Cardano blockchain protocol: why Proof-of-Stake?

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Dans cet article, nous expliquerons quels protocoles Proof-of-Stake (PoS) comparent leur fonctionnement de base aux protocoles bien connus Proof-of-Work (PoW).

(juin 17, 2020)

Protocoles de preuve de travail (PoW) qui ont actuellement alimenté la plupart des crypto-projets tels que Bitcoin, Ethereum, Litecoin, Dash, etc.
Cela nous aidera à mieux comprendre pourquoi les algorithmes de consensus PoS semblent avoir un avenir meilleur que PoW dans le crypto-écosystème et pourquoi Cardano a décidé de développer son propre protocole sur mesure; Ouroboros .

Notions de base

Bitcoin utilise dénormes quantités dénergie pour sécuriser son réseau.
Mais pourquoi consomme-t-il toute cette énergie et quelles pourraient être les alternatives?

Lexploitation de nouveaux bitcoins et la sécurisation du réseau nécessitent beaucoup de puissance de calcul grâce à son algorithme appelé «Proof-of-Work» (PoW).
Lalgorithme Bitcoin PoW fonctionne en demandant à tous les nœuds du réseau de résoudre le même casse-tête cryptographique.
Les nœuds résolvant le puzzle sont appelés mineurs et le premier à trouver la solution obtient la récompense; une certaine quantité de Bitcoin (s) (nombre décroissant tous les 4 ans après une «réduction de moitié»).

En 2011 a Lutilisateur du forum Bitcointalk appelé QuantumMechanic a proposé une technique quil a appelée «preuve denjeu».
Lidée est de laisser tout le monde utiliser linformatique le pouvoir de rivaliser avec lexploitation minière pour sécuriser le réseau est un gaspillage .
Au lieu de cela, la preuve denjeu utilise un processus délection dans lequel un nœud est choisi au hasard pour valider le bloc suivant.
La preuve denjeu (PoS) na pas de mineurs, mais a plutôt des «validateurs» et ne permet pas aux gens de «miner» les blocs, mais plutôt de «créer» ou de «produire» des blocs.

Les validateurs de blocs ne sont pas choisis de manière complètement aléatoire.
Pour devenir validateur, un nœud doit déposer une certaine quantité de jetons natifs de la blockchain dans le réseau en jeu (qui peut être considéré comme un dépôt de garantie).
Si un nœud est choisi pour valider le bloc suivant, il vérifiera la validité de toutes les transactions au sein du bloc .
Si tout est vérifié out, le nœud se déconnecte du bloc et lajoute à la blockchain; il a produit un nouveau bloc.

En récompense, le nœud reçoit tout ou une partie des frais associés à chaque transaction, cela dépend du PoS protocoles .

La taille de lenjeu détermine les chances dun validateur dêtre choisi pour frapper le bloc suivant. Plus vous avez jalonné de jetons dans le réseau, plus vous avez de chances de produire un nouveau bloc.
Cela peut sembler injuste car cela a tendance à favoriser les entités riches possédant beaucoup de jetons, mais dans les faits, cest plus juste que les protocoles PoW.
En effet, avec PoW, les grandes entités / fermes minières peuvent bénéficier déconomies déchelle.
Le prix quelles paient pour léquipement minier et lélectricité naugmente pas de façon linéaire. Au lieu de cela, plus ils achètent, plus ils peuvent obtenir de meilleurs prix.
Le prix quils paient pour léquipement minier et lélectricité naugmente pas de façon linéaire. Au lieu de cela, plus ils achètent, plus ils peuvent obtenir de meilleurs prix .

Source : 3IQ Research Group
Source: 3IQ Research Group

Consommation dénergie

Les protocoles PoW offrent plus de récompenses pour les mineurs les plus avancés et les mieux équipés. Plus leur taux de hachage (puissance de calcul) est élevé, plus ils ont de chances de créer le bloc suivant et de recevoir la récompense .

