Introduction

Proof-of-Stake (PoS) est un mécanisme de consensus cryptographique pour le traitement des transactions et la création de nouveaux blocs dans une blockchain. Les participants mettent en jeu des jetons pour devenir des nœuds. Un nœud a la possibilité de devenir un validateur qui vérifie les transactions et reçoit des récompenses en fonction du montant des jetons mis en jeu.
Toutes les transactions sur une blockchain sont enregistrées dans une base de données appelée "Distributed Ledger" (DLT), qui est écrite et répliquée par plusieurs nœuds. Pour garantir que toutes les données du grand livre sont correctes, un mécanisme de consensus est nécessaire pour empêcher la falsification malveillante des données.
La preuve d'enjeu est privilégiée par de nombreux projets de blockchain ces dernières années. Elle élimine le besoin de matériel et la consommation d'énergie qui existent dans la preuve de travail (PoW) tout en sécurisant la blockchain en obligeant les validateurs à miser une certaine quantité de jetons.

Qu'est-ce qu'un mécanisme de consensus ?

Un mécanisme de consensus est une méthode permettant à tous les participants d'un système distribué de parvenir à un consensus sur une source d'information unique. Un système centralisé n'a pas besoin d'un mécanisme de consensus car la validité ou non d'une donnée est uniquement déterminée par l'entité en charge. Par exemple, dans une base de données centralisée, seul l'administrateur a le droit d'ajouter, de supprimer et de modifier des données, et les utilisateurs qui interrogent la base de données reçoivent passivement les informations de l'administrateur.
Un système distribué repose sur la coopération d'un grand nombre d'entités autonomes (nœuds) pour maintenir le réseau, et l'authenticité des informations est vérifiée conjointement par tous. En revanche, tout nœud peut créer de nouveaux enregistrements de bloc et vérifier les transactions dans un réseau de blockchain. Cependant, les informations provenant de différents nœuds peuvent être contradictoires en raison de défaillances de dispositifs, de la latence du réseau, d'attaques, etc. Par conséquent, un mécanisme de consensus est nécessaire pour rendre les enregistrements de données cohérents.
Dans le développement de la blockchain, le mécanisme de consensus adopté le plus tôt est la preuve de travail (PoW), où la validité des données est avalisée par la plus grande puissance de calcul du processeur. En raison de son coût énergétique, la Proof-of-Stake (PoS) a été créée comme alternative. Dans le cadre du PoS, la validité des données est avalisée par les validateurs qui misent le plus de jetons, ce qui permet à différents nœuds du réseau de parvenir à un consensus.

Qu'est-ce que le PdS ?

L'idée de la preuve d'enjeu a été proposée pour la première fois en 2011 sur Bitcointalk par un membre nommé QuantumMechanic, et a ensuite été conceptualisée avec l'aide d'autres membres, dont Scott Nadal et Sunny King.
Sur une blockchain PoW, les transactions sont vérifiées par des nœuds (également appelés "mineurs") qui fournissent une puissance de calcul pour résoudre des problèmes mathématiques complexes afin de vérifier une transaction et d'obtenir des récompenses pour les nouveaux blocs. Dans un réseau PoS, les nœuds du réseau (également appelés "valideurs") fournissent des dépôts de cryptocurrency comme garantie. Plus le nœud dispose de garanties, plus il a de chances d'obtenir des droits comptables et des récompenses de bloc.
Afin d'empêcher les validateurs ayant les collatéraux les plus élevés de devenir un nœud fixe pour la création de nouveaux blocs, d'autres paramètres sont également pris en compte pour sélectionner les validateurs, tels que le nombre de jetons mis en jeu, l'âge des pièces et la sélection aléatoire des blocs. L'âge des pièces fait référence au temps écoulé depuis que les jetons ont été mis en jeu (la dernière fois que le validateur a créé un bloc). Les validateurs dont l'âge de la pièce est plus élevé ont plus de chances d'être sélectionnés pour créer de nouveaux blocs. Le paramètre de l'âge des pièces permet aux nœuds ayant des collatéraux plus faibles de créer de nouveaux blocs et d'obtenir des récompenses.
En général, le système de preuve d'acceptation (PoS) fonctionne comme suit :

