Proof of Work vs. Proof of Stake : Consensus blockchain expliqué

Satoshi Nakamoto, pseudonyme du ou des fondateur(s) du Bitcoin, l’a conçu tel un réseau pair à pair, ce qui signifie que les parties peuvent effectuer des transactions directement, sans devoir recourir à un intermédiaire tel qu’une banque. Ce système avait besoin d’un moyen de conserver un enregistrement des transactions et d’éviter les doubles dépenses, une situation qui se produit lorsqu’un détenteur dépense le même coin plusieurs fois. C’est ainsi que Satoshi a incorporé ce qui est communément appelé un mécanisme de consensus.

Pour maintenir un registre de toutes les transactions, un mécanisme de consensus s’appuie sur des groupes de participants appelés nœuds. En outre, il joue un rôle crucial dans la sécurité et l’évolutivité d’une blockchain. Cette technologie restant relativement méconnue en dehors de l’écosystème crypto, cet article explique le fonctionnement des deux mécanismes les plus courants et analyse leurs principales différences.

Preuve de travail (ou Proof of Work - PoW)

Pour maintenir le réseau, la preuve de travail s’appuie sur deux types de nœuds.

Les mineurs sont responsables de la validation des transactions et de l’ajout de nouveaux blocs à la chaîne. Ils se disputent le droit de traiter des transactions en résolvant des problèmes mathématiques complexes, lesquels nécessitent une importante puissance de calcul. En échange, les mineurs reçoivent des récompenses de bloc sous forme de monnaie native du protocole, soit la principale voie par laquelle les coins entrent en circulation. À titre d’exemple, suite au récent halving, la récompense de bloc du Bitcoin s’élève à 3,125 BTC, soit 196.837 $ (au 27 Août 2024). 

Quant à l’autre type de nœuds, il est constitué par les serveurs individuels qui forment la blockchain. Ceux-ci vérifient chaque bloc, évitent les doubles dépenses et s’assurent que l’ensemble du réseau dispose du dernier enregistrement de chaque transaction.

Pionnier en matière de cryptomonnaies et affichant la plus forte capitalisation boursière, le Bitcoin recourt au mécanisme de consensus PoW. D’autres l’ont également adopté, notamment le Dogecoin (capitalisation boursière de 15,36 milliards de dollars), le Litecoin (4,74 milliards de dollars) et le Monero (3,08 milliards de dollars). Quant à l’Ethereum, il a été lancé en tant que protocole PoW avant de passer à la preuve d’enjeu.

Le plus grand avantage de la preuve de travail (PoW) est la sécurité. En effet, pour pouvoir modifier les transactions déjà traitées, un acteur malveillant devrait pouvoir contrôler 51 % de la blockchain, ce qui est communément appelé une « attaque à 51 % ». Or, compte tenu de la puissance de calcul qu’une telle opération impliquerait, le coût estimé d’une telle attaque, de l’ordre de 724 millions de dollars par heure dans le cas du Bitcoin, est particulièrement prohibitif. Les mécanismes de consensus PoW sont en outre fort décentralisés en raison de faibles barrières à l’entrée pour les nœuds. Ainsi, selon l’application de paiement en cryptomonnaie BitPay, le réseau Bitcoin en comptait 18 000 en février dernier. 

Ceci étant, il existe aussi quelques inconvénients. Ainsi, les plus vives critiques à l’encontre de la PoW se rapportent à la quantité d’énergie utilisée par les mineurs. Une recherche de l’Université de Cambridge classe le Bitcoin au 27e rang des industries et des pays en matière de consommation globale d’électricité, et au 67e rang pour les émissions de gaz à effet de serre. En réponse à ce défi, les mineurs optent pour la diversification en se tournant vers des sources d’énergie alternatives. L’autre principale critique se rapporte au manque d’évolutivité de la preuve de travail (PoW). Dans le cas du Bitcoin, Satoshi Nakamoto a donné la priorité à la sécurité et à la décentralisation du réseau, ce qui a pour effet de ralentir le traitement des transactions (ce que l’on appelle le trilemme de la blockchain). Les Layer 2 contribuent à résoudre ce problème.

