La technologie blockchain

Introduction générale

Pourquoi la technologie blockchain est-elle révolutionnaire ? Parce qu'elle permet l'utilisation simultanée de technologies qui, si elles existaient déjà, n'avaient jamais été combinées auparavant. Cette innovation est née de l'esprit de Satoshi Nakamoto. Face à l'ampleur de la crise de 2008, il décida de s'affranchir du système bancaire traditionnel, qu'il ne jugeait pas digne de confiance. C'est ainsi qu'en 2009 naquit une innovation dont nous ne saurons que peu de choses, le Bitcoin.

La technologie blockchain permet à deux utilisateurs (ou plus) de se transmettre des données et de les stocker de manière transparente et sécurisée, tout en supprimant le besoin d'un intermédiaire de confiance ou d'un organe de contrôle. Dans le cas du Bitcoin, il s'agit de pouvoir réaliser des transactions financières sans avoir besoin de recourir aux services d'une banque. La blockchain Bitcoin est constituée de blocs de données regroupant l'ensemble des transactions effectuées entre les utilisateurs. Chacun de ces blocs est ensuite vérifié de manière purement mathématique (via un algorithme) puis ajouté à la suite du bloc précédent. Tout nouveau bloc de données est donc nécessairement cohérent avec l'ensemble des données contenues dans les blocs précédents de la blockchain. Une blockchain enregistre ainsi de façon irréversible l'historique de tous les échanges réalisés entre ses utilisateurs depuis sa création au sein d'un registre unique.

Les technologies fondamentales

Le fonctionnement de la blockchain repose sur un certain nombre de technologies fondamentales.

La distribution des registres

En s'appuyant sur des registres distribués (espaces de stockage répartis sur différents emplacements géographiques, chacun disposant d'une copie identique du registre), la blockchain garantit une meilleure sécurité du stockage des données — des données stockées en un point unique étant plus vulnérables. On parle alors d'une architecture « décentralisée » du système.

La cryptographie

La technologie de cryptographie permet de sécuriser l'échange de données entre différentes parties en les rendant illisibles pour tout tiers durant le transfert, grâce à une clé de déchiffrement unique. La blockchain utilise la cryptographie asymétrique, c'est-à-dire l'utilisation combinée d'une clé publique et d'une clé privée, ce qui contribue à renforcer la sécurité des données.

Le mécanisme de consensus

Le mécanisme de consensus (ensemble de règles préétablies permettant l'ajout et la modification des données au sein de la blockchain) met en œuvre une politique « décentralisée » du système. Une telle politique garantit que l'administration des données ne dépend pas d'un seul individu (un PDG par exemple) ni d'un groupe d'individus. Élément clé de la technologie blockchain, ce mécanisme fait également l'objet de nombreux débats au sein de la communauté. Actuellement, plusieurs types de mécanismes de consensus sont utilisés. Chacun d'eux recherche un équilibre permanent entre trois axes : la sécurité (puissance informatique allouée à l'exécution du mécanisme de consensus), la scalabilité (nombre de transactions réalisées par seconde par le système) et la décentralisation (dispersion des acteurs responsables de la résolution du consensus).

Les « validateurs » (individus disposant d'un équipement informatique spécialisé) occupent un rôle central dans l'exécution du mécanisme. L'installation d'un logiciel dédié leur permet d'allouer la puissance de calcul de leur matériel à l'analyse des données entrantes par rapport aux données déjà existantes (conformité du nouveau bloc avec la chaîne de blocs). Ces derniers n'interviennent pas manuellement, tout se fait automatiquement (pures mathématiques). Les individus sont rémunérés lorsqu'ils ont validé avec succès un nouveau bloc de données.

Le mécanisme de consensus, essentiel à la sécurisation du réseau, permet d'éliminer les intermédiaires. En automatisant la saisie, le traitement et la sécurisation des données, il réduit drastiquement les coûts dans un grand nombre de domaines : création de contenu, gestion des stocks, distribution d'énergie, moyens de paiement, gestion/exécution des contrats, interactions entre objets connectés, gestion de l'identité personnelle, suivi des votes, propriété immobilière, etc.

La constitution

Une blockchain est une base de données décentralisée, incorruptible et transparente. La décentralisation et la sécurité de cette base de données sont assurées par l'association d'un protocole et d'un mécanisme de consensus.

Le protocole est l'architecture du système, les règles générales de la blockchain. La structure de ce protocole dépend de la fonction allouée à la blockchain en question (paiement entre individus, exécution de smart contracts, création d'applications décentralisées, etc.). Il définira les règles d'interaction entre les nœuds du réseau (les ordinateurs moteurs de la blockchain), les langages de programmation possibles, le caractère privé ou public de la blockchain, etc.

Les mécanismes de consensus

Il existe plusieurs formes de mécanisme de consensus. Les plus connus sont la preuve de travail, la preuve d'enjeu, la preuve d'enjeu déléguée et la preuve d'autorité. Ces différents mécanismes visent tous à mettre en place un système de vérification résistant aux attaques qui chercheraient à corrompre les données (attaque des 51 %, DoS, Replay, Sybil). Ils mettent en place, chacun à leur manière, des règles destinées à dissuader les attaquants potentiels. Leur objectif commun est de rendre le coût de l'attaque supérieur à la récompense qui en découlerait si elle s'avérait être un succès.

Les