Proof of Work (PoW) : La preuve de travail en crypto
La Preuve de Travail, qu’est ce que c’est ?
Pour comprendre la Proof of Work (PoW), il faut d’abord comprendre ce qu’est un mécanisme de consensus. Le mécanisme de consensus est le nom donné au système des réseaux blockchain pour valider la validation des opérations et la sécurité du réseau. Le premier de ces mécanismes à voir le jour, c’est la preuve de travail, avec le Bitcoin en 2009.
La preuve de travail est un système permettant de prouver à un réseau blockchain l’utilisation d’une certaine quantité de puissance de calcul. On appelle les systèmes de validation d’opérations de blockchain des mécanismes de consensus.
La PoW se base sur la résolution de puzzles cryptographiques complexes envoyés par le réseau, l’utilisateur (ou mineur) alloue de la puissance de calcul pour les résoudre et envoyer la réponse, qui fait office de preuve de son travail, dans la validation des transactions.
Le principal objectif de la Proof of work est de prévenir les attaques malveillantes et d’assurer un consensus distribué dans un environnement décentralisé.
En rendant le processus de minage (utilisation d’une grande puissance de calculs pour valider des opérations) coûteux en termes de temps et de ressources, le PoW garantit qu’il serait irréaliste pour un acteur malveillant de manipuler la blockchain.
Comment ça marche ?
Dans le cadre de la Preuve de Travail, les mineurs utilisent des ordinateurs puissants pour résoudre des puzzles cryptographiques complexes. Le premier mineur à résoudre le puzzle et à valider le bloc est récompensé par une certaine quantité de cryptomonnaie, en plus des frais de transaction associés aux transactions incluses dans le nouveau bloc. Ce processus crée non seulement de nouveaux jetons (ou tokens), mais contribue également à la vérification et à la sécurisation des transactions sur le réseau.
Cependant, ce processus nécessite une puissance de calcul considérable, car le puzzle est conçu pour être difficile à résoudre mais facile à vérifier. C’est cette puissance de calcul qui est la source des considérations énergétiques que nous aborderons plus bas.
Le minage, étape par étape ?
Voici en quelques étapes le fonctionnement du minage en crypto :
Compilation des transactions :
- Les mineurs rassemblent les transactions récentes qui n’ont pas encore été ajoutées à la blockchain. Ces transactions sont vérifiées pour s’assurer qu’elles sont valides.
- Création d’un nouveau bloc :
- Les transactions validées sont compilées dans un nouveau bloc. Le bloc contient également une référence cryptographique (appelée “hash”) au bloc précédent, créant ainsi une chaîne continue de blocs, ou blockchain.
- Résolution du puzzle cryptographique :
- Pour ajouter leur bloc à la blockchain, les mineurs doivent trouver un nonce (il s’agit d’un nombre aléatoire émis dans un protocole d’authentification) qui, lorsqu’il est combiné avec les données du bloc et passé à travers une fonction de hachage, produit un résultat qui satisfait à un certain critère (par exemple, un certain nombre de zéros au début du hash). Ce critère est ce qui détermine la difficulté du puzzle.
- Validation et ajout à la blockchain :
- Une fois qu’un mineur trouve la solution, il diffuse le nouveau bloc aux autres nœuds du réseau pour validation. Si le bloc est validé, il est ajouté à la blockchain, et le mineur reçoit sa récompense.
Une difficulté qui évolue en fonction des besoins
La difficulté du puzzle cryptographique est ajustée automatiquement par le réseau pour s’assurer qu’un nouveau bloc est ajouté à la blockchain à intervalles réguliers, généralement toutes les 10 minutes pour le réseau Bitcoin. Si les mineurs résolvent les puzzles trop rapidement, la difficulté augmente; si le minage devient trop lent, la difficulté diminue.
Origine et contexte
L’idée de la Preuve de Travail n’est pas nouvelle et existait bien avant l’apparition des crypto-monnaies. Le concept a été initialement proposé par Cynthia Dwork et Moni Naor en 1993 comme une méthode pour combattre le spam en exigeant une preuve de calcul (ou de « travail ») pour l’envoi d’emails.
Cependant, c’est Satoshi Nakamoto, le créateur anonyme de Bitcoin, qui a adapté ce principe au monde des cryptomonnaies en 2009, en l’utilisant comme fondement pour sécuriser le réseau Bitcoin.
Les avantages de la preuve de travail
La preuve de travail a été conçu afin d’apporter plusieurs avantages au mécanisme de consensus :
La sécurité de la Proof of work
L’un des principaux avantages de la Proof of Work est la sécurité exceptionnelle qu’elle confère au réseau blockchain. Le mécanisme PoW rend pratiquement impossible pour un attaquant de modifier les informations contenues dans la blockchain sans disposer de plus de 50% de la puissance de calcul de l’ensemble du réseau.
Cette exigence crée une barrière économique et technique considérable, protégeant ainsi le réseau contre les attaques de double dépense et autres formes de fraude.
