Proof of Work et Proof of Stake ! Focus sur ces différentes blockchains

Proof of Work ou Proof of Stake, introduction.

Quand on parle de blockchain, les notions de “Proof of Work” (PoW) ou “Proof of Stake” (PoS) reviennent souvent.

Elles font références aux différentes méthodes pour la validation d’une blockchain.

Cet article est lié avec celui traitant des informations générales des blockchains. Si vous voulez en apprendre un peu plus sur les blockchains en général je vous invite à aller le lire.

L’objectif d’une blockchain est de valider et de stocker les des informations d’une manière décentralisée pour le cas des crypto-monnaies la blockchain valide des informations qui sont enfait des transactions.

Nous n’avons pas besoin d’un intermédiaire précis. Nous faisons plutôt confiance à un groupe de personnes validant les transactions. Ces personnes sont aussi appelées validateurs ou encore mineurs dans le cas de Bitcoin (nous y reviendrons).

Toute la complexité de la chose et de pouvoir valider ces transactions rapidement et en toute sécurité. La différence entre le Proof of Work et le Proof of Stake intervient au moment de la validation.

Comment fonctionne le Proof of Work ?

Comment le Proof of Work valide les transactions ?

Le Proof of Work est la méthode la plus ancienne pour la validation des transactions. Le système Bitcoin repose sur le méthodologie Proof of Work.

L'équation qu'a résolu Bitcoin via le Proof of Work est de trouver une manière de créer un rédeau décentralisé dans lequel tout le monde a intérêt à sécuriser le réseau de manière honnête.

Le Proof of Work fonctionne via l’intermédiaire de mineurs. Reprenons le fil d’une transaction :

Un utilisateur demande une transaction.
La transaction arrive dans le réseau.
Elle est stockée dans un block (d'où le nom blockchain).
Les validateurs vont essayé en continu de validé ce block dans lequel des transactions continues à s'ajouter tant qu'il n'est pas validé.
A ce moment là, TOUS les validateurs du réseau que l'on appelle des mineurs, dans le cas du Proof of Work, vont essayer de valider le block. Pour le valider le but sera de résoudre une équation mathématique en testant des milliards de combinaisons possibles. Il faut bien comprendre que tous les mineurs du réseau sont en compétition pour un seul et même block. Tous les mineurs vont donc, via des “ordinateurs”, essayer de résoudre cette équation ce qui va demander une grosse puissance de calcul et donc une** forte consommation électrique**. La sécurité du réseau repose sur cette compétition incessante et par le grand nombre de mineurs.
A un moment donné, un mineur va réussir à valider la transaction en trouvant la soliution de l'équation. A ce moment les autres mineurs vont pouvoir vérifier très simplement le résultat proposé par le mineur gagnant ainsi que les transactions à valider. Le mineur gagnant recevra une récompense du réseau en Bitcoin et des frais potentiels. Tous les autres mineurs qui étaient sur le block ne reçoivent rien malgré la puissance de calcul utilisée.

Ce qu'il faut comprendre ici c'est que personne n'a intérêt à valider des fausses transaction car il aurait très peu de chance de valider son "faux" block. Cela lui serait très coûteux en matériel et en énergie. Enfin au moment de la validation final par les autres mineurs tout le monde verrait que les transactions ne sont pas bonne et le block ne serait donc pas accepté par le réseau. (Sauf si la personne détient plus de 50% du réseau c'est ce qu'on appelle l'attaque 51).

Le Bitcoin est de loin la blockchain la plus décentralisée. Si vous voulez faire fortune dans la validation des transactions en Proof of Work il faudra investir sur la puissance de calcul.

Pour augmenter vos récompenses et votre pouvoir de décision sur Proof of Work il vous faudra toujours plus de puissance de calcul. Si vous voulez contrôler le réseau, il faudra posséder plus de 50% de la puissance de calcul ce qui est presque impossible sur Bitcoin même pour une entreprise.

Cette compétition est le principal angle d’attaque de ces détracteurs qui se plaignent du gâchis d’électricité pour la validation des transactions. D’un autre coté, ce consensus a permis au Bitcoin de prospérer et de résister aux attaques.

Le Proof of Work et ses évolutions.

Après le passage d’Ethereum en PoS, Bitcoin est la seule cypto majeure en PoW. On peut potentiellement citer l’ETC, le Litecoin ou encore Bitcoin Cash en PoW.

Un des défauts du PoW est sa faible scalabilité native. La scalabilité correspond à la capacité de la blockchain à pouvoir valider plus de transactions sans impacter la vitesse ou les frais du réseau. Il est compliqué de construire un écosystème complexe comme l'ajout de Smart Contract autour d’une Blockchain PoW. Les nouvelles blockchains préfèrent le PoS malgré une décentralisation et une sécurité souvent moindre.

En effet on y reviendra mais pour valider un réseau PoS il vous faudra souvent des tokens et plus vous aurez de token plus vous aurez de pouvoir. Or il est beaucoup plus facile de rassembler une très grande somme d'argent (même temporairement) plutôt que rassembler une immense puissance de calcul.

Néanmoins, certains développeurs ont apporté des améliorations au réseau actuel surtout par rapport à la scalabilité. Le “Lightning Network” permet de booster le réseau Bitcoin avec une solution scalable pour la validation de transactions. Le Lightning Network est utilisé entre autres pour payer en Bitcoin dans des petites transactions comme l'achat d'un café.

