Dans le fonctionnement d'une blockchain, le mécanisme de consensus est essentiel pour maintenir la sécurité et la cohérence du réseau, et le mécanisme de consensus PoS choisit les validateurs en fonction des jetons mis. Cet article présentera en détail le fonctionnement du mécanisme de consensus PoS, dévoilant comment ce mécanisme assure la sécurité des transactions et la stabilité du fonctionnement de la blockchain sans dépendre de processus de calcul énergivores.
Qu'est-ce que le PoS ?
Le Proof of Stake (PoS) est un mécanisme de consensus utilisé dans les blockchains, sélectionnant des validateurs via la mise de cryptomonnaies, ces validateurs étant responsables de la confirmation des transactions et de la création de nouveaux blocs.
Le site financier spécialisé Nerdwallet note que le PoS, par rapport au travail de preuve traditionnel (PoW), ne nécessite pas de dépenser une grande quantité d'énergie pour effectuer des calculs mathématiques complexes, mais repose sur la quantité de jetons détenus par les utilisateurs pour voter, ce qui le rend plus écologique et économe en énergie.
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Comment fonctionne le mécanisme de consensus PoS ?
Dans un système PoS, les participants peuvent verrouiller les cryptomonnaies qu'ils détiennent dans le réseau, ce processus est appelé « mise ».
Les stakers deviennent des validateurs de blocs candidats, et lorsqu'ils sont sélectionnés, ils sont responsables de traiter de nouvelles transactions et de vérifier leur légitimité, ce qui leur donne également l'opportunité de recevoir des récompenses du réseau. Ce mécanisme réduit non seulement le seuil technique de participation, mais diminue également la dépendance à des matériels énergivores, rendant ainsi le système plus durable que le PoW.
Source de l'image : (Crypto City) Schéma de fonctionnement du mécanisme de consensus PoS
Le rapport du Forum économique mondial de Suisse indique que le PoS n'est pas totalement exempt de risques ou d'inconvénients. En effet, le choix des validateurs du PoS est basé sur la quantité de jetons détenus, ce qui peut conduire à ce que des détenteurs de jetons à grande échelle aient une influence excessive ; de plus, si une erreur technique ou une attaque réseau se produit pendant le processus de mise, les stakers peuvent subir des pertes, augmentant ainsi les risques de participation.
Dans l'ensemble, le PoS offre une solution blockchain à faible consommation d'énergie et avec des barrières à l'entrée relativement faibles, mais il fait également face à des défis tels que la concentration et les risques de sécurité.
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Quelle est la différence entre PoS et PoW ?
Le PoW repose sur des mineurs qui vérifient les transactions et génèrent de nouveaux blocs en résolvant des problèmes mathématiques complexes, ce processus nécessite une grande puissance de calcul et entraîne une forte consommation d'énergie, en particulier dans de grands réseaux comme Bitcoin.
Source de l'image : (Crypto City) Différences entre PoS et PoW
Comparé au PoW, les nœuds PoS choisissent les validateurs en fonction de la quantité de cryptomonnaies mises, les validateurs misent des jetons pour participer à la validation et obtenir des récompenses, ce qui réduit considérablement la demande énergétique. Par exemple, après le passage d'Ethereum au PoS, la consommation d'énergie a diminué de 99,95%.
(Crypto City) a effectué une comparaison plus détaillée des caractéristiques des mécanismes de consensus PoW et PoS, organisée dans le tableau suivant :
Caractéristiques
Proof of Work (PoW)
Proof of Stake (PoS)
Le mécanisme de vérification par les mineurs résolvant des problèmes mathématiques complexes pour valider les transactions, par les validateurs choisis aléatoirement via les jetons mis, présente une consommation d'énergie élevée, car nécessite une grande puissance de calcul et d'électricité, tandis que le PoS est faible, réduisant considérablement la demande de puissance de calcul. Les mécanismes de récompense pour les mineurs gagnent des récompenses de blocs lors d'une compétition de minage, tandis que les validateurs obtiennent des frais de transaction en confirmant des blocs via des jetons mis. En termes de décentralisation, le PoW présente un risque de centralisation, car les grands pools de minage peuvent contrôler une grande quantité de puissance de calcul ; théoriquement, le PoS est plus décentralisé, mais les utilisateurs détenant une grande quantité de jetons ont plus d'influence. En matière de sécurité, il faut contrôler plus de 50 % de la puissance de calcul pour lancer une attaque à 51 %, tandis que les incitations économiques signifient que les attaquants peuvent perdre leurs jetons mis, diminuant ainsi leur motivation à attaquer. Les barrières à l'entrée nécessitent une puissance de calcul et un matériel puissants, alors qu'avec le PoS, il suffit de miser des jetons pour devenir validateur, rendant le seuil relativement bas.
Source de l'image : (Crypto City) Comparaison des caractéristiques des mécanismes de consensus PoS et PoW
Il est important de noter la différence en termes de sécurité, la sécurité du PoW dépend de la puissance de calcul, empêchant les attaquants de contrôler plus de 50 % de la puissance de calcul pour lancer une attaque ; tandis que le PoS assure des incitations économiques et des mécanismes de punition via la mise de jetons, les attaquants perdraient leurs jetons mis en cas de manipulation malveillante.
