Les blockchains font partie des innovations révolutionnaires de ces dernières décennies. Une blockchain n’est en fait rien d’autre qu’une simple base de données qui permet d’enregistrer des informations. Dans le contexte d’une blockchain, ces informations sont des données issues en particulier de transactions blockchains. Contrairement à des banques de données traditionnelles, les données transactionnelles pertinentes ne sont pas choisies par quelques entités ou par une instance de contrôle unique et enregistrées de manière centralisée.

Les blockchains sont par essence décentralisées. Par conséquent, elles disposent d’une quantité de comptes réseaux – autrement dit des ordinateurs, appelés «full nodes» dans le jargon. Leur point commun est d’avoir le contrôle sur la blockchain. Cela signifie dans la pratique que chaque full node dispose d’une copie de l’actuelle blockchain et que chaque membre du réseau peut exactement savoir à tout moment à qui appartient quelle unité (ou cryptomonnaie) de cette blockchain – il y a en tout temps un consensus sur les activités en cours dans une blockchain.

Mais comment se réalise ce consensus? Et comment celui-ci se maintient-il sur la durée? C’est ici qu’entre en jeu le fameux mécanisme de consensus, qui est propre à chaque blockchain. Il s’agit d’une composante décisive de cette technologie, qui garantit l’intégrité et la sécurité d’un réseau de blockchain.

Les mécanismes de consensus en tant que moteur de chaque blockchain

Les règles spécifiques de consensus d’une blockchain définissent son mécanisme de consensus, que l’on nomme également algorithme de consensus. Mais sur quoi un mécanisme de consensus établit-il un consensus? Comme le préfigure le nom blockchain, l’enregistrement des données se fait par «bloc» dans cette banque de données décentralisée, blocs qui sont continuellement alignés dans une «chaîne». C’est sur cette séquence de données transactionnelles alignées en blocs que les nœuds de réseaux de chaque blockchain doivent continuellement trouver un consensus.

Un mécanisme de consensus décide quelles données transactionnelles doivent être rassemblées en blocs et avec quels intervalles de temps elles sont intégrées à la blockchain. En tant que mécanisme d’incitation  Les mécanismes d’incitation invitent et motivent en principe des personnes ou des organisations à atteindre leurs buts ou à accomplir certaines actions. Cela peut être sous forme, par exemple, de récompenses, d’incitations financières ou d’autres avantages., le mécanisme de consensus incite les membres d’un réseau blockchain, comme poussé par une main invisible et sans autorité centrale, à n’utiliser que les transactions valables pour une blockchain. Ces membres seraient en effet moins avantagés, voire pénalisés s’ils essayaient d’héberger des données transactionnelles non valables dans la blockchain. Les mécanismes de consensus sont donc des mécanismes de sécurité et donc des éléments essentiels de chaque blockchain.

Explications au sujet de Proof-of-Work (PoW) et Proof-of-Stake (PoS)

Il existe entre temps plusieurs mécanismes de consensus différents. Les plus connus sont «Proof-of-Work» (PoW) et «Proof-of-Stake» (PoS). À titre d’exemple, la blockchain des bitcoins mise sur le mécanisme de consensus PoW. Ethereum, la deuxième plus grande blockchain en termes de capitalisation boursière, se base depuis septembre 2022 sur le mécanisme de consensus PoS. Avant cela, Ethereum fonctionnait également avec Proof-of-Work.

En pourcentage, le mécanisme de consensus PoW domine le monde des blockchains. Au total, 55,77% de l’ensemble de la capitalisation boursière des blockchains se base sur Proof-of-Work (état à fin octobre 2023). Cela est dû au fait que le bitcoin est toujours, et de loin, la plus grande blockchain en termes de capitalisation boursière. Mis à part le bitcoin, d’autres blockchains, comme celles du Dogecoin, Litecoin, Bitcoin Cash, Monero ou Ethereum classic, reposent également sur ce mécanisme de consensus.

De son côté, Proof-of-Stake représente 22,4% de la capitalisation totale du marché et se retrouve principalement auprès des «blockchains Smart Contract» (état à la fin octobre 2023). Mis à part Ethereum, ce sont principalement les blockchains de la nouvelle génération qui se basent sur ce mécanisme de sécurité. On y retrouve par exemple BNB Chain, Cardano, Polkadot ou Avalanche.

Proof-of-Work: l’énergie assure la blockchain

Sur une blockchain PoW, ce sont les mineurs qui attachent des blocs à la blockchain. Mais ils ne peuvent pas le faire à leur guise. Pour fixer un bloc à la blockchain en tant que mineur, il faut pouvoir apporter ce qu’on appelle la preuve de travail (Proof-of-Work). Seul le mineur qui peut l’apporter a le droit d’ajouter le bloc suivant à la blockchain.

Mais en quoi consiste cette preuve de travail et comment est-elle apportée par le mineur? La preuve de travail consiste à trouver un chiffre mathématique – également appelé nonce. Pour trouver ce chiffre, les mineurs doivent engager la puissance de calcul de l’ordinateur, qui est apportée par des processeurs utilisant pour leur part de l’électricité, nécessaire au fonctionnement continu. Plus la puissance de calcul est utilisée, plus grandes sont les chances que le mineur concerné trouve le chiffre et puisse donc ajouter le nouveau bloc à la blockchain PoW.