Si les mineurs veulent augmenter encore plus leurs chances, ils devraient se rassembler dans ce quon appelle des «pools miniers». Ce faisant, ils combinent leurs taux de hachage et distribuent la récompense uniformément à tout le monde dans le pool.
Cela a conduit à une course où les entreprises structurées ont remplacé les premiers nœuds de bricolage en créant des fermes minières de plus en plus grandes équipées de dispositifs miniers dédiés (tels que comme ASIC).

Selon Digiconomist , les mineurs de Bitcoin utilisent à eux seuls environ 60 TWh délectricité, suffisamment pour alimenter un pays entier comme la Grèce (11 millions dhabitants).

Source: Digiconomiste (Juin 2020)

Les différences entre la preuve de travail et la preuve denjeu sont donc assez importantes.
Preuve denjeu ne laisse pas tout le monde chercher de nouveaux blocs, il ny a donc pas de concurrence entre les validateurs et pas de course à la puissance de calcul. Par conséquent, il utilise considérablement moins dénergie.
À titre dexemple et selon Charles Hoskinson, PDG dIOHK, lensemble de la chaîne Cardano Blockchain pourrait être alimenté en utilisant seulement 10 kW (puissance nécessaire pour quelques maisons) qui diminuerait la consommation dénergie dun million de fois par rapport à la blockchain Bitcoin.

Décentralisation

Comme nous lavons vu ci-dessus, avec des protocoles de preuve de travail, nous avons ce quon appelle des fermes minières dans lesquelles les mineurs sassocient pour augmenter leurs chances de produire de nouveaux blocs et ainsi de collecter des récompenses.
À lheure actuelle, ces pools contrôlent de grandes parties de la blockchain bitcoin. Cela signifie quils centralisent en quelque sorte le processus dextraction et cest dangereux.
Si les plus grandes fermes minières fusionnaient, elles auraient une participation majoritaire dans le réseau et pourraient commencer à approuver les frauduleux transactions . La blockchain associée perdrait instantanément toute sa crédibilité et serait abandonnée.

Mettre en place un nœud, et devenir un validateur, dans une blockchain basée sur la preuve denjeu est beaucoup moins cher quune preuve- de travail.
Les personnes intéressées nont pas besoin dun investissement énorme dans des équipements miniers coûteux et donc la preuve denjeu encourage davantage de personnes à mettre en place un nœud, ce qui rend le réseau plus décentralisé et également plus sécurisé.

Pour résumer: les protocoles de preuve de travail poussent les mineurs à utiliser dénormes quantités dénergie et encouragent lutilisation de pools de minage, ce qui rend la blockchain plus centralisée au lieu de son objectif initial de décentralisation.

Les protocoles PoS ont tendance à être plus équitables que les protocoles PoW, évitant intrinsèquement les grands conglomérats. En plus de cela, chaque protocole PoS (tel que Cardano avec son Le paramètre de saturation du pool ) pourrait ajouter des règles complémentaires pour atténuer la prédominance des validateurs ayant trop dinfluence sur le réseau.
Lobjectif principal est toujours le même, atteindre la décentralisation.

Évolutivité

Les protocoles PoW se sont avérés avoir une faiblesse majeure en évitant une adoption massive et une utilité en tant que système de paiement mondial: lévolutivité.

Lévolutivité elle-même consiste en trois problèmes principaux qui doivent être résolus:
– transactions par seconde,
– bande passante réseau,
– stockage.

Les transactions par seconde sont les plus évidentes, et nous nous concentrerons ici uniquement sur cet aspect.
Le principe de base est simple : pour quune crypto-monnaie devienne un système de paiement global, vous devez être en mesure pour gérer un grand nombre de transactions par seconde .

À titre de comparaison, lorsque le système Visa peut effectuer jusquà 5000 transactions par seconde (TPS). Bitcoin nautorise que 7 TPS.

Au cours de la «crypto-pompe» de fin 2017, une énorme augmentation des volumes de transactions Bitcoin a montré la faiblesse du protocole, il a fallu des jours pour quune transaction soit validée et insérée dans le blockchain. Le potentiel dadoption de Bitcoin est actuellement limité par son évolutivité.