De plus, les blockchains en PoW peuvent se diviser en couche. La blockchain principale est appelée couche 1 ou Layer 1. Quand la blockchain ne permet pas de répondre aux besoins du réseau, on peut rajouter des couches à celle-ci. On appelle donc ca des Layer 2, 3 … Ces Layer vont ajouter des fonctionnalités supplémentaires, un désengorgement du réseau, une architecture plus efficace. Les Layer agissent via la blockchain principale et permettent assez souvent d’augmenter la vitesse et baisse les frais. Quand Ethereum était encore en PoW les frais étaient énormes. On pouvait atteindre plus de 200$ pour certaines transactions. Plusieurs Layer 2 ont été développés dont Matic ou Optimism afin d’offrir une voie alternative moins onéreuse et plus rapide pour effectuer les mêmes transactions. L’utilité d’un Layer correspondra au nombre de projets de la couche principale acceptant les transactions de celui-ci.

Pourquoi utiliser des blockchains en Proof of Work ?

Sécurité, décentralisation, expérience sont les principaux atouts d’une blockchain PoW. Certains projets offrent des solutions scalables rendant le réseau d’autant plus intéressant.

Comment fonctionne le “Proof of Stake” ?

Comment le Proof of Stake valide les transactions ?

Le Proof of Stake a été développé pour palier au manque de scalabilité du PoW et d’apporter une solution moins énergivore. Depuis l’été 2022, Ethereum est la blockchain la plus importante en PoS.

L’objectif est de développer une blockchain pouvant supporter de nombreusues transactions comme les Smart Contracts.

Le Proof of Stake fonctionne via l’intermédiaire de validateurs qu’on peut assimiler à des Stackeurs (des utilisateurs qui investissent et bloquent des cryptos). Reprenons le fil d’une transaction :

Un utilisateur demande une transaction.
La transaction arrive dans le réseau.
Elle est stockée dans un block (d'où le nom blockchain).
Les validateurs vont de validé ce block dans lequel des transactions continues à s'ajouter tant qu'il n'est pas validé.
Dans le cas du PoS, les validateurs doivent au préalable stacker un montant de la crypto de la blockchain. Stacker fait référence à l’action de déposer et de bloquer des cryptos que vous possédez. Ici il n’est plus vraiment question d’une compétition. Il y aura encore un gagnant qui va valider le bloc mais se gagnat sera choisit aléatoirement en fonction des tokens stackés. La puissance de calcul passe au second plan, en PoS suffit de montrer que l'on a beaucoup de token plus besoin de montrer que l'on travaille beaucoup. Cette technique permet également des améliorations techniques comme le fait de valider avec seulement une partie du réseau et donc de pouvoir valider plusieurs blocks en même temps. Le réseau sera donc plus rapide et moins onéreux.
Les validateurs valident leurs transactions et ils récupèrent les frais et récompenses associés.

**Les blockchains PoS sont beaucoup plus scalables que du PoW. A l’inverse la sécurité et la décentralisation sont moins fortes. Pour contrôler le système il suffit “simplement” de posséder plus de 50% des cryptos stackées. De plus, il y a beaucoup moins de validateurs sur ces réseaux d’où la décentralisation moins importante.

Néanmoins, à l’échelle d’un validateur une tentative de hack sera puni d’une confiscation des cryptos stackées. Les validateurs n’ont donc aucun intérêt à vouloir déstabiliser le réseau.

Comme j’ai pu dire, Ethereum est maintenant la plus grosse blockchain PoS. Vous retrouvez aussi AVAX, BSC, FTM… avec le même fonctionnement.

Le Proof of Stake et ses évolutions.

Le PoS est une solution pour le développement massif de l’écosystème crypto. Le secteur est devenu extrêmement compétitif poussant les développeurs à trouver des nouvelles améliorations.

Prenons l’exemple de la Blockchain Solana (SOL).

Solana fonctionne en PoS mais avec une petite particularité. Solana couple le PoS pour le choix des validateurs avec le Proof of History (PoH) qui est une nouvelle méthode de validation des transactions.

Toute la complexité d’une blockchain est de pouvoir valider une transaction afin de la situer précisément dans la blockchain. En PoW ou en PoS, l’horodatage des transactions se fait via un consensus global du réseau (tout le monde se met d’accord). C’est long et pas très efficace. En PoH, l’horodatage intervient au sein de chaque transaction, plus besoin d’un consensus global et d’attendre une décision. La blockchain est encore plus rapide.

Les différents Layer sont aussi présents en PoS apportant avec eux d’autres solutions à d’autres problèmes.

Pourquoi utiliser des blockchains en Proof of Stake ?

Rapidité, scalabilité, adaptativité sont les principaux atouts d’une blockchain en PoS. Si vous voulez interagir sainement sur un écosystème comme celui de la finance décentralisé, utiliser le PoS est le choix le plus évident.

Ce qu’on peut en conclure

Nous ne sommes qu’au début d’une révolution technologique. A chaque nouvelle blockchain, une nouvelle fonctionnalité, des performances supérieures…

Le Proof of Stake ou le Proof of History ne sont pas dénués de défauts mais ils apportent une solution concrète pour la décentralisation.

A vous de choisir votre blockchain préférée dans ce vaste écosystème.