Qu’est-ce que le consensus de Nakamoto? Guide du débutant complet

Qu'est-ce que le consensus de Nakamoto

Les algorithmes de consensus sont essentiels pour vérifier l’authenticité des plateformes de chaînes de blocs distribuées et sont le processus de construction d’un accord entre un réseau de participants se méfiant mutuellement..

Créé par Satoshi Nakamoto pour Bitcoin, Nakamoto Consensus fait référence à l’ensemble de règles, en conjonction avec le modèle de consensus Proof of Work dans le réseau, qui régissent le mécanisme de consensus et garantissent son caractère sans confiance. Ce faisant, Bitcoin est devenu le premier réseau Peer to Peer (P2P) ouvert et distribué Byzantine Fault Tolerant (BFT) qui utilise un réseau distribué de nœuds anonymes qui sont libres de rejoindre et de quitter le réseau à volonté..

Tolérance aux pannes byzantines (BFT)

Tolérance aux pannes byzantines est la capacité d’un réseau informatique distribué à rester tolérant aux pannes avec un consensus valide malgré des informations imparfaites ou des composants défectueux du réseau. Avant Bitcoin, le seul moyen de maintenir un réseau BFT, P2P était d’utiliser un groupe de nœuds fermés ou semi-fermés. De plus, les algorithmes BFT traditionnels tels que Practical Byzantine Fault Tolerance (pBFT) utilisent une méthode de sélection de nœuds différente de celle actuellement utilisée dans Nakamoto Consensus..

Le maintien de BFT dans un réseau ouvert et distribué comme un réseau aussi grand que Bitcoin nécessite l’utilisation d’un ensemble de règles spécifiques qui reposent à la fois sur la cryptographie et la mécanique de la théorie des jeux afin de créer l’environnement sans confiance nécessaire pour faciliter le consensus décentralisé à travers un réseau de transfert de valeur.

Dans les systèmes pBFT, le modèle de consensus ne fonctionne que dans de petits groupes de nœuds fermés (~ 50) où une surcharge de communication importante empêche ces modèles de consensus de fonctionner à grande échelle. Pour parvenir à un consensus dans des systèmes comportant des défauts arbitraires, il faut généralement un système de vote spécifique pour aider à atteindre un consensus. En ce qui concerne les plates-formes de crypto-monnaie utilisant des modèles de consensus pBFT, ce mécanisme de vote est basé sur un système de nœuds «leaders» rotatifs dans un format de style round-robin. Le système étant constitué d’un réseau de nœuds fermés limités, il est trivial pour ces nœuds de communiquer efficacement entre eux et de déterminer qui est le «leader» qui propose chaque nouveau bloc..

Tolérance aux pannes byzantine pratique

En savoir plus sur Tolérance aux pannes byzantine pratique

Si le chef agit de manière malveillante, ils peuvent être retirés par un vote majoritaire des nœuds. Cependant, cela n’évolue clairement pas bien dans un système tel que Bitcoin où le consensus sur l’état complet de la blockchain et la validité de toutes ses transactions est distribué à des milliers de nœuds à travers le monde qui se connectent et se déconnectent continuellement du réseau. De plus, il doit y avoir un coût inhérent à la participation à ce système de consensus pour décourager les participants d’agir de manière malveillante.

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Ainsi, pour que Bitcoin fonctionne comme un réseau P2P byzantin tolérant aux pannes, il a introduit un algorithme de consensus de minage PoW associé à un ensemble spécifique de règles qui régissent le mécanisme afin de parvenir à un consensus sans confiance sur le réseau. C’est ce que l’on appelle le consensus classique de Nakamoto.

Comment fonctionne le consensus de Nakamoto?

Le consensus de Nakamoto peut être divisé en 4 parties environ.

  • Preuve de travail (PoW)
  • Sélection de bloc
  • Rareté
  • Structure d’incitation

La combinaison et l’harmonisation de ces 4 composants de Bitcoin lui permettent de devenir le réseau distribué de transfert de valeur qu’il est. Il fonctionne avec un consensus sans confiance et restera sécurisé tant que la majorité du pouvoir contribuant au processus minier sera entre les mains de mineurs honnêtes, comme vous le verrez ensuite..

Preuve de travail

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Dans l’ensemble, le moteur le plus important qui conduit au consensus dans Bitcoin est le protocole de consensus Proof of Work. Fondamentalement, les mineurs utilisent un nœud complet spécifique pour concourir dans des blocs miniers afin de gagner la récompense de bloc qui est émise pour chaque bloc extrait et validé avec succès. Le coût de ce processus d’extraction est l’électricité, qui a une valeur financière mondiale réelle, donnant ainsi au BTC émis pour chaque bloc extrait une valeur inhérente..

Extraction de Bitcoin

En savoir plus sur Bitcoin Mining

PoW en Bitcoin est conçu pour éviter les doubles dépenses. Bien que le schéma de signature numérique dans le modèle UTXO assure la propriété vérifiable des sorties de transaction à dépenser, il ne permet pas d’éviter les doubles dépenses. La blockchain est une chaîne de blocs de données horodatés contenant des transactions avec chaque bloc haché sur le précédent. Cela garantit l’immuabilité de la blockchain, mais comment savoir si la chaîne sur laquelle vous vous trouvez est la bonne chaîne? C’est là que PoW entre en jeu.

La contribution à l’exploitation minière est basée sur la puissance de calcul, plus vous avez de puissance dans le réseau, plus vous avez de chances d’exploiter un bloc. Cependant, le processus est stochastique, il s’agit donc essentiellement d’une loterie avec une chance aléatoire de savoir qui gagnera, il est donc impossible de savoir qui gagnera le prochain tour et le coût de participation continuera d’augmenter. En raison de ce modèle, la chaîne la plus longue est considérée comme la chaîne valide car elle provient du plus grand pool de puissance de calcul. Les règles de validation garantissent que les blocs proposés ont le travail de calcul requis pour être acceptés. De plus, tant que la chaîne la plus longue et la majorité de la puissance de hachage du réseau sont contrôlées par des nœuds honnêtes, la chaîne honnête développera les chaînes concurrentes les plus rapides et devancera..

Le résultat de ce système est qu’une fois le puzzle cryptographique du tour de minage résolu, un mineur propose le bloc au réseau, le réseau valide le bloc si toutes les transactions dans le bloc ne sont pas dépensées deux fois et le bloc est ajouté à la plus longue chaîne. Avec un réseau distribué massif comme celui de Bitcoin, le coût d’attaque du réseau via une attaque à 51% est énorme et ne fait qu’augmenter à mesure que le réseau continue de croître.

Calculateur d'attaque à 51%

Calculateur d’attaque à 51%

Sélection de bloc

Le processus de sélection de bloc utilisé par Nakamoto Consensus est l’un des éléments clés qui le différencie des autres modèles de consensus. Étant donné que le modèle est basé sur une conception PoW, le processus de sélection de bloc se réfère spécifiquement au processus de «loterie» pour les mineurs en compétition pour gagner la récompense de bloc pour l’extraction du bloc suivant.

Rappelez-vous que dans pBFT, le chef de bloc est sélectionné par un processus de vote et remplacé dans un format de style round-robin à chaque tour. Il n’y a pas de minage dans ce système, les blocs sont sélectionnés pour être ajoutés à la chaîne par le leader et doivent être approuvés par au moins les ⅔ des autres nœuds. Dans Bitcoin, il n’y a pas de processus de vote pour déterminer le chef de bloc. Au lieu de cela, il utilise un puzzle cryptographique basé sur l’incrémentation d’un nonce dans le bloc jusqu’à ce que la valeur correcte qui représente le hachage du bloc et les zéro bits requis pour le début du nonce soit atteinte.

Les mineurs du réseau s’affrontent tous pour résoudre ce casse-tête et le premier à trouver la solution remporte le tour de la loterie. Le bloc est ensuite propagé par le mineur à travers le réseau vers les autres nœuds miniers qui votent implicitement pour accepter le bloc comme valide en ajoutant le bloc à la chaîne la plus longue. Un effet résultant de ce processus est la suppression de l’influence potentielle de tiers sur un chef de bloc car le processus est aléatoire et le chef ne peut pas être prédit. La seule façon de gagner à la loterie est de contribuer à la puissance de hachage du réseau dans l’espoir de gagner, et lorsque vous ne gagnez pas, l’énergie dépensée devient un coût irrécupérable, ajoutant à la structure incitative de l’exploitation minière. Il y a un coût inhérent à la participation, que vous réussissiez à miner des blocs ou non.

Rareté

Avant que les devises inflationnistes résultant du système bancaire de réserve fractionnaire ne dominent la scène monétaire mondiale, les métaux précieux étaient la principale forme de stockage de valeur et de commerce. L’une des principales raisons pour lesquelles ils ont été utilisés, et conservent toujours leur valeur historique (pensez à l’or et à l’argent), est qu’ils sont rares. Non seulement ils sont rares, mais cela demande des efforts (PoW ci-dessus) pour les extraire et les utiliser.

La rareté de Bitcoin est basée sur cette prémisse en limitant le nombre total de Bitcoin qui seront exploités à 21 millions. De plus, Bitcoin ne peut être injecté dans le système que par le processus d’extraction et il suit un schéma déflationniste où la récompense de bloc est réduite de moitié tous les 210000 blocs (~ 4 ans).

Structure d’incitation

La conception déflationniste de Bitcoin crée un mécanisme incitatif pour les intérêts à long terme des propriétaires de Bitcoin et des participants au réseau Bitcoin pour sécuriser et valider davantage le réseau tout en soutenant la croissance de la valeur de Bitcoin lui-même. La nature déflationniste du Bitcoin crée également un modèle de théorie des jeux itéré où la coopération entre les individus au sein du réseau est optimale grâce à des intérêts alignés motivés par la déflation à long terme..

Les mineurs sont incités à valider et à sécuriser honnêtement le réseau, car la récompense qu’ils reçoivent pour l’extraction d’un bloc est Bitcoin. Si la valeur de Bitcoin baisse ou si le réseau est compromis, cela affecte leur résultat net.

Surtout, Bitcoin, utilisant le consensus de Nakamoto, est un socialement évolutif réseau. Grâce à des conceptions d’incitation, à des PoW et à des ensembles de règles régissant les mécanismes permettant d’atteindre un consensus sans confiance, Bitcoin surmonte les problèmes inhérents à la nature humaine pour devenir une source fiable et légitime de valeur intrinsèque..

Conclusion

Le consensus de Nakamoto est le premier mécanisme de consensus appliqué aux systèmes de registres distribués car il a coïncidé avec l’invention des blockchains et est nommé d’après son mystérieux architecte. Le terme «blockchain» est utilisé sans discernement ces jours-ci comme solution à tous les problèmes sous le soleil.

Les blockchains sont un composant important des crypto-monnaies, cependant, leur vaste potentiel ne serait pas possible sans être imbriqué avec d’autres composants des plates-formes. Dans Bitcoin et dans d’autres crypto-monnaies de preuve de travail, il s’agit du consensus Nakamoto, et il est essentiel de forger un réseau socialement évolutif comme Bitcoin..

Mike Owergreen Administrator
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