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Qu’est-ce que le Proof-of-Stake ?

28 juin 2019

temps de lecture 6 minutes

avatar-auteurManuel Valente

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Qu’est-ce que le Proof of Stake ?

Le Proof-of-Stake (PoS), ou « Preuve d’enjeu » en français, est une alternative au Proof-of-Work (PoW ou « Preuve de travail ») utilisé dans Bitcoin et autres cryptomonnaies. Ce sont toutes les deux des méthodes permettant d’atteindre un consensus distribué, c’est-à-dire qu’elles visent à sécuriser une blockchain en fournissant les bonnes incitations économiques pour pousser à une validation honnête des transactions. Quelle est la définition du Proof-of-Stake et quelles sont les spécificités de cette « preuve d’enjeu » ?

 

Définition du Proof-of-Stake

Sécurisation : tel est le maître mot du Proof-of-Stake. Au même titre que le Proof-of-Work, le PoS en crypto répond à un enjeu majeur dans le monde de la monnaie virtuelle : garantir l’intégrité de la blockchain, qui est à la base du fonctionnement des échanges monétaires numériques, mais aussi de toutes les transactions réalisées par le biais des cryptomonnaies.

Pour rappel, la blockchain est un protocole informatique organisé sous la forme d’une chaîne de blocs, validés par le biais d’un processus de consensus, au sein d’un réseau indépendant des autorités centrales. Les cryptomonnaies s’appuient sur un réseau de type blockchain pour échanger des fichiers en peer-to-peer, entre ordinateurs, sans passer par une autorité centrale (banques, institutions financières, etc.). Grâce à l’algorithme, les ordinateurs s’entendent entre eux. Sur ce réseau, des « nœuds » permettent de valider les transactions. Pour cela, il existe différentes méthodes, dont la preuve de travail et la preuve d’enjeu.

En somme, la définition du Proof-of-Stake est la suivante : il s’agit d’une méthode de validation des transactions sur la blockchain qui permet de parvenir à un consensus distribué, afin de sécuriser cette blockchain et de garantir l’intégrité des transactions. Par le biais d’incitations (généralement sous la forme de gains de tokens – terme qui renvoie aux jetons de la cryptomonnaie), les utilisateurs sont incités à participer à ce consensus de diverses manières.

 

Quelles sont les spécificités du Proof-of-Stake ?

Le Proof-of-Stake remplace un mécanisme basé sur la puissance de calcul par un autre, basé sur l’utilisation active de son capital. Il fait usage de l’actif de la blockchain en question, par exemple les tezzies (XTZ) ou les EOS (EOS) sur les plateformes de smart-contract Tezos et EOS.

De ce fait, il n’est pas possible de simplement se brancher et commencer à miner comme avec le PoW. Il n’y a donc pas de « mineurs » de cryptomonnaies avec la preuve d’enjeu. Il faut acheter des jetons ou les gagner d’une quelconque façon, puis les immobiliser – c’est ce qu’on appelle le staking. Ainsi, les blockchains de crypto en PoS font toujours l’objet d’une levée de fonds afin d’effectuer une première répartition de l’actif natif.

Les détenteurs de l’actif en question ont la possibilité de mettre en séquestre une partie voire la totalité de leur capital avec pour objectif de participer directement à la validation des blocs ou sinon de voter pour un acteur qui le fera pour soi selon les implémentations de ce système. En crypto, la Proof-of-Stake est donc une méthode de validation au fonctionnement très différent de celui de la preuve de travail, bien que le résultat soit le même : parvenir à un consensus pour valider les transactions. Nous verrons plus bas en quoi les deux méthodes s’opposent, dans la partie Proof-of-Stake vs Proof-of-Work.

 

Quelles sont les différences entre Proof-of-Stake et Proof-of-Work ?

PoS et PoW sont deux méthodes différentes permettant d’atteindre le même but : valider les transactions sur la blockchain. Voici un guide pour comprendre en quoi ces deux approches diffèrent, dans leur philosophie comme dans leurs applications.

 

Proof-of-Stake vs Proof-of-Work

À l’origine, il y a le Bitcoin. Pour pouvoir se passer d’intermédiaires, le Bitcoin s’appuie sur un mécanisme appelé « preuve de travail », utilisé pour déterminer de quelle façon la blockchain parvient à un consensus. Comprendre : de quelle manière le réseau peut garantir la validité d’une transaction, sans interférences (ce qui, dans l’écosystème d’échange monétaire classique, est le rôle dévolu aux établissements financiers).

Le PoW est basé sur la cryptographie (d’où le nom de « cryptomonnaies ») : des mathématiques si complexes qu’il faut une grande puissance informatique pour résoudre les équations et permettre à l’algorithme d’authentifier les transactions. Dans ce but, on passe par le « minage », le fait de résoudre les équations de la blockchain.

Par la suite, d’autres mécanismes de validation ont vu le jour, comme la Proof-of-Stake. Cette preuve d’enjeu fonctionne sur un principe très différent. Ici, pas question de miner par le calcul : l’algorithme est également cryptographique, mais il s’appuie sur les jetons stockés par les utilisateurs. La mise tient compte du nombre de pièces (ou tokens) que les utilisateurs détiennent dans la blockchain qu’ils cherchent à miner.