Preuve d’enjeu (ou Proof of Stake - PoS)

Dans le cadre de la preuve d’enjeu, les nœuds font office de validateurs qui doivent « staker » (immobiliser) des tokens natifs dans un contrat intelligent pour avoir le droit de traiter des transactions et de vérifier des blocs avant leur ajout à la chaîne. Le protocole choisissant au hasard un validateur pour chaque bloc, le processus de sélection s’apparente à une loterie. Ceci étant, plus le nombre de tokens stakés est élevé, meilleures sont les chances d’être sélectionné.

Tandis que les protocoles PoS attribuent également des récompenses de bloc sous la forme de leur token natif, ils pénalisent les nœuds en cas de comportement malveillant, comme le fait d’être hors ligne ou d’approuver des blocs invalides, en confisquant ou en supprimant une partie du montant staké (le slashing).

Dans certains cas, le montant minimal à staker pour participer à un mécanisme de consensus PoS peut sembler prohibitif. À titre d’exemple, les validateurs Ethereum doivent immobiliser 32 Ethers, soit une valeur de 99.185 $ au 15 novembre 2024. Cependant, les pools de staking permettent aux détenteurs disposant de quantités moindres de tokens natifs de mettre en commun leurs fonds et de générer un revenu passif. Parmi les pools d’Ether les plus populaires, on retrouve Lido et RocketPool, tandis que des exchanges tels que Binance et Coinbase proposent également ce service.

Deuxième plus grande cryptomonnaie en termes de capitalisation boursière, Ethereum est connu pour avoir abandonné la preuve de travail (PoW) au profit de la preuve d’enjeu (PoS) en septembre 2022, à travers une opération surnommée « The Merge ». De nombreux protocoles qui apportent une fonctionnalité supérieure à la technologie blockchain utilisent également le protocole PoS, notamment Cardano (avec une capitalisation boursière de 13,28 milliards de dollars), Avalanche (10,58 milliards de dollars), Polkadot (6,81 milliards de dollars) et Near (5,40 milliards de dollars).

L’évolutivité constitue l’un des principaux avantages de la preuve d’enjeu. Le temps moyen nécessaire à Ethereum pour traiter un bloc de transactions est de 12,06 secondes, contre une moyenne de 10,75 minutes dans le cas du Bitcoin, principalement grâce à la vitesse de sélection des validateurs. L’efficacité énergétique constitue un autre avantage : en effet, un ordinateur portable standard suffit pour exécuter le logiciel qui permet de valider les transactions. L’opération baptisée « The Merge » a permis de réduire de 99,9 % la consommation d’énergie d’Ethereum.

La principale critique du protocole PoS se rapporte à la potentielle centralisation qui résulterait de la domination d’un nombre restreint de validateurs disposant de ressources importantes, augmentant ainsi le risque d’un point de défaillance unique. Selon les recherches menées par Dune, Lido et Coinbase représentent actuellement plus de 40,7 % du montant total en Ether immobilisé dans l’écosystème Ethereum. Par ailleurs, les protocoles PoS permettent aux plus gros stakers de consolider leur domination par le gain de la majeure partie des récompenses de bloc, ce qui confère aux précurseurs une influence disproportionnée.    

Conclusion

Un mécanisme de consensus est un système qui valide les transactions sur une blockchain et qui garantit que tous les nœuds disposent du registre mis à jour. Les plus populaires sont PoW (preuve de travail) et PoS (preuve d’enjeu).

Initialement créé par Satoshi Nakamoto pour le Bitcoin, principale cryptomonnaie à ce jour et pionnier en la matière, le mécanisme PoW a ensuite été adopté par d’autres coins précoces tels que le Dogecoin et le Litecoin. Émetteur de la deuxième plus grande cryptomonnaie en termes de capitalisation boursière, Ethereum est la principale blockchain PoS. Parmi les autres protocoles ayant adopté ce mécanisme PoS, citons Cardano et Avalanche.  

Les mécanismes PoW et PoS adoptent des approches différentes quant à leur façon de sélectionner les validateurs pour traiter les transactions et ajouter des blocs à la chaîne. Tandis que la preuve de travail (PoW) fait appel à des validateurs (les mineurs) pour résoudre des problèmes mathématiques complexes, la preuve d’enjeu (PoS) sélectionne au hasard des validateurs ayant staké une certaine quantité de tokens natifs du protocole.

Le tableau ci-dessous répertorie les autres principales différences entre les deux mécanismes.