Certains projets ont développé des protocoles (tels que Ouroboros de Cardano) qui résout ce problème en adoptant PoS au lieu de PoW.
Comme nous lavons vu, le protocole Cardano PoS fait pas permettre à tout le monde de rivaliser en produisant de nouveaux blocs. Au lieu de cela, le réseau choisit quelques nœuds pour frapper les blocs suivants; ces nœuds sont appelés «chefs de file».
Pour que tout cela fonctionne, Cardano divise le temps en époques et celles-ci en créneaux.
Les créneaux horaires sont définis comme une courte période pendant laquelle un bloc peut être créé.
Le réseau élit ensuite un leader de slot pour chaque slot, et cest le seul qui peut produire le bloc pour cet slot particulier.
Les leaders de slot écoutent les nouvelles transactions, les vérifient, puis les place dans un nouveau bloc .
Cette technique rend Cardano hautement évolutif car le protocole peut augmenter le nombre demplacements par époque et, en plus, peut exécuter plusieurs époques en parallèle si nécessaire.

Le directeur du Blockchain Laboratory de lUniversité dÉdimbourg, Aggelos Kiayias, déclare que Cardano évolutivité protocole, Ouroboros Hydra , permettrait un nombre presque infini de transactions par seconde ce qui briserait le principal obstacle actuel à ladoption massive de la crypto.

51\% dattaques

Un autre problème peut survenir dans un système de blockchain si lon achète, possède ou contrôle la plupart des jetons et les miser dans le réseau. Il peut alors le manipuler efficacement en autorisant et en approuvant de fausses transactions.
Ceci est appelé lattaque à 51\% et est également discuté comme un point faible des algorithmes PoW.

Si un seul mineur ou un groupe de mineurs peut obtenir 51\% de la puissance de hachage, ils peuvent contrôler et manipuler efficacement la blockchain.

Preuve- de mise, dautre part, pourrait rendre cette attaque très improbable, mais cela dépend de la valeur globale dune crypto-monnaie.
Comme en juin 2020, si Bitcoin passait au PoS, lacquisition de 51\% de toutes les pièces coûterait plus cher plus de 85 milliards de dollars. Ainsi, lattaque à 51\% est moins susceptible de se produire avec PoS.
En attendant, la détention de 51\% des ada coûterait «seulement» plus dun milliard de dollars… Cela laisse les jeunes projets PoS particulièrement faibles dans leurs premières phases de développement.

Comment Cardano aborde ces problèmes?

En bref: le consensus de preuve de participation aborde certains problèmes par rapport à la preuve de travail, mais comporte également des risques supplémentaires qui doivent être évalués , compris et atténué.

Depuis le début, les équipes de Cardano ont travaillé dans cette direction pour approuver les principaux problèmes identifiés lors de lexécution dun protocole PoS et pour les surmonter.
Pour ce faire, Cardano a utilisé une approche différente des autres projets de crypto-monnaie car il est construit autour darticles évalués par des pairs . En dautres termes, une approche académique.

Ainsi, au lieu décrire un livre blanc et de limplémenter directement dans le code, léquipe Cardano sassure que les experts du monde entier monde a lu leurs articles, les a améliorés et est daccord avec le résultat . Cela garantit la qualité et la robustesse du protocole mais prend également beaucoup de temps et est lié à la balise «toujours retardée» qui colle avec le projet Cardano.

Au cours des différentes phases de test, les équipes de développement ont mis en œuvre leurs recherches et sest avéré capable de résoudre la plupart des problèmes soulevés ci-dessus.
Pour la sortie de Shelley (été 2020), la plupart des paramètres ont été testés et déterminés afin dapporter le plus de sécurité possible au réseau.
De plus tous ces paramètres sont modulables dans le temps et donneront au protocole toute lautonomie nécessaire à son évolution et à son adaptation aux besoins futurs: décentralisation, sécurité, sobriété et évolutivité .

Preuve de lAfrique [POA] est un pilote d’adoption africain alimenté par un pieu .

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