1. Les transactions qui doivent encore être vérifiées seront traitées par les noeuds. Ces transactions en attente sont toujours stockées dans un pool qui attend d'être traité par les validateurs qui ont misé des cryptocurrencies.
2. L'algorithme sélectionne un validateur pour créer un nouveau bloc en fonction de certains paramètres, tels que le nombre de jetons mis en jeu, l'âge des pièces, la sélection aléatoire des blocs, etc.
3. Après que le validateur sélectionné ait vérifié ces transactions en attente, un nouveau bloc est créé et ces transactions peuvent être emballées.
4. Les autres nœuds non sélectionnés confirment que le nouveau bloc est valide.
5. Une fois que les transactions du nouveau bloc sont vérifiées par les autres nœuds, le nouveau bloc sera ajouté au réseau blockchain. Inversement, le nouveau bloc ne sera pas ajouté s'il présente une transaction invalide.
6. Lorsqu'un nouveau bloc est ajouté, le validateur peut récupérer les jetons mis en jeu et obtenir la récompense du bloc. Si l'algorithme de sélection des validateurs prend en compte l'âge des pièces, l'âge des pièces de ce validateur sera alors remis à 0. Si l'ajout d'un nouveau bloc est refusé, les jetons mis en jeu par le validateur peuvent être supprimés à titre de pénalité.
   
   Source : coinsentinel.io

Les avantages du PoS

Le PoS est considéré par beaucoup comme un meilleur mécanisme de consensus que le PoW pour les raisons suivantes :

1. Pas besoin d'équipement coûteux
   Il est plus facile pour le grand public de participer à des blockchains PoS qu'à des blockchains PoW car même des PC ordinaires peuvent être utilisés comme nœuds PoS, alors que sous PoW, des ordinateurs spécialisés dotés d'une grande puissance de calcul sont indispensables.

2. Efficacité énergétique
   La blockchain Proof-of-stake ne nécessite pas beaucoup d'énergie. Dans un réseau de preuve de travail, les mineurs doivent rivaliser les uns avec les autres pour être les premiers à découvrir de nouveaux blocs, une grande quantité d'énergie est nécessaire pendant la compétition apportée par le hachage.

3. Haute évolutivité
   Le coût du matériel et de l'énergie est la principale limite des blockchains PoW en matière d'évolutivité. Le coût des équipements supplémentaires et de la consommation d'énergie augmentera de manière exponentielle à mesure que le réseau évoluera. Les blockchains de preuve d'enjeu éliminent efficacement ce problème .

4. Convivial pour les personnes qui ne sont pas férues de technologie
   Mining requiert une expertise considérable. Par conséquent, la preuve de travail est plutôt destinée aux institutions et aux professionnels. Cependant, même les appareils personnels ordinaires peuvent fonctionner comme des nœuds sous PoS.

5. Plus décentralisé
   La preuve d'enjeu garantit que tous les nœuds, quel que soit leur nombre d'enjeux, sont en mesure de participer efficacement au réseau blockchain grâce à des algorithmes. Cependant, dans le cadre du PoW, la plupart de la génération des blocs, de la vérification des transactions et de l'attribution des récompenses sont monopolisées par les pools miniers, et les petits nœuds peuvent à peine leur faire concurrence. La preuve d'acceptation est un meilleur choix sur les marchés à longue traîne.

6. Plus écologique
   Les blockchains PoS sont plus écologiques que les blockchains PoW car elles ne s'accompagnent pas d'une énorme consommation d'énergie ou d'une concurrence informatique intensive, ce qui a moins d'impact négatif sur l'environnement.

Le PdS est-il sécurisé ?