Décentralisation
La Preuve de Travail favorise la décentralisation, un pilier fondamental des crypto-monnaies. En permettant à quiconque disposant de la puissance de calcul nécessaire de participer au minage, le PoW encourage une distribution plus large de la puissance de décision.
Même si, en théorie, le minage peut se concentrer entre les mains de quelques grands acteurs, le principe de base du PoW vise à éviter le contrôle centralisé du réseau.
Résistance à la censure
La structure de la Preuve de Travail assure que toutes les transactions validées et ajoutées à la blockchain sont immuables et résistent à la censure.
Une fois qu’une transaction est enregistrée dans un bloc et que ce bloc est ajouté à la blockchain, il devient extrêmement difficile pour une entité ou un individu de supprimer ou de modifier cette transaction. Cette caractéristique est particulièrement précieuse pour garantir la liberté financière et l’intégrité des données.
Incitation économique
La récompense de minage offerte aux mineurs qui réussissent à ajouter un nouveau bloc à la blockchain crée une incitation économique forte à participer au réseau. Cette incitation favorise non seulement la sécurité du réseau par l’apport de puissance de calcul, mais encourage également l’innovation et l’investissement dans les technologies de minage.
Par conséquent, le réseau bénéficie d’une croissance et d’une amélioration continue de sa sécurité et de sa capacité de traitement.
Validation des transactions
La Proof of Work joue un rôle crucial dans la validation et la vérification des transactions sur le réseau blockchain. En résolvant des puzzles cryptographiques pour ajouter de nouveaux blocs, les mineurs vérifient la légitimité des transactions, s’assurant qu’elles respectent les règles du réseau.
Ce processus empêche efficacement les tentatives de fraude et assure la transparence et la fiabilité des transactions.
Les inconvénients et critiques de la preuve de travail
Malheureusement la preuve de travail n’est pas exempts d’inconvénients :
Consommation énergétique élevée
L’un des principaux inconvénients de la Preuve de Travail est sa consommation énergétique considérable. Le processus de minage requiert une quantité massive de puissance de calcul, ce qui se traduit par une utilisation intensive d’électricité.
La consommation énergétique du minage a suscité des inquiétudes quant à l’impact environnemental des cryptomonnaies basées sur le PoW, comme le Bitcoin, avec des critiques soulignant leur empreinte carbone importante.
Centralisation du pouvoir de minage
Bien que la Proof of Work soit conçue pour favoriser la décentralisation, en pratique, elle peut mener à une certaine centralisation du pouvoir de minage.
Les coûts élevés des équipements de minage et de l’électricité signifient que certains acteurs, comme des fermes de minage spécialisées, peuvent se permettre de participer de façon bien plus efficace au processus. Cela peut concentrer la puissance de calcul entre les mains de quelques-uns, éloignant le réseau de l’idéal de décentralisation complète.
Vitesse de transaction et scalabilité
Les mécanismes de PoW limitent également la vitesse à laquelle les transactions peuvent être validées et ajoutées à la blockchain, entraînant des délais et des coûts de transaction plus élevés, en particulier sur des réseaux très sollicités comme celui de Bitcoin.
Une limitation qui pose des soucis en termes de scalabilité, c’est-à-dire la capacité du réseau à gérer un grand nombre (croissant) de transactions de manière efficace et économique.
Risque “d’attaque 51%”
Malgré la sécurité généralement élevée offerte par le PoW, il existe un risque théorique d’attaques si un acteur ou un groupe d’acteurs parvient à contrôler plus de 50% de la puissance de calcul du réseau.
Bien que coûteuses et difficiles à réaliser sur des réseaux importants et bien établis, ces attaques pourraient permettre aux assaillants de manipuler des transactions, compromettant l’intégrité du réseau.
C’est cependant improbable car une attaque de ce type donnerait lieu à une décrédibilisation du projet crypto concerné, et donc concrètement à un possible anéantissement de sa valeur.
Barrières à l’entrée pour les nouveaux mineurs
Nous en parlions plus tôt, mais l’investissement initial élevé requis pour le matériel de minage et les coûts d’exploitation associés créent des barrières à l’entrée significatives pour les nouveaux participants.
Cela peut décourager l’innovation et la participation de petits acteurs, limitant potentiellement la diversité et la résilience du réseau
PoW vs PoS
On oppose souvent la PoW à la PoS (Preuve d’enjeu ou Proof of Stake), bien qu’il s’agit dans les deux cas de mécanismes de consensus des Blockchains, il y a des différences notables :
| Proof of Work (PoW) | Proof of Stake (PoS) | |
| Les Plus | Sécurité éprouvée Décentralisation Résistance à la censure | Efficacité énergétique Scalabilité accrue Sécurité par incitation économique |
| Les Moins | Scalabilité limitée Consommation énergétique forte | Sécurité moins éprouvée Risque de centralisation plus important |