Une bonne comparaison serait la recherche d’une aiguille dans une botte de foin. Celui qui trouve l’aiguille peut ajouter le bloc suivant et reçoit la récompense. Comme la preuve de travail fait partie d’un processus mathématico-cryptographique, sa validité peut très simplement être vérifiée par les autres mineurs.

Proof-of-Stake: le capital assure la blockchain

Dans le système PoS, les validateurs correspondent aux mineurs du Proof-of-Work. Ces validateurs doivent garder une certaine part de la cryptomonnaie propre à la blockchain et la confier au protocole blockchain correspondant. Dans le jargon, cela s’appelle le «staking», raison pour laquelle «staker» est parfois utilisé comme synonyme de validateur. Les cryptomonnaies immobilisées sont bloquées (locked) par le protocole blockchain et ne peuvent être libérées qu’après un délai d’attente.

Dans le système Proof-of-Stake, il incombe aux validateurs de pourvoir les blocs avec des transactions et d’ainsi maintenir la blockchain PoS. La personne autorisée à ajouter un nouveau bloc à la blockchain en tant que validateur est définie par un algorithme déterministe. Celui-ci tient compte de plusieurs facteurs. La quantité de coins immobilisés est par exemple importante pour déterminer la probabilité qu’un validateur soit choisi. En principe, plus le stake propre est élevé, plus la chance d’être validateur d’un prochain bloc est grande.

La quantité immobilisée n’est cependant pas le seul argument décisif. Si cela était le cas, on arriverait à une centralisation de la blockchain. Ainsi, d’autres facteurs sont également déterminants pour la décision. La durée pendant laquelle un staker garde ses coins immobilisés, ainsi que son activité et sa performance sont importantes.

Points communs et différences des deux mécanismes de consensus

Avantages et inconvénients des deux mécanismes de consensus

Depuis que les deux mécanismes de consensus s’opposent, le débat est sans fin quant à savoir lequel des deux est supérieur. Des aspects comme la sécurité, l’efficacité énergétique, la scalabilité ou encore la robustesse et les tendances de centralisation sont pour cela souvent comparés.

Mais comme souvent, il est difficile d’obtenir un verdict clair. Proof-of-Work et Proof-of-Stake ont les deux des objectifs contradictoires et nécessitent pour cette raison des trade-offs différents. Découlant de ce postulat de base, les avantages et les inconvénients les plus significatifs des deux systèmes de blockchain peuvent être classés de la manière suivante:

Débats sur l’énergie contre la sécurité

Dans le système Proof-of-Work, ce sont les dépenses en énergie des mineurs qui garantissent la blockchain. Proof-of-Stake exige en comparaison beaucoup moins d’énergie puisqu’il n’y a pas de minage exigeant une puissance de calcul très élevée. Ce fait donne une image plus écologique et durable de PoS aux yeux de beaucoup de gens convaincus par les blockchains.

Bien que cette affirmation semble convaincre au premier regard, elle peut cependant être critiquée. Proof-of-Stake a également ses coûts d’opportunité. En lieu et place d’électricité nécessaire à la puissance de calcul, un capital est engagé sous la forme de coins propres à la blockchain, qui ne peut pas être utilisé de manière alternative. Les possibilités de «liquid staking» remédient à cet état de fait, ce qui augmente toutefois la complexité du système global. Alors que «l’utilisation/le gaspillage» de courant et de hardware est évident dans PoW, celui du capital et des liquidités financières l’est moins dans PoS.

Scalabilité contre centralité

Proof-of-Stake passe pour être un mécanisme de consensus plus évolutif que Proof-of-Work, raison pour laquelle les plateformes Smart Contract trouvent dans le premier des utilisations qui doivent traiter un grand nombre de transactions. En principe, les blockchains PoS offrent en même temps aux développeurs plus de marge de manœuvre pour la conception de Smart Contracts. Cela est dû au fait qu’elles présentent moins de restrictions dans le langage script et dans d’autres aspects techniques.

La plus grande scalabilité est cependant liée à une plus haute tendance à la centralisation. Alors que Proof-of-Work semble se décentraliser avec le temps – comme le montre l’exemple du bitcoin –, le système PoS, comme Ethereum, prend plutôt la direction de la centralisation. Le plus grand groupe de validateurs, Lido, représente actuellement plus de 31% de tous les validateurs actifs sur Ethereum. Le top 5 de tous les fournisseurs de staking contrôle même plus de 50% du réseau Ethereum.

On argumente souvent que le bitcoin montre également une centralisation, plus particulièrement auprès des mining pools. C’est en effet ce qui se passe, puisque le top 5 des mining pools possède plus de 83% des hashrates du bitcoin. Sur ce point, il faut cependant rétorquer que les mining pools sont la même chose que les mineurs eux-mêmes. Les premiers sont simplement des fournisseurs de services node, qui ne conservent aucun matériel de minage. Ce sont plutôt les mineurs qui font cela. Le contrôle sur les mining pools est ainsi relativement faible.