Quel que soit le mécanisme de consensus utilisé, outre l'efficacité des nœuds à atteindre un consensus, la sécurité reste l'une des considérations les plus importantes dans un réseauSans quoi, le réseau pourrait être paralysé par des attaques malveillantes.
Dans les réseaux PoW, le consensus est atteint grâce à la puissance de calcul. Si vous pouvez contrôler plus de 51 % de la puissance de calcul au sein d'un réseau blockchain, vous avez le contrôle dominant de l'ensemble du réseau. Les attaquants sont en mesure d'obtenir des bénéfices par le biais d'une double dépense, en refusant ou en modifiant les enregistrements des transactions, ou en empêchant les autres de miner. C'est ce qu'on appelle l'attaque des 51 %.
Cependant, à mesure que l'échelle de la blockchain proof-of-work s'étend, la probabilité d'une attaque de 51 % diminue. Pour mettre en œuvre une attaque de 51 %, une grande quantité d'équipements miniers est nécessaire pour fournir la puissance de calcul et les coûts énergétiques seront élevés. Si la récompense pour une attaque réussie est inférieure au coût de mise en œuvre de l'attaque, l'attaque à 51 % deviendra irréalisable à cet égard. Si l'on prend l'exemple du bitcoin, il n'y a jamais eu d'attaque à 51 % en plus d'une décennie depuis la création du bloc de genèse. Ce sont les nœuds miniers Bitcoin à travers le monde qui fournissent une grande puissance de calcul CPU qui assurent la sécurité du réseau Bitcoin.
Il convient de noter que les réseaux de preuve d'enjeu peuvent également souffrir de l'attaque des 51%. Tant qu'un nœud malveillant obtient plus de la moitié du nombre total de jetons mis en jeu, il prend le contrôle du réseau blockchain et peut falsifier des blocs et des enregistrements de transactions. En d'autres termes, un attaquant peut lancer une attaque en acquérant un grand nombre de jetons.
Cependant, une telle attaque n'est pas pratique. L'action d'acquérir un grand nombre de jetons fera grimper le prix en raison de la demande accrue. Et une attaque aura un impact important sur le réseau de la blockchain et provoquera une panique chez les utilisateurs, ce qui entraînera une chute des prix. Par conséquent, le coût d'acquisition des jetons sera bien supérieur aux bénéfices que vous pourriez tirer d'une attaque.
Une méthode plus possible pour attaquer le mécanisme de consensus de preuve d'enjeu est de s'associer à d'autres nœuds pour contrôler plus de 51% du nombre total de jetons mis en jeu . Cette méthode est une alternative pour atteindre l'objectif de contrôle du réseau sans coûts prohibitifs.
Afin d'empêcher les nœuds de s'entendre entre eux, la blockchain proof-of-stake introduit des pénalités. Si de faux blocs et de fausses transactions sont signalés par d'autres validateurs, le nœud attaqué peut perdre une partie, voire la totalité, de ses jetons mis en jeu. Cela résout le problème de Nothing at Stake des précédents nœuds PoS et rend la collusion entre validateurs plus difficile car il est difficile de déterminer si les autres nœuds sont prêts à prendre le risque de pertes.
Tant que la valeur des jetons misés est supérieure aux récompenses, alors les pertes causées par la tricherie seront plus importantes que les récompenses apportées par une opération honnête. Compte tenu de cela, les nœuds préfèrent opérer de manière honnête, ce qui garantit la sécurité des réseaux blockchain PoS. Par conséquent, une attaque de 51 % est presque impossible à réaliser, surtout dans les cryptocurrences dont la capitalisation boursière est plus élevée.

Quels sont les problèmes potentiels du PDS ?

Malgré les avantages du mécanisme de consensus PoS, il présente également quelques problèmes potentiels. On reproche souvent à la PdS de rendre les riches plus riches et les pauvres plus pauvres. Les nœuds qui misent une plus grande quantité de jetons auront plus de chances de créer des blocs pour obtenir des récompenses. Cela fait que les validateurs détiennent un grand nombre de jetons pour s'enrichir, ce qui exacerbe l'inégalité des richesses.
Toutefois, les partisans de la PdS estiment que, sur tous les marchés de capitaux, les riches sont dotés d'un avantage concurrentiel plus important. Même avec le mécanisme de consensus PoW, les mêmes problèmes existent. Par rapport au réseau PoW qui impose des exigences plus élevées pour participer, le PoS, qui profite à tous, s'avère être une meilleure solution.
Un autre problème courant est l'approvisionnement imprévisible en jetons, car le nombre de nœuds incapables de miser peut changer, ce qui entraîne des problèmes supplémentaires. Par exemple, lorsque le prix du marché des jetons ne cesse de chuter, les récompenses des nœuds mis en gage peuvent ne pas être en mesure de compenser la perte liée à leur détention, ce qui incite un grand nombre de nœuds à se désengager et à vendre les jetons, mettant ainsi en danger la sécurité du réseau blockchain.
En outre, si le nombre de nœuds de jalonnement augmente de manière significative, cela peut provoquer une pénurie de l'offre de jetons et faire monter le prix, ce qui est une tactique de manipulation des prix souvent utilisée par des équipes de développement malveillantes avant de vendre leurs avoirs. En comparaison, le mécanisme PoW fournit un approvisionnement en jetons plus stable et est moins susceptible de souffrir de problèmes similaires.