 

Les avantages de la Proof-of-Stake pour la crypto

Comparée à la Proof-of-Work, la Proof-of-Stake revêt deux avantages majeurs :

  1. Valider les blocs demande moins d’énergie. En effet, le minage dans le cadre de la preuve de travail s’appuie sur une quantité considérable d’énergie : les « fermes de minage » consomment autant en électricité que de petits pays ! La preuve d’enjeu est donc une méthode moins énergivore, et plus écologique.
  2. La Proof-of-Stake est une méthode plus équitable, parce qu’elle ne repose pas sur la qualité du matériel utilisé pour miner. La validation est plus accessible puisqu’il suffit, techniquement, de détenir un certain nombre de pièces, et de les placer dans un portefeuille spécifique.

Même si elle présente aussi quelques inconvénients, comme une moindre robustesse par rapport à la preuve de travail, la preuve d’enjeu offre néanmoins des avantages importants qui expliquent son essor. Après Peercoin, la première crypto basée sur la Proof-of-Stake, d’autres cryptomonnaies ont rapidement suivi, comme Dash. Aujourd’hui, il est même prévu de faire passer Ethereum à la Proof-of-Stake (Ethereum étant la deuxième monnaie virtuelle la plus importante après le Bitcoin).

 

Proof-of-Stake : comment les transactions sont-elles vérifiées ?

Dans le modèle de Proof-of-Stake, il n’existe pas de « minage ». Pour vérifier les transactions, l’algorithme de la blockchain tient compte des pièces de cryptomonnaie stockées par les utilisateurs dans celle-ci. Ces jetons sont « gelés » et utilisés pour « miser » sur le réseau (d’où le nom de « preuve d’enjeu », au sens de « mise »), via une plateforme d’échange.

Les utilisateurs, qui détiennent les jetons misés, sont récompensés par le réseau en cas de bloc validé. Cette récompense prend la forme d’intérêts versés dans le portefeuille de devises, le plus souvent dans la monnaie qui correspond à la blockchain. Les chances de remporter la récompense sont proportionnelles au pourcentage de monnaie détenu au regard du total qui circule sur le réseau. Par exemple, s’il existe 1 million d’unités sur la blockchain, et que vous achetez 200 000 pièces pour les miser, vous détiendrez 20 % du total des devises en circulation : cela vous fera 20 % de chances de remporter la récompense associée à chaque bloc.

Participer à cette méthode de validation ne nécessite pas de grosse puissance de calcul. En revanche, la plupart des blockchains de crypto en Proof-of-Stake imposent un nombre minimal de pièces pour miser. Or, au regard de la valeur de la cryptomonnaie, cela peut très vite représenter d’énormes sommes d’argent !

 

Les modèles hybrides de blockchain crypto en PoS/PoW

Ces deux mécanismes de consensus utilisés sur la blockchain crypto (Proof-of-Stake et Proof-of-Work) ayant des avantages et des inconvénients, il était logique d’essayer de développer un système hybride capable d’allier le meilleur des deux solutions. Ce système, c’est ce qu’on appelle un « modèle hybride PoS/PoW ».

Un algorithme hybride requiert toujours une grande puissance de calcul au regard de la preuve de travail. Toutefois, la puissance exigée est limitée puisque, dans le même temps, le système s’appuie sur un montant de pièces à miser – eu égard à l’aspect « preuve d’enjeu ». Ce modèle est néanmoins utilisé par peu de cryptomonnaies à ce jour – Decred en fait partie.

 

Proof-of-Stake : bilan de première heure

Au jour d’aujourd’hui, les blockchains faisant usage du mécanisme de consensus de type Proof-of-Stake sont jeunes. La première implémentation était NXT en 2013, mais l’intégralité des protocoles dont nous parlons ici ont commencés à être développés à partir de l’année 2014 et sont entrés en fonction entre 2016 et 2018.

La blockchain crypto en Proof-of-Work est donc considérée comme plus robuste, car elle a subi l’épreuve du temps sans accroche depuis plus de 10 ans avec Bitcoin, et ses propriétés font que même avec un colossal 51% de la puissance de calcul du réseau les attaques possibles sont très limitées.

Une différence principale avec la Proof-of-Work est notamment la capacité pour un individu de créer de multiples versions de la blockchain à n’importe quelle hauteur de la blockchain à zéro coûts car le protocole ne demande pas ce fameux hash valide, on parle de “Nothing-at-Stake”. Choisir la chaîne la plus longue comme dans le PoW n’est alors plus une condition suffisante pour reconnaître la chaîne légitime. Cela peut se montrer problématique dans le cas de forks car le validateur n’a pas à choisir entre l’une des deux versions de la blockchain et son intérêt est de travailler sur les deux versions simultanément pour être sûr d’obtenir sa récompense. Les implémentations choisissent en général des méthodes de slashing pour forcer les nœuds à choisir une unique version de la blockchain en punissant les validateurs qui pousseraient deux blocs à la même hauteur.

Cela peut aussi créer des problèmes pour les nouveaux nœuds se connectant au réseau ou pour les nœuds ayant été hors ligne pendant une longue période. Ils doivent alors être capable de déterminer quelle blockchain est la blockchain valide, sans pouvoir faire confiance à la chaîne la plus longue. Cela présente des vecteurs d’attaque comme les « Long-Range attacks », qui sont à prendre en considération, mais n’ont pas été solutionnés pour le moment.

Malgré ces points noirs, la Proof-of-Stake reste un modèle de consensus intéressant et prometteur. Il est très peu consommateur en électricité et présente certains avantages face au PoW selon les implémentations. Le passage prochain d’Ethereum au Proof-of-Stake démontre d’ailleurs l’intérêt de l’écosystème des cryptomonnaies pour cette méthode de validation. Cependant ces systèmes nouveaux devront faire leurs preuves en montrant que dans la pratique les faiblesses qu’on lui reproche ne seront pas exploitées à mauvais escient. L’avenir (de la crypto) nous le dira !

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