Bien que le PoS puisse théoriquement favoriser la décentralisation, les détenteurs de jetons à grande échelle peuvent toujours exercer un pouvoir important, mais comment éviter une concentration excessive de pouvoir reste un défi.
Comment le PoS réduit-il les attaques à 51% ?
Dans un système PoW, si un attaquant peut contrôler plus de 50 % de la puissance de calcul, il peut lancer ce qu'on appelle une « attaque à 51 % », manipulant les enregistrements de la blockchain et dépensant deux fois la même cryptomonnaie.
Mais dans le PoS, le coût de cette attaque est très élevé. NerdWallet explique que les attaquants du mécanisme PoS doivent détenir une grande quantité de jetons pour contrôler la majorité des jetons mis ; et une fois l'attaque échouée, ils feraient face à la perte des jetons mis, ce qui signifie que le PoS augmente considérablement le coût des attaques grâce à la conception de la structure économique.
De plus, les blockchains basées sur le PoS comme Ethereum prévoient également d'introduire la technologie de sharding (fragmentation) pour améliorer l'évolutivité et la sécurité du réseau. La technologie de sharding divise le réseau blockchain en plusieurs parties plus petites (appelées « fragments »), chaque fragment ayant ses propres validateurs. Cette approche, même si les attaquants veulent contrôler l'ensemble du réseau, nécessite qu'ils attaquent plusieurs fragments en même temps, ce qui augmente considérablement la difficulté et le coût des attaques.
Quelles sont les principales cryptomonnaies utilisant le mécanisme blockchain PoS ?
Actuellement, plusieurs blockchains majeures adoptent le mécanisme de consensus Proof of Stake (PoS), ces cryptomonnaies choisissant le PoS car il est plus économe en énergie et présente un potentiel de décentralisation par rapport au Proof of Work (PoW).
Voici quelques-unes des principales cryptomonnaies utilisant le PoS :
Ethereum ($ETH)
Ethereum est l'une des cryptomonnaies les plus connues à adopter le PoS. Depuis la mise à niveau « La Fusion (The Merge) » en 2022, Ethereum est officiellement passé du PoW au PoS, réduisant considérablement sa consommation d'énergie.
Cardano ($ADA)
Cardano est une plateforme blockchain basée sur la recherche scientifique et académique, ayant adopté le mécanisme PoS dès le départ, son design mettant l'accent sur l'évolutivité, la sécurité et l'efficacité énergétique.
Polkadot ($DOT)
Polkadot est un protocole inter-chaînes visant à connecter différentes blockchains et à permettre le transfert de données et de ressources entre chaînes. Il utilise le mécanisme PoS pour valider les transactions et garantir la sécurité du réseau.
Tezos ($XTZ)
Utiliser le mécanisme PoS pour favoriser la gouvernance du réseau et la prise de décision consensuelle, permettant aux détenteurs de jetons de participer à la validation et de recevoir des récompenses.
Algorand ($ALGO)
Algorand est une blockchain axée sur la vitesse et la décentralisation, utilisant un mécanisme de PoS pur pour garantir la décentralisation du réseau et permettre aux validateurs de traiter rapidement les transactions.
Le mécanisme de consensus PoS a-t-il des inconvénients ? 3 risques potentiels du PoS à ne pas négliger.
Bien que le consensus PoS présente de nombreux avantages en termes d'efficacité énergétique et de décentralisation, il comporte également certains inconvénients et défis potentiels. (Crypto City) a identifié 3 principaux inconvénients du mécanisme PoS :
Risque de concentration de pouvoir
Risque économique d'attaque à 51%
Verrouillage à long terme des jetons
Les validateurs dans un système PoS sont déterminés par la quantité de jetons qu'ils détiennent, les utilisateurs détenant plus de jetons ayant une plus grande chance de devenir des validateurs et d'obtenir plus de récompenses de blocs. Cela peut conduire à une situation où les riches deviennent encore plus riches, c'est-à-dire que les participants détenant une grande quantité de jetons obtiennent plus de bénéfices, renforçant ainsi leur influence et affaiblissant la décentralisation du réseau.
Le Forum économique mondial de Suisse a également noté que, bien que le PoS soit considéré comme un mécanisme favorisant une participation plus large, dans la réalité, en raison des exigences économiques de mise, de nombreux utilisateurs ordinaires ont du mal à devenir des validateurs indépendants, ce qui a conduit à l'émergence d'institutions professionnelles ou de grands pools de mise.
D'un autre côté, bien que le PoS réduise efficacement la possibilité d'attaques à 51 % grâce à des mécanismes de pénalité économique liés à la mise de jetons, si un attaquant détient suffisamment de capital pour contrôler plus de 50 % des jetons mis, il peut encore manipuler le réseau. Bien que le coût de telles attaques soit extrêmement élevé, cela reste possible dans des situations où la distribution des jetons est inégale.
Enfin, les jetons dans le système PoS sont verrouillés pendant la période de mise et ne peuvent pas être transférés ou utilisés librement. Si le réseau subit des changements majeurs ou des fluctuations de prix, les validateurs peuvent ne pas être en mesure de vendre ou de transférer leurs actifs à temps, ce qui augmente les risques pour les participants et affecte la flexibilité des investisseurs.