Quels sont les autres mécanismes de consensus en dehors du PoS et du PoW ?

La preuve de travail et la preuve d'enjeu sont les deux mécanismes de consensus les plus populaires dans les réseaux distribués, mais ce ne sont pas les seuls. Après plus de dix ans de développement, la technologie blockchain a vu de nombreux mécanismes de consensus inédits être proposés. Voici une brève introduction :

1. Preuve d'espace
   Dans le cadre de l'algorithme de consensus Preuve d'espace, les nœuds du réseau doivent disposer d'un espace de stockage sur disque dur considérable avant d'être qualifiés pour vérifier les transactions et obtenir des récompenses. Les vérificateurs mettront au défi les nœuds qui fournissent le stockage afin de s'assurer que les nœuds continuent à fournir le stockage. Le réseau Chia est un exemple qui adopte cet algorithme.
   
   source : Réseau Chia

2. Preuve d'autorité (PoA)
   Dans le cadre de l'algorithme de consensus de la preuve d'autorité, les nœuds du réseau ne mettent pas en jeu des jetons, mais leur propre réputation pour être qualifiés pour valider les transactions. Les validateurs doivent divulguer leurs informations d'identité avant de participer. Cela réduit le risque de sélectionner des validateurs douteux et encourage la participation à long terme. Un exemple de l'algorithme PoA est VeChain.

3. Delegated Proof of Stake (DPoS)
   DPoS est une avancée du concept fondamental de proof-of-stake dans lequel les détenteurs de jetons confient leurs jetons comme votes à des témoins. Ces témoins ont différents niveaux de réputation en fonction du nombre de jetons confiés. Les témoins sélectionnés sont considérés comme les plus fiables et ont le droit de créer des blocs en vérifiant les transactions. Un exemple qui adopte le DPoS est EOS.

Conclusion

L'algorithme Proof-of-Stake est généralement considéré comme une évolution de Proof-of-Work. Les utilisateurs de PoS peuvent miser leurs jetons pour devenir des validateurs et créer de nouveaux blocs pour obtenir des récompenses. Ils peuvent également coopérer avec d'autres nœuds pour vérifier conjointement les transactions et sécuriser la blockchain.
La preuve d'échange élimine l'exploitation minière à forte intensité de capital et consommatrice d'énergie, et est plus accessible aux utilisateurs normaux. Elle est considérée comme un mécanisme de consensus à la fois écologique et décentralisé. La méthode Proof-of-Stake surpasse également la méthode Proof-of-Work en termes d'évolutivité. Actuellement, Proof-of-Stake a été adopté par de plus en plus de blockchains, comme Cardano, Tezos, Avalanche et GateChain.
Ethereum, la deuxième plus grande blockchain en termes de capitalisation boursière, va passer de PoW à PoS dans ses mises à niveau ETH 2.0, qui devraient s'achever en septembre 2022. Bien que les nœuds fonctionnant avec ETH 2.0 doivent miser au moins 32 ETH, la transition sans précédent du mécanisme de consensus démontre que Proof-of-Stake est bien l'avenir de la technologie blockchain.
Si le PoS semble avoir résolu de nombreux problèmes rencontrés par le PoW, il s'agit encore d'une nouvelle technologie. Il faut du temps pour détecter s'il existe d'autres problèmes et défauts inconnus.