Qu’est-ce que la preuve de travail (PoW)? Comment Bitcoin utilise la preuve de travail pour le consensus

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Lors de l’analyse des réseaux blockchain modernes, le mot «preuve de travail» est souvent rencontré. En fait, nous trouvons la première mention d’un mécanisme de consensus PoW dans le livre blanc original Bitcoin créé par Satoshi Nakamoto. Mais qu’est-ce que PoW et pourquoi ce mécanisme de consensus est-il crucial pour la technologie blockchain??

La preuve de travail représente le matériel de base qui guide les transactions, les utilisateurs et les mineurs dans un registre numérique public. Le système garantit avec succès la poursuite en temps opportun de toutes les transactions au sein d’un réseau afin d’éviter divers types d’activités malveillantes.

Cela semble complexe? Pas de soucis! Nous avons rédigé une explication pour la preuve de travail sous une forme facilement digestible. Dans les sections suivantes, nous examinerons chaque activité et motivation derrière les réseaux PoW.

Quelle est la preuve de travail?

La preuve de travail représente un système qui, grâce à une puissance de traitement pure, dissuade toute activité malveillante qui peut potentiellement endommager la stabilité du réseau. Ce concept a été introduit pour la première fois en 2004 par Hall Finney qui a créé l’idée de «preuve de travail réutilisable. » À l’époque, l’idée principale de PoW était d’empêcher les spams et les attaques DDOS.

Cinq ans plus tard, le créateur anonyme de Bitcoin, Satoshi Nakamoto, a mis en œuvre l’idée de Finney dans le premier réseau de blockchain au monde. Tout comme son prédécesseur, le PoW basé sur la blockchain empêche également les activités malveillantes. Mais à part cela, c’est aussi le moteur qui rend les transactions fonctionnelles dans un registre décentralisé et immuable.

PoW est le système principal des réseaux blockchain qui traite les transactions en leur fournissant des hachages et en les confirmant. Le système lui-même est pris en charge par les mineurs qui participent au réseau en vérifiant les nouvelles transactions pour une récompense monétaire – dans ce cas Bitcoin.

Par conséquent, nous pouvons considérer PoW comme une mise en page que les mineurs et les utilisateurs suivent lorsqu’ils interagissent avec un réseau blockchain..

Qu’est-ce que la blockchain?


La blockchain est une forme de technologie de grand livre distribué, peut-être l’exemple le plus simple et le plus populaire. DLT lui-même est un système sécurisé d’enregistrements utilisant un consensus de données répliquées et synchronisées qui sont partagées entre plusieurs instances.

Double dépense

L’activité malveillante spécifique que la preuve de travail empêche est appelée double dépense. Sur les réseaux blockchain, toutes les transactions sont soutenues par un jeton numérique qui représente une certaine valeur monétaire.

Si vous deviez envoyer 50 $ à un ami via le réseau Bitcoin, vous devrez envoyer X montants de BTC.

Mais comment savons-nous que cette pièce n’a pas déjà été utilisée pour payer un autre service ou produit? Sans PoW, un réseau ne peut pas vérifier avec précision qu’un utilisateur n’a pas dépensé deux fois ses jetons. En tant que tel, il rend la technologie blockchain inutile et incompatible avec l’un de ses objectifs d’origine.

La source – Illustration de la double dépense.

On pourrait résoudre ce problème facilement en introduisant une autorité centrale qui vérifie les transactions et s’assure que les pièces ne sont pas dépensées deux fois. Mais s’il est facile de le faire, cela n’aide pas à instaurer la décentralisation. Pourquoi même s’embêter à utiliser les réseaux blockchain alors qu’ils fonctionnent de la même manière qu’une banque?

Satoshi Nakamoto a résolu le problème de la double dépense en exigeant que tous les participants du réseau aient accès à l’historique complet des transactions du grand livre. En connaissant chaque transaction dans l’histoire d’un réseau blockchain, il est impossible de rater si certains jetons étaient déjà utilisés.

Par conséquent, Nakamoto a pensé à faire annoncer publiquement les transactions. Avec cette possibilité, tous les utilisateurs du réseau pourraient convenir d’un historique des transactions unique en fonction de l’ordre dans lequel elles ont été reçues et envoyées..

Horodatage

Le temps étant linéaire, c’est le meilleur outil qui puisse nous dire de quelle manière les transactions sont ordonnées. En tamponnant l’heure de création d’un paiement sur une transaction, nous connaissons sa position dans le grand livre global. Ainsi, nous avons l’horodatage!

Dans le réseau Bitcoin d’origine, un serveur d’horodatage est utilisé pour attribuer l’heure de création d’une transaction. Le serveur prend simplement le hachage d’un bloc, qui contient de nombreuses transactions, et l’horodate. Ensuite, le hachage de ce bloc est annoncé publiquement.

Un élément clé de ce processus est que le serveur d’horodatage inclut l’horodatage précédent d’un bloc dans son hachage actuel. Ce faisant, le serveur forme une chaîne incassable dans laquelle chaque horodatage renforce la stabilité, la légitimité et la validité du réseau.

Horodatage dans la blockchain via la preuve de travail

La version des serveurs d’horodatage que nous avons dans les réseaux blockchain est ce que nous appelons les systèmes de consensus Proof of Work. Il fonctionne de manière similaire à un serveur d’horodatage normal, sauf qu’il est décentralisé et ne nécessite aucune autorité centrale.

PoW utilise la fonction de hachage cryptographique appelée SHA-256. Le réseau lui-même utilise un nonce pour chaque transaction afin de créer différents hachages à chaque fois, sinon, il produirait constamment le hachage exact à tout moment.

Tous ces processus sont pris en charge par l’acte de minage, un processus par lequel les nœuds de la blockchain résolvent des problèmes «mathématiques» complexes pour vérifier et confirmer les transactions. Une fois leur tâche terminée, le réseau accorde une certaine partie d’un bloc de récompenses minières au nœud, en fonction de sa contribution personnelle au réseau..

De ce fait, chaque nœud reçoit des récompenses proportionnellement à la quantité de puissance matérielle investie dans le réseau. Plus on utilise de puissance de traitement pour prendre en charge le réseau Bitcoin, plus le nombre de pièces qu’il reçoit est élevé.

C’est pourquoi nous avons de gigantesques fermes minières dans le monde entier, remplies de milliers de cartes graphiques dont la puissance de traitement est utilisée pour vérifier les transactions et extraire BTC..

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Résumé rapide

Pour mieux comprendre le fonctionnement de la preuve de travail, résumons brièvement l’ensemble du processus. Après tout, la répétition est la mère de la compétence, et avec les concepts expliqués jusqu’à présent, nous avons appris beaucoup d’informations en un temps incroyablement court..

Quand on parle de réseaux blockchain, on pense à un registre numérique public, décentralisé et distribué à toutes les parties. Si vous envoyez ou recevez un paiement de quelqu’un, la transaction est éternellement enregistrée dans le réseau.

Chaque transaction individuelle est empilée dans un bloc qui peut transporter des milliers de transactions à un moment donné. Une fois que le bloc est prêt à vérifier toutes ces transactions, les mineurs effectueront des tâches incroyablement laborieuses pour confirmer le blocage. Lors de la confirmation, il sera enregistré pour toujours dans le réseau sans aucune chance pour quelqu’un de perturber ou de modifier les informations enregistrées.

La preuve de travail est cruciale pour ce processus car elle empêche la falsification des informations. Cela se fait en horodatant chaque transaction et chaque bloc en fonction de l’heure et de l’ordre de création ou de vérification. Le processus de vérification est effectué via un hachage, une longue chaîne de chiffres.

Les hachages sont utilisés pour confirmer que les données reçues correspondent aux données d’origine. Dans ce cas, les données d’origine se réfèrent à toutes les transactions passées confirmées sur un réseau. Si un bloc n’est pas conforme aux blocs précédents et que les hachages ne correspondent pas, les mineurs ne peuvent pas vérifier les transactions.

Exploitation minière

Maintenant que nous avons résumé ce qu’est le hachage et l’horodatage, jetons un meilleur regard sur l’acte d’exploitation minière. Si un ordinateur devait simplement générer et confirmer des hachages, nous finirions par faire un travail qui peut être effectué en quelques secondes. Pour éviter que cela ne se produise, nous devons mettre le travail dans Proof of Work.

Tous les réseaux blockchain fixent un certain niveau de difficulté qui rend l’exploitation minière laborieuse. Après l’extraction de chaque bloc, environ toutes les 10 minutes, la difficulté est ajustée. La difficulté est fixée par le réseau lui-même, qui établit une sorte de cible pour le hachage. Plus la cible est élevée, plus il est difficile d’exploiter un bloc entier.

La source – Le réglage de la difficulté se fait par le réseau.

Comme nous l’avons mentionné précédemment, les mineurs utilisent des nonces lors du hachage. Ces nonces représentent un entier (un nombre utilisé une fois) qui permet aux mineurs de générer un hachage inférieur à la difficulté cible. Les mineurs ONC découvrent un hachage valide, il est partagé avec l’ensemble du réseau et le bloc de transaction est ajouté au réseau blockchain.

Preuve de travail vs preuve d’enjeu

Outre la preuve de travail, il existe un autre mécanisme de consensus appelé preuve d’enjeu. Les développeurs se disputent actuellement le meilleur mécanisme pour les réseaux blockchain, car chaque modèle offre différents avantages et inconvénients.

Si vous avez entendu parler de Proof of Stake (PoS), vous avez probablement entendu parler Ethereum 2.0 ainsi que. Pour rendre leur réseau plus efficace, évolutif et rentable, les développeurs ont décidé de créer un nouveau réseau pour Ethereum basé sur PoS.

Bien que le concept de PoS remonte à 2011, il n’est mis en œuvre que maintenant. En cas de succès, Ethereum pourrait devenir l’une des premières implémentations plus importantes de Proof of Stake. Mais qu’est-ce que le PoS et en quoi est-il différent du PoW?

Essentiellement, la différence réside dans le fait de savoir qui soutient le réseau. Au lieu de mineurs, PoS utilise des validateurs. Le nouveau réseau est complètement différent de PoW car il ne nécessite aucune exploitation minière et il n’est pas nécessaire de prédire les hachages.

Sur Proof of Stake, le réseau sélectionne au hasard un utilisateur qui doit proposer un blocage. Si le bloc est valide, il reçoit la récompense qui se compose des frais de transaction du bloc. Dans cet esprit, nous pouvons conclure qu’un validateur gagne plus à mesure que les frais de transaction augmentent.

PoS sélectionne l’utilisateur en fonction de plusieurs facteurs qui décident s’il sera celui qui soumettra un bloc. Tout d’abord, un utilisateur doit miser des jetons pour devenir validateur.

Qu’est-ce que le jalonnement? Action de verrouiller les jetons natifs du réseau. Le jalonnement est essentiellement le processus de fourniture de garanties afin d’être éligible pour devenir un participant au réseau. Dans le cas d’Ethereum 2.0, un utilisateur doit déposer 32 ETH.

Pourquoi le jalonnement est-il si important et pourquoi les utilisateurs doivent-ils «payer» pour valider le réseau? Parce que c’est la méthode utilisée pour encourager l’honnêteté et décourager la tricherie. Si un validateur ne fonctionne pas bien ou se comporte malicieusement, le réseau prendra la part du validateur.

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Avouons-le – tout le monde veut des récompenses. Cela pourrait aussi être le plus gros avantage de l’engouement DeFi de cette année.

Le PoS est-il meilleur que le PoW?

Étant donné qu’Ethereum passe du PoW au PoS, il doit certainement y avoir une raison pour laquelle les développeurs migrent maintenant. Cela signifie-t-il que PoS est meilleur que PoW et si oui, pourquoi?

Comme vous l’avez peut-être déjà deviné, PoS élimine la puissance matérielle requise pour vérifier les transactions. En conséquence, le mécanisme est plus respectueux de l’environnement et réduit les coûts d’exploitation d’une ferme minière. Les fermes de Bitcoin consomment beaucoup d’électricité et certains experts estiment que c’est un obstacle car cela contribue à la pollution mondiale.

Dans le cas d’Ethereum 2.0, les développeurs sont également passés au PoS pour une autre raison. Selon le créateur Vitalik Buterin, Proof of Stake rendra le réseau plus décentralisé et plus sécurisé. De plus, le mécanisme de consensus aidera également à réduire les frais et à rendre Ethereum plus évolutif pour ses utilisateurs..

Jusqu’à présent, Bitcoin avec sa conception de preuve de travail est le seul réseau qui a prouvé avec succès qu’il peut fonctionner à grande échelle. Ce que Ethereum peut faire avec un réseau PoS reste à voir, car nous n’avons aucune confirmation quant à savoir si la nouvelle conception fonctionnera réellement ou améliorera le réseau.

Un autre problème avec Proof of Stake est que ces réseaux sont moins sécurisés que PoW. Sans la sécurité apportée par les mineurs, il peut être plus facile de manipuler ou même d’attaquer les réseaux de blockchain PoS.

En gardant à l’esprit les faits susmentionnés, tout ce que nous pouvons faire est d’attendre de voir comment Ethereum 2.0 fonctionne. S’il surpasse Bitcoin en termes d’évolutivité, nous pouvons considérer que le PoS est certainement une meilleure option. Sinon, PoW reste le roi des réseaux blockchain.

Conclusion

La preuve de travail est un mécanisme de consensus utilisé pour lutter contre la double dépense, un problème qui permet aux utilisateurs de dépenser la même crypto-monnaie plus d’une fois. Satoshi Nakamoto a implémenté PoW dans Bitcoin via de nombreux processus, y compris l’extraction, le hachage et l’horodatage.

Tous ces processus combinés permettent au grand livre Bitcoin de rester décentralisé, distribué et public. Outre PoW, nous avons également un nouveau mécanisme de consensus appelé Proof of Stake qui laisse complètement de côté la notion de minage.

Le PoS est-il meilleur que le PoW? En théorie, oui. Cependant, cela doit encore être prouvé dans la pratique à travers un grand réseau de blockchain qui dessert des milliers d’utilisateurs. Ethereum 2.0 est la première tentative sérieuse des développeurs. Il reste à voir si le projet réussit à utiliser PoS. Jusque-là, PoW reste la forme supérieure d’organisation des réseaux blockchain.

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Mike Owergreen Administrator
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