Points clés
Le consensus hybride PoW/PoS combine le minage de preuve de travail (PoW) avec le staking de preuve d'enjeu (PoS) pour améliorer la sécurité et la gouvernance de la blockchain.
Dans les systèmes hybrides, à la fois les mineurs et les détenteurs de tokens jouent un rôle dans la validation des blocs, ce qui rend plus difficile pour une seule partie de contrôler le réseau.
Le principal avantage du consensus hybride est qu'il limite le pouvoir de gouvernance des mineurs, permettant aux détenteurs de tokens de rejeter des blocs ou de voter sur des changements de protocole.
Les systèmes hybrides ajoutent de la complexité par rapport aux réseaux purement PoW ou purement PoS, ce qui peut affecter l'adoption et l'accessibilité pour les développeurs.
Introduction
L'algorithme de consensus d'une blockchain est l'ensemble des règles qui détermine qui peut ajouter de nouveaux blocs et comment le réseau s'accorde sur l'état actuel du registre. Les deux approches les plus établies sont la preuve de travail et la preuve d'enjeu, chacune ayant ses forces et ses faiblesses connues.
Les systèmes hybrides PoW/PoS tentent de capturer les avantages des deux approches. En exigeant à la fois des mineurs et des détenteurs de tokens de participer à la validation des blocs, ces réseaux peuvent répartir le pouvoir décisionnel et réduire certains vecteurs d'attaque. Cet article explique comment fonctionne le consensus hybride, en utilisant Decred comme exemple principal.
Comment fonctionne la preuve de travail
Dans une blockchain purement preuve de travail, les mineurs rivalisent pour résoudre une énigme mathématique. Le premier à trouver une solution valide obtient le droit d'ajouter le prochain bloc et de recevoir une récompense de bloc. Le réseau accepte la chaîne avec le plus de travail computationnel accumulé comme la version légitime.
Ce design signifie que les mineurs détiennent une influence significative sur le réseau. Tout changement aux règles de consensus du protocole nécessite un soutien majoritaire des mineurs. Un soft fork nécessite suffisamment de puissance de minage pour s'assurer que les transactions sont traitées correctement. Un hard fork divise le réseau, les mineurs décidant effectivement quelle chaîne survit.
Le principal risque en matière de sécurité dans un PoW pur est l'attaque à 51 %. Si une entité contrôle plus de 50 % de la puissance de hachage du réseau, elle peut potentiellement réécrire l'historique récent des transactions en minant une chaîne alternative en secret et en la libérant plus tard. Cela coûte cher sur de grands réseaux comme Bitcoin, mais reste une préoccupation pour les chaînes plus petites.
Comment fonctionne la preuve d'enjeu
Dans le consensus de preuve d'enjeu (PoS), le droit d'ajouter un nouveau bloc est déterminé par le montant de cryptomonnaie qu'un participant a "staké" ou verrouillé en tant que garantie. Cela élimine le minage énergivore mais introduit un ensemble différent de compromis.
Une préoccupation courante avec le PoS pur est le problème du "rien en jeu". Dans un scénario de fork, les validateurs PoS ont peu à perdre en validant plusieurs chaînes concurrentes, car cela leur coûte presque rien. Cela peut compromettre la capacité du réseau à atteindre un état unique convenu.
Une autre considération est la distribution des tokens. Les mineurs PoW vendent généralement une partie de leurs récompenses pour couvrir les coûts matériels et d'électricité, ce qui maintient les pièces en circulation sur le marché. Les validateurs PoS ont des coûts beaucoup plus bas et peuvent accumuler une part croissante de l'offre en circulation au fil du temps.
Comment ils se combinent dans un système hybride
Les systèmes hybrides superposent la validation de preuve d'enjeu sur une fondation de preuve de travail. Plutôt que de choisir l'un ou l'autre, ces blockchains utilisent les deux mécanismes ensemble. Une comparaison utile des deux approches peut être trouvée dans l'article preuve de travail vs. preuve d'enjeu.
Dans le design de Decred, un mineur PoW trouve un bloc valide en utilisant un travail computationnel, mais ce bloc n'est pas immédiatement ajouté à la chaîne. Il doit d'abord recevoir des votes d'approbation d'un ensemble de détenteurs de tickets PoS sélectionnés au hasard. Un bloc a besoin d'au moins 3 votes sur 5 tickets sélectionnés au hasard pour être considéré valide.
Cela crée une structure de freins et de contrepoids. Les mineurs ne peuvent pas imposer unilatéralement des changements ou censurer des transactions sans l'accord des stakers. En même temps, la couche PoW maintient le coût énergétique qui rend la réécriture de la chaîne coûteuse.
L'exemple Decred
Decred est l'une des implémentations les plus proéminentes du consensus hybride PoW/PoS. Son composant PoS exige que les participants verrouillent des tokens DCR pour acheter des "tickets". Le prix du ticket est fixé par un mécanisme de marché visant 40 960 tickets actifs à tout moment.
Lorsqu'un mineur PoW produit un bloc valide, 5 tickets sont sélectionnés au hasard pour voter sur ce bloc. Si au moins 3 des 5 votent pour l'approuver, le bloc est ajouté à la chaîne. Si une majorité le rejette, les transactions régulières du bloc sont renvoyées dans le mempool. Il est important de noter que les votants PoS peuvent priver les mineurs de leur récompense de bloc sans perdre leur propre récompense, ce qui limite la capacité des mineurs à agir contre les intérêts du réseau.
