Cet article vous fournira un guide de base sur la preuve de travail (Proof of Work). Vous apprendrez à quoi elle sert, la différence entre la preuve de travail et la preuve d'enjeu, et plus encore.
Pour faciliter la navigation, consultez la table des matières :
- Qu'est-ce que la preuve du travail ?
- Pourquoi avons-nous besoin de PoW ?
- Qu'est-ce que la double dépense ?
- Comment fonctionne la PoW ?
- Preuve de travail et preuve d'enjeu
- Conclusion
- Questions fréquemment posées
Qu'est-ce que la preuve du travail ?
La preuve de travail (PoW, en abrégé) est un mécanisme de consensus (également connu sous le nom de "Proof of Work"). algorithme de consensus) utilisé dans les crypto-monnaies. Il s'agit d'empêcher double-épaisseur. La preuve de travail (Proof of Work) est communément appelée méthode de sécurisation du grand livre d'une crypto-monnaie.
Premier algorithme de consensus à avoir été créé, la preuve de travail est toujours considérée comme l'algorithme dominant parmi les autres algorithmes de consensus. Satoshi Nakamoto, le Bitcoin a introduit le PoW en 2008. Mais en réalité, la technologie qui a rendu PoW possible était déjà connue avant la période.
L'exemple le plus célèbre d'algorithme PoW avant l'ère des crypto-monnaies est HashCash d'Adam Back. Il a permis de réduire le nombre de courriers indésirables en obligeant les expéditeurs à effectuer un certain nombre de calculs avant d'envoyer un courrier électronique. La puissance de calcul était relativement faible pour un expéditeur individuel, mais elle augmentait considérablement pour quelqu'un qui envoyait massivement des courriels.
Pourquoi avons-nous besoin d'une preuve de travail ?
Pour répondre à cette question, nous devrons d'abord examiner comment technologie de la chaîne de blocs (blockchain) œuvre.
Dans un réseau Bitcoin, les utilisateurs ont besoin que le système confirme les transactions, car lorsqu'ils diffusent leurs transactions sur le réseau, ces dernières ne sont pas validées immédiatement. Les transactions doivent d'abord être intégrées au système de la blockchain. La blockchain étant une base de données ouverte, chaque utilisateur peut suivre l'historique de tous les fonds au sein du réseau. La façon la plus simple de l'observer est un bloc-notes.
Voici l'idée :
- Vous et trois autres de vos amis partagez le même bloc-notes ;
- Vous utilisez tous les quatre ce bloc-notes pour suivre les transactions et voir combien d'argent chacun d'entre vous dépense ;
- Pour que chaque nouvelle transaction soit valable, vous devez vous référer à la transaction précédente qui a fourni les fonds ;
- Ainsi, si l'un de vos amis tente d'effectuer une transaction en utilisant les mêmes fonds, cette transaction sera considérée comme non valide et sera bloquée.
Mais le hic, c'est qu'un tel système ne peut fonctionner que pour un petit groupe de personnes qui se connaissent et peuvent se mettre d'accord pour effectuer des transactions et consigner leurs coordonnées dans un bloc-notes commun afin de rendre leurs opérations totalement transparentes et traçables. Mais qu'en est-il si l'on veut faire la même chose pour un vaste groupe d'utilisateurs en ligne, par exemple 10 000 personnes ou plus ? Dans ce cas, l'approche du bloc-notes ne fonctionnera pas, car personne ne voudra laisser des inconnus gérer les transactions.
C'est pourquoi le réseau de monnaies numériques a besoin d'un système de preuve de travail. Ce mécanisme sert à empêcher un utilisateur de dépenser les actifs qu'il n'a pas le droit de dépenser. L'algorithme PoW combine théorie des jeux et la cryptographie, permettant ainsi aux utilisateurs de la blockchain Bitcoin de mettre à jour les données des transactions en bitcoins dans le strict respect du système.
Comment fonctionne la PoW ?
Qu'est-ce que l'exploitation minière ?
Pour comprendre le fonctionnement de la preuve de travail, nous devons d'abord apprendre ce qu'est l'exploitation minière.
Lorsque vous ajoutez des transactions à la blockchain, vous ne pouvez pas les ajouter séparément, vous devez les rassembler dans des blocs. Dès que des transactions apparaissent dans le réseau, le concept est le suivant : elles doivent être ajoutées à un certain type de bloc appelé un bloc de candidats. Ce bloc candidat attend ensuite sa validation pour devenir valide, c'est-à-dire pour être ajouté à la blockchain.
La création d'un nouveau bloc n'est pas le processus le moins coûteux. Elle nécessite une certaine ressource, à savoir la puissance de calcul. Ou puissance minière, puisque celui qui crée un bloc est appelé un mineur. Un mineur (en utilisant un ordinateur moderne doté d'une puissance de calcul suffisante) résout ce que l'on appelle une énigme informatique - c'est-à-dire, hachage les données du bloc.
Qu'est-ce que le hachage des données du bloc ? Il s'agit de traiter les données au moyen d'un fonction de hachage qui génère un hachage du bloc. Après avoir été traité par les fonctions de hachage, un nouveau bloc reçoit son code unique - une sorte d'empreinte digitale. Cette “empreinte” donne une identité individuelle aux données d'entrée de votre bloc.
Il est impossible d'extraire les données d'entrée d'un bloc de hachage. Cependant, si vous connaissez une entrée, vous pouvez savoir si le bloc est correct. Pour cela, il suffit de traiter l'entrée par la fonction de hachage et de s'assurer que la sortie est identique.
La preuve de travail exige que le hachage des données réponde à certaines conditions. Pour vous assurer que les données correspondent aux conditions, vous devez les soumettre à la fonction de hachage. Si, après vérification, les données ne correspondent pas, vous devrez les corriger en les modifiant légèrement. Il est important de savoir que même un changement d'un seul caractère peut faire une énorme différence et rendre le résultat totalement imprévisible.
En définitive, la création d'un bloc est une tâche imprévisible. Il s'agit simplement de hacher un certain nombre de transactions avec d'autres données cruciales. Ce dont vous aurez toujours besoin, c'est de compléter un ensemble de données constantes par un élément de données variables. Sans cela, votre résultat de hachage sera toujours inchangé.
L'élément de données variables que nous avons mentionné s'appelle un nonce. Il s'agit d'un nombre qui change à chaque fois, ce qui donne des hachages différents. Le processus lui-même s'appelle l'exploitation minière.
Qu'est-ce que l'exploitation minière ? с
- Le minage est le processus qui consiste à collecter les données de la blockchain et à les hacher à l'aide d'un nonce dans le but de trouver un hachage particulier. Lorsqu'un mineur trouve un hachage qui correspond aux conditions assignées par le protocole, il obtient le droit de diffuser de nouveaux blocs sur le réseau. Dans le même temps, la blockchain est mise à jour par d'autres utilisateurs du réseau qui y ajoutent de nouveaux blocs.
Les conditions qui doivent être réunies au cours du processus d'extraction diffèrent d'une monnaie numérique à l'autre. Par exemple, il existe des monnaies dont les conditions sont extrêmement difficiles à remplir. Tout dépend de la taux de hachage du réseau - plus le taux de hachage est élevé, plus il est difficile de trouver un hachage valide. Cela fait partie de la conception : si les taux de hachage étaient faibles, les mineurs trouveraient des pièces trop rapidement et leur nombre augmenterait rapidement.
Cependant, l'exploitation minière n'est pas impossible. L'idée est qu'il doit être modérément difficile. Dans le cas contraire, les autres mineurs n'auraient aucun intérêt à se joindre à eux. L'exploitation minière est une compétition. Chaque jour, les mineurs sont en concurrence les uns avec les autres. Le travail des mineurs finit par être récompensé, ce qui stimule leur enthousiasme à poursuivre l'exploitation minière.
Comme nous l'avons déjà mentionné, le minage (c'est-à-dire la résolution d'une énigme mathématique) nécessite d'énormes quantités de puissance de calcul. Mais ce n'est pas tout. Comme vous le savez, les ordinateurs ont besoin d'électricité pour fonctionner. L'exploitation minière est donc une tâche lourde en termes de coûts d'électricité. Mais il y a une bonne nouvelle : les hachages valides sont récompensés. Cela signifie qu'à chaque fois qu'un mineur trouve un hachage valide, il reçoit une récompense sous forme de bloc en crypto-monnaie.
Qu'est-ce que la cryptographie à clé publique ?
Avec toutes les informations susmentionnées, nous obtenons les conclusions suivantes :
- L'exploitation minière coûte de l'argent (matériel d'exploitation minière + une quantité importante d'énergie électrique utilisée).
- Les mineurs reçoivent des récompenses pour avoir trouvé des blocs valides.
- Avec les données d'entrée, l'utilisateur de la blockchain peut s'assurer que le bloc est valide sans utiliser trop de puissance CPU.
Mais le fait est qu'il y aura toujours des personnes qui voudront emprunter la voie de la facilité. En l'occurrence, ceux qui voudront essayer de tricher. Est-ce possible ? Une personne peut-elle créer un certain nombre de fausses transactions, les hacher dans un bloc et s'en tirer en créant un nouveau bloc valide ? Techniquement parlant, la réponse est oui. Mais il existe un moyen d'empêcher les mauvais acteurs d'utiliser la blockchain publique pour leur propre bien.
Pour s'assurer qu'un utilisateur a le droit de dépenser des fonds, un mécanisme cryptographique spécial est utilisé - il s'agit de la cryptographie à clé publique. Le concept est le suivant :
- Lors de la création d'une transaction, l'utilisateur doit le signer;
- La signature est publique et tout utilisateur peut y avoir accès ;
- Les autres utilisateurs peuvent comparer la signature avec la clé publique - si elles correspondent, la transaction est valide ;
- Les utilisateurs peuvent également s'assurer que le créateur d'une transaction peut réellement dépenser ses fonds et que la somme obtenue est inférieure à la somme introduite.
Pour plus d'informations, veuillez lire cet article.
Le réseau supprime tout bloc de transaction non valide, ce qui entraîne une perte monétaire massive. La tricherie au sein du réseau blockchain est donc extrêmement coûteuse. C'est l'idée même de la preuve de travail (et d'autres mécanismes de consensus) :
- Le mécanisme de consensus PoW rend la tricherie coûteuse, mais d'un autre côté, il vous encourage à agir honnêtement, ce qui vous permet de réaliser d'importants bénéfices.
Qu'est-ce qu'une double dépense ?
Lorsque l'on parle de preuve de travail, il existe un terme fondamental que vous devez connaître. Il s'agit de la double dépense.
A double suspension est en fait un fonds qu'un utilisateur tente de dépenser plus d'une fois. Il s'agit d'un terme courant pour les opérations de monnaie numérique. La raison en est que les fonds numériques ne sont pas identiques à la monnaie fiduciaire, c'est-à-dire à l'argent qui existe réellement dans le monde physique. Après tout, à un moment ou à un autre, toute personne ayant affaire à des monnaies numériques devra admettre qu'elles n'ont aucune valeur dans le monde réel. Mais là encore, pour un tas de raisons, les crypto-monnaies ont pris de l'ampleur au cours des dernières années, entraînant un boom des crypto-monnaies et une pléthore de techniques d'escroquerie. L'une de ces techniques est la double dépense.
Soyons clairs :
- vous ne pouvez pas payer deux fois avec de l'argent physique, mais vous POUVEZ (du moins essayer) utiliser le même fonds de monnaie numérique pour effectuer des transactions en bitcoins (ce qui est, bien sûr, une fraude).
Imaginez la situation suivante : vous avez acheté une tasse de café et l'avez payée en liquide. Maintenant, si vous voulez une autre tasse de café, vous ne pourrez pas la payer avec le même billet d'un dollar puisqu'il a été accepté par un caissier et enfermé dans une caisse. Vous ne pourrez pas non plus utiliser ce billet dans un autre magasin pour une raison déjà mentionnée.
Mais avec les monnaies numériques, c'est possible. Étant donné que la monnaie numérique n'est qu'un ensemble de zéros et de uns (c'est-à-dire des données compressées dans un fichier), vous pouvez dupliquer ces données et les envoyer par courrier électronique à autant de personnes que vous le souhaitez. C'est pourquoi il est si important d'avoir des mécanismes empêchant les gens d'utiliser les mêmes fonds à différents endroits. Sans ces mécanismes, la double dépense détruira une monnaie.
Pour plus d'informations sur la double dépense, lire ce guide.
Preuve de travail et preuve d'enjeu
Comme nous l'avons dit plus haut, la preuve de travail (PoW) n'est pas le seul algorithme de consensus existant. Dans cette section de notre guide, nous allons nous pencher sur un rival potentiel de l'algorithme Proof of Work - Preuve d'enjeu.
Qu'est-ce que la preuve d'enjeu ?
La preuve d'enjeu (Proof of Stake) est un autre mécanisme de consensus populaire qui permet de valider les transactions et de parvenir à un consensus. Mais la preuve d'enjeu utilise une approche totalement différente de celle de la preuve de travail. Contrairement à la preuve de travail, la preuve d'enjeu fonctionne virtuellement.
En d'autres termes, alors que le PoW nécessite une énorme puissance de calcul pour exécuter une fonction de coût de l'unité centrale (ou pour résoudre une énigme de calcul), la principale caractéristique du PoS est l'utilisation de validateurs. Les validateurs verrouillent un enjeu pour empêcher la tricherie. Ensuite, les validateurs doivent décider du prochain bloc à ajouter à la chaîne. Ils parient ensuite sur les blocs choisis. Si un bloc apparaît dans la chaîne, les validateurs reçoivent une récompense proportionnelle à la totalité de leur mise.
La PoS est-elle meilleure que la PoW ?
La preuve d'enjeu (Proof of Stake) n'est pas encore totalement intégrée dans les blockchains cryptographiques. L'une des premières à le faire est le réseau Ethereum. La communauté Ethereum est impatiente de passer de la preuve de travail à la preuve d'enjeu dans un avenir proche. La raison en est que la preuve de travail est trop gourmande en électricité - la fonction de tarification de l'unité centrale nécessite plus de puissance de minage que la validation des transactions via la preuve d'enjeu. Et plus les mineurs rejoignent les pools miniers, plus la puissance nécessaire est importante.
De nombreuses personnes dans le monde s'inquiètent de ces quantités de consommation d'énergie. C'est pourquoi la blockchain Ethereum souhaite utiliser le mécanisme de preuve d'enjeu pour tenter de trouver une solution plus écologique.
La vitesse (le nombre de transactions par seconde) est un autre élément de la concurrence entre la preuve de travail et la preuve d'enjeu. Avec la preuve d'enjeu, les utilisateurs peuvent envoyer et recevoir des fonds en quelques secondes seulement, alors que le processus de preuve de travail prend beaucoup plus de temps. D'ailleurs, ce dernier facteur influe également sur l'augmentation des frais de transaction au sein des réseaux cryptographiques.
Enfin, il y a la question de la sécurité. La preuve d'enjeu est-elle plus sûre que la preuve de travail ? La réponse est oui. Grâce au protocole CASPER, la preuve d'enjeu est potentiellement plus sûre que la preuve de travail. De plus, les attaques de pirates informatiques contre les systèmes basés sur la PoS deviendront plus coûteuses, et donc plus rares.
Conclusion
À l'époque, la preuve de travail (Proof of Work - PoW) était le mécanisme original de détection des double-épaisseur au sein de la Bitcoin blockchain. Combiner la cryptographie, fonctions de hachage, Grâce à l'utilisation des technologies de l'information et de la communication (TIC) et de la théorie des jeux, le PoW permet un fonctionnement plus sûr au sein d'un réseau décentralisé, créant ainsi un système distribué stable basé sur le consensus.
FAQ
Qu'est-ce que le protocole de preuve de travail ?
Le protocole PoW est un mécanisme de validation des transactions au sein du système décentralisé des crypto-monnaies. Grâce à la preuve de travail, il devient impossible d'effectuer une double dépense - une technique d'escroquerie consistant à utiliser un seul et même fonds pour plusieurs transactions.
Quelle est la différence entre la preuve d'enjeu (Proof of Stake) et la preuve de travail (Proof of Work) ?
Il existe deux différences principales entre les deux protocoles de consensus les plus populaires. La première est que Proof of Stake applique une approche plus économe en énergie, alors que Proof of Work a besoin de grandes quantités d'énergie électrique pour fonctionner. La seconde différence est que la preuve d'enjeu est potentiellement plus sûre grâce au protocole CASPER et aux coûts croissants des attaques de pirates informatiques.
Qu'entendez-vous par “énigme mathématique” ?”
La résolution d'un “puzzle mathématique” est le processus de minage des crypto-monnaies. Les mineurs du monde entier utilisent des équipements informatiques coûteux et consomment beaucoup d'électricité pour “miner” des bitcoins (et d'autres crypto-monnaies) en traitant d'énormes quantités de données pour créer de nouvelles unités et les ajouter à la blockchain.
Qu'est-ce qu'un jeton PoW ?
Un jeton PoW est une “monnaie” utilisée comme forme de pseudo-paiement dans un certain nombre d'applications telles que le courrier électronique. Si un courriel est accompagné d'un jeton PoW, cela signifie qu'il est exempt de spam. Les jetons PoW sont également utilisés pour la preuve de travail réutilisable. Techniquement parlant, les jetons PoW sont donc des éléments d'un système anti-spam.