d'autres crypto-monnaies notables qui utilisent le consensus de la preuve de travail sont le Litecoin, l'Ethereum, le Dogecoin et le Bitcoin Cash.

La preuve d'enjeu (Proof of Stake) a été créée comme une alternative pour pallier les limites de la preuve de travail (Proof of Work). La preuve d'enjeu a été conçue pour réduire la consommation d'énergie. Le protocole de preuve de travail ne prévoit pas de stratégie de sanction pour punir les mineurs qui essaieraient de créer un bloc frauduleux. Bien que le réseau puisse rejeter le bloc, aucune sanction n'est prévue pour dissuader d'autres mineurs.

À cet égard, le protocole de preuve d'enjeu élimine la nécessité de recourir à du matériel ou à des machines spécialisées pour introduire de nouveaux blocs. Cela a permis une plus grande inclusion dans le processus de minage, car il n'est plus nécessaire d'avoir des compétences spécialisées pour faire fonctionner des machines complexes.

Les mineurs, ou plutôt les validateurs dans ce cas, agissent en tant qu'investisseurs. Il existe toutefois des conditions spécifiques à remplir avant de pouvoir participer au processus d'exploitation minière. Les mineurs doivent détenir un montant minimum de crypto-monnaies bloquées dans un portefeuille. Les fonds bloqués dans le portefeuille sont ensuite placés dans un pool avec d'autres investisseurs. Les investisseurs ne peuvent pas retirer les fonds tant que le processus de mise en jeu n'est pas terminé. Les mineurs ensuite misent sur le bloc qui sera validé. Les investisseurs qui misent sur le bloc sélectionné reçoivent une récompense. Vous pouvez augmenter votre compensation en augmentant votre mise initiale, c'est-à-dire que plus votre mise est élevée, plus la récompense est importante. Cela réduit la consommation d'énergie, car les individus peuvent miner à partir de leur ordinateur personnel.

Toutefois, contrairement à la preuve de travail, le processus de minage ne génère pas de nouvelles crypto-monnaies pour les validateurs. Au lieu de cela, les investisseurs reçoivent leurs récompenses en monnaie locale ou en jetons, soit par ICO (Initial Coin Offering), soit par ECO. Au-delà de son système d'incitation, la preuve d'enjeu dispose d'un système de sanction pour les investisseurs qui tentent de manipuler le processus de minage. Les investisseurs qui tentent de manipuler le processus perdent leur garantie. Les mineurs sont ainsi dissuadés d'essayer de manipuler le processus, car ils perdent leur garantie. Ils peuvent également se voir interdire de participer aux tours suivants de la réserve de mise en commun. Les validateurs, tout comme dans la preuve de travail, ne valident pas les transactions mais plutôt les blocs de transactions. Cependant, le processus de validation prend moins de temps car un bloc peut contenir plus de transactions et le traitement d'un bloc prend moins de temps. Par conséquent, la preuve d'enjeu permettrait des transactions plus rapides qui consomment moins d'énergie sur la blockchain.

Les crypto-monnaies qui utilisent l'algorithme de consensus de la preuve d'enjeu sont Cardano (ADA) et Polkadot (DOT), bien que DOT utilise un type de preuve d'enjeu connu sous le nom de Nominated Proof-of-Stake (NPoS). Ethereum s'éloigne également de la preuve de travail pour se rapprocher de la preuve d'acquisition avec la mise à jour d'Ethereum 2.0.

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La preuve de travail, la première blockchain, présente plusieurs limites que la preuve d'enjeu vise à résoudre. En raison de la nature de son processus de minage, la preuve de travail consomme beaucoup d'énergie. En fait, un article sur la consommation d'énergie du bitcoin publié par BBC News indique que le minage du bitcoin consomme plus d'énergie que l'Argentine, les Émirats arabes unis (EAU) et les Pays-Bas. La preuve de travail a également permis à certains groupes d'individus ou de sociétés d'accumuler de l'énergie minière, ce qui va à l'encontre du principe fondamental de décentralisation de la blockchain.  La preuve d'enjeu est plus respectueuse de l'utilisateur et de l'environnement. Il élimine le besoin de machines complexes et permet aux utilisateurs d'opérer à partir de leur ordinateur personnel.

Un autre problème lié à la preuve de travail est le temps nécessaire pour valider une transaction. Il faut environ 10 minutes à la blockchain pour achever le processus. La blockchain Bitcoin a également une limite : elle ne peut traiter qu'environ 7 transactions par seconde. Cette limitation a entraîné une augmentation des frais de transaction au fur et à mesure de l'adoption du bitcoin. En effet, la pression exercée sur la blockchain augmente à mesure qu'un plus grand nombre de personnes effectuent des transactions sur le réseau bitcoin. C'est pourquoi des propositions d'amélioration du bitcoin (BIP) sont mises en place pour améliorer l'évolutivité.

Ethereum utilise également la preuve de travail, bien que des stratégies soient mises en place pour permettre le passage à la preuve d'enjeu. Les développeurs ont pu apporter certaines modifications aux algorithmes de la preuve de travail, ce qui lui permet de traiter les transactions en 16 secondes environ. Cependant, il ne peut pas traiter plus de 15 transactions, ce qui reste très faible.  La preuve d'enjeu sera mise en œuvre dans le cadre d'Ethereum 2.0. Toutefois, on ne sait pas encore combien de temps prendra cette évolution, car Ethereum 2.0 fait encore l'objet d'une série de mises à jour.

La preuve d'enjeu vise à minimiser les frais de transaction et à augmenter le nombre de transactions traitées par seconde. Cependant, les critiques soutiennent que la preuve d'enjeu est encore théorique et qu'il n'y a pas de preuve qu'elle peut éradiquer les limites de la preuve de travail et réaliser toutes les fonctionnalités. Ils notent également que les investisseurs (validateurs ou faussaires) peuvent également accumuler de la puissance minière en plaçant des enchères plus élevées. Par conséquent, rien ne prouve que la preuve d'enjeu soit meilleure que la preuve de travail. Dash est l'une des implémentations réussies de la preuve d'enjeu et permet aux utilisateurs d'effectuer des transactions en quelques secondes seulement.

La preuve de travail (PoW) et son alternative proposée, la preuve d'enjeu (PoS), sont des mécanismes de consensus dans les applications Blockchain. Tandis que la preuve de travail dépend de la puissance de calcul et de la résolution d'énigmes cryptographiques, la preuve d'enjeu encourage les utilisateurs à placer des enjeux. La supériorité de l'un sur l'autre fait encore l'objet de plusieurs débats. Toutefois, ils font tous deux l'objet de restructurations et de modifications afin de maximiser leurs fonctions et leur efficacité.