En juin 2023, les parties prenantes de Decred ont approuvé deux changements de consensus significatifs à travers le processus de vote on-chain. DCP-0011 a mis à jour l'algorithme de hachage PoW de BLAKE-256 à BLAKE3 et a introduit l'algorithme d'ajustement de difficulté ASERT. DCP-0012 a ajusté la répartition de la récompense de bloc, de sorte que 1 % soit attribué aux mineurs PoW, 89 % aux votants PoS et 10 % au Trésor.
C'est un changement substantiel par rapport à la répartition originale de 60/30/10 et reflète la préférence de la communauté pour un modèle de gouvernance plus dominé par le PoS.
La gouvernance de Decred s'étend également au-delà de la validation des blocs. Les parties prenantes votent sur les mises à niveau du protocole via un processus de ratification on-chain : un changement ne peut s'activer que si au moins 75 % des tickets de vote l'approuvent sur une période de quatre semaines. Les décisions de dépenses au niveau du projet utilisent le système de proposition Politeia, financé par l'allocation de 10 % au Trésor.
Avantages en matière de sécurité du consensus hybride
Le modèle hybride augmente considérablement le coût d'une attaque à la majorité. Dans un réseau purement PoW, un attaquant doit contrôler plus de 50 % de la puissance de hachage. Dans un système hybride, l'attaquant doit également contrôler une grande part des tickets de staking actifs.
Dans le cas de Decred, acquérir suffisamment de tickets pour ignorer de manière constante le vote PoS est difficile. Les tickets ne peuvent être achetés qu'en quantités limitées par bloc, et acheter un grand nombre fait grimper le prix du ticket. Une fois achetés, les fonds utilisés sont bloqués jusqu'à ce que le ticket vote ou expire, ce qui expose l'attaquant à toute dévaluation de DCR qui résulterait d'une attaque échouée.
Un autre avantage en matière de sécurité est la transparence. Puisque chaque bloc doit être diffusé et voté par des détenteurs de tickets sélectionnés au hasard, les mineurs ne peuvent pas construire une chaîne en secret. Cela élimine la possibilité de l'attaque "miner en privé, publier plus tard" qui est le mécanisme central d'une double dépense PoW.
Limitations et considérations
Les systèmes hybrides ajoutent de la complexité architecturale. Les développeurs construisant sur ou intégrant une chaîne hybride PoW/PoS doivent tenir compte de la couche de validation supplémentaire, ce qui peut ralentir le développement et réduire le pool d'outils et d'expertise disponibles.
L'exigence à deux facteurs peut également introduire de la latence. Les blocs doivent attendre les votes des tickets avant d'être finalisés, ce qui peut entraîner des délais de confirmation légèrement plus longs que sur une chaîne PoW pure comparable.
De plus, le consensus hybride en tant que catégorie de conception couvre une large gamme d'implémentations. Les réseaux de masternodes, par exemple, combinent le minage PoW avec un rôle de type staking pour des nœuds spéciaux, mais ils fonctionnent différemment de l'approche de Decred. Tous les systèmes hybrides n'offrent pas les mêmes propriétés de gouvernance ou garanties de sécurité.
FAQ
Qu'est-ce que le consensus hybride PoW/PoS ?
Le consensus hybride PoW/PoS est une conception de blockchain qui nécessite à la fois des mineurs (utilisant le travail computationnel) et des stakers (verrouillant des tokens en tant que garantie) pour participer à la validation des blocs. L'objectif est de combiner les propriétés de sécurité de la preuve de travail avec les avantages de gouvernance de la preuve d'enjeu.
Quelle blockchain utilise le consensus hybride PoW/PoS ?
Decred est l'exemple le plus connu. Son design nécessite que les mineurs PoW trouvent des blocs valides et que les détenteurs de tickets PoS votent sur ces blocs avant qu'ils ne soient ajoutés à la chaîne. En 2023, les parties prenantes de Decred ont voté pour modifier la récompense de bloc à 1 % PoW, 89 % PoS et 10 % Trésor.
Comment le consensus hybride améliore-t-il la sécurité ?
En exigeant à la fois la puissance de minage et les tickets de staking pour ajouter un bloc valide, les systèmes hybrides augmentent le coût d'une attaque à la majorité. Un attaquant doit contrôler une part significative des deux ressources simultanément, ce qui est considérablement plus coûteux que de contrôler une seule.
La preuve d'enjeu déléguée utilise des détenteurs de tokens pour élire un ensemble fixe de validateurs de blocs, sans composant de minage. Le consensus hybride PoW/PoS conserve la couche de minage énergivore et ajoute le vote PoS par-dessus, donnant aux parties prenantes un pouvoir de veto sur les mineurs. Les structures de gouvernance et les hypothèses de sécurité diffèrent entre les deux approches.
Réflexions finales
Le consensus hybride preuve de travail/preuve de participation représente une approche pour équilibrer le pouvoir des mineurs et des parties prenantes dans la gouvernance de la blockchain. En combinant les deux mécanismes, ces systèmes peuvent offrir une résistance plus forte à certains types d'attaques et des processus de mise à niveau plus démocratiques que les chaînes PoW pures.
Lectures complémentaires
Qu'est-ce que la preuve de travail (PoW) ?
Qu'est-ce que la preuve d'enjeu (PoS) ?
Preuve de travail (PoW) vs. preuve d'enjeu (PoS)
Qu'est-ce qu'un algorithme de consensus blockchain ?
Qu'est-ce qu'une attaque à 51 % ?
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