Preuve de travail (Proof of work)

La Preuve de Travail (Proof of Work en anglais) est le protocole de consensus de validation le plus ancien et l’un des plus utilisés dans la technologie blockchain, notamment par Bitcoin. Il est utilisé pour dans la création de nouveaux blocs d’une blockchain.

Par définition, la Preuve de Travail (PoW) permet de démontrer que les validateurs ont dépensé de l’énergie pour réaliser leur tâche.

Elle est souvent mise en opposition à la Preuve d'Enjeu, qui contrairement à PoW, demande aux validateurs du réseau de montrer leur intérêt à le sécuriser.

Quel est le principe de la Preuve de Travail et comment fonctionne-t-elle ? Quels sont ses avantages et les controverses qui lui sont liés ?

Sommaire :

• Le principe de la Preuve de Travail
• Comment le PoW a-t-il été créée ?
• Quels sont ses avantages ?
• Les limites du consensus de Preuve de Travail

Le principe de la Preuve de Travail

Tout d’abord, le consensus de Preuve de Travail est un ensemble de règles qui vont permettre de valider les transactions, miner de nouveaux jetons, sécuriser le réseau et le faire évoluer. Les mineurs sont les acteurs en charge de ces tâches. Ils sont indépendants les uns des autres.

Ce protocole est à l’origine du fonctionnement de la reine des cryptomonnaies : Bitcoin.

Comme son nom l’indique, la Preuve de Travail demande aux mineurs et à leurs matériels informatiques de prouver la quantité d’énergie qu’ils ont dépensée pour réaliser leurs tâches.

Dans les faits, la puissance de calcul est nécessaire pour résoudre des problèmes mathématiques complexes qui vont permettre de vérifier, sécuriser et sceller le dernier bloc. Le mineur capable de résoudre ce problème le premier se verra confier l’écriture du prochain bloc.

Aujourd’hui, une grande majorité des calculs utilise la fonction de hachage appelée SHA-256. Cet algorithme définit la puissance de calcul du matériel informatique nécessaire au minage. Une fois la fonction terminée, on obtient ce que l’on appelle une empreinte qui permettra de sceller le bloc.

Voici un exemple d’empreinte obtenue grâce à la fonction SHA-256 : « 0000abebe9c6554c85176b8e9f9f3f4ed9b7e8dc856a7b5cb9177bf7b22e1871 »

Comme toutes les fonctions de hachage, elle est à sens unique. Ceci implique qu’il est théoriquement impossible de déduire le message ou les informations à partir de son empreinte et donc de modifier ces informations.

Pour arriver au résultat final, le processus demande de nombreux essais aux mineurs. Ainsi, plus leur matériel est puissant, plus ils pourront lancer de tentatives.

Une fois terminé le bloc est ajouté à la chaîne et un nouveau bloc est mis en jeu.

Il arrive parfois que deux blocs soient trouvés en même temps. La chaîne se divise alors en deux. Cependant, ce consensus est ainsi conçu pour préférer la chaîne la plus longue. La plus petite se terminera et sera abandonnée.

Ce système offre des récompenses aux mineurs performants. Plus ils mettent en jeu de la puissance de calcul, plus ils sont susceptibles de trouver la solution. Le premier à y arriver obtient des récompenses, la plupart du temps ils reçoivent les tokens natifs de la blockchain en question.

A titre d’exemple, la blockchain Bitcoin offrait 50 BTC par bloc à son lancement. Tous les 4 ans, Bitcoin réduit de moitié ses récompenses. Ce processus prendra fin lorsque les récompenses ne seront plus divisibles, c’est à dire lorsque la récompense atteindra 1 Satoshi, la plus petite subdivision du Bitcoin soit 0,00000001 BTC.

Comment le PoW a-t-il été créée ?

Contrairement à ce que l’on pourrait croire, le concept n’est pas récent et n’a pas été conçu initialement pour les cryptomonnaies.

En 1992, Cynthia Dwork et Moni Naor ont imaginé ce concept pour réduire les abus de services comme les spams et les mails indésirables. Tous les deux ont publié « Tarification par traitement ou lutte contre le spam », un essai qui pose les grands principes de la preuve de travail pour lutter contre les spams.

1997 marque la naissance du HashCash créé par Adam Back. Il repense les travaux de Dwork et Naor en imputant un coût non monétaire à l’envoi de chaque mail par le biais de calculs mathématiques.

Ce n’est cependant qu’en 1999 que le terme « Preuve de Travail » apparait réellement avec l’établissement d’un protocole par Markus Jacobson et Ari Juels. Ils introduisent la dimension de couches sécurités.

Jusque là, la Preuve de Travail ne s’applique que dans la sphère de la messagerie internet. C’est que le 31 octobre 2008 qu’un certain Satoshi Nakamoto publie Bitcoin : système de paiement électronique peer-to-peer. Il y établit les grands principes de Bitcoin et utilisant les travaux de Dwork et Naor pour définir les règles de fonctionnement du réseau.

Quels sont ses avantages ?

La Preuve de Travail a séduit beaucoup de grandes blockchains. Initialement, Bitcoin et Ethereum, les deux mastodontes de la cryptosphère ont tous les deux intégré ce consensus dans leur fonctionnement.

En effet, ce fonctionnement offre une sécurité et une transparence inégalée.

Tout d’abord, la sécurité. Plus le réseau accueille de mineurs et plus il sera sécurisé. Il permet en effet de lutter contre les attaques des 51%. Ce type d’attaque est possible sur les réseaux où le nombre de mineurs est faible et où les assaillants ont les capacités de posséder au moins 51% de la puissance de calcul du réseau pour troubler le réseau. Ceci est évidemment très difficile sur des réseau à preuve de travail.

Ensuite, et c’est le cœur même du consensus, le PoW est très résistant aux attaques de dites « de déni de service« . En effet, dans le cas où un ou plusieurs mineurs ne rempliraient pas leurs tâches, ils perdraient toutes leurs chances d’être récompensés.

Enfin, la transparence. Les blockchains à Preuve de Travail sont dites « objectives ». Elles ne sont soumises à aucune force supérieure et sont infalsifiables. Toute personne peut, si elle le souhaite, vérifier toutes les informations et les transactions qui ont été effectuées sur la chaîne depuis le commencement à aujourd’hui.

Du côté des mineurs, cette preuve de travail leur offre la liberté de commencer ou arrêter leur contribution lorsqu’ils le décident. Ils n’ont aucun engagement ou aucun délai à respecter.

Les limites du consensus de Preuve de Travail

Ce consensus est source de débat dans la cryptosphère. A tel point que certains n’hésitent pas à boycotter les blockchains reposant sur ce principe.

En effet, la demande en énergie est telle que l’aspect écologique des projets PoW fait débat.

C’est d’ailleurs pourquoi de beaucoup de nouveaux projets cryptographiques utilisent d’autres consensus. D’autres migrent vers un nouveau système de fonctionnement comme Ethereum. Enfin, certains, comme Ravencoin, modifient les règles de la preuve de travail pour devenir moins énergivore.

Aussi, même si en théorie le minage PoW est ouvert à tous, il n’en reste pas moins qu’un équipement à la pointe de la technologie est nécessaire pour cette activité. La Preuve de Travail pousse certains mineurs à se regrouper en coopérative, créant de vraies fermes de minage.

Cela entraine des coûts très élevés en terme de matériel mais aussi en terme d’énergie.

En outre, la rapidité du protocole est un vrai élément limitant pour les blockchains utilisant le PoW. En effet, le temps de latence est très important.

A ce jour, Bitcoin, malgré sa puissance sur le marché, reste l’une des plus lente en terme de transactions par seconde (TPS). En effet, elle affiche 7 TPS quand d’autres peuvent largement dépasser les 100 TPS en utilisant d’autres modes de fonctionnement.

Enfin, comme dit plus haut, les récompenses diminuent avec le temps. La rentabilité des mineurs diminuent également avec le temps ce qui rend ces blockchains de moins en moins attractives.

À lire aussi :

Proof of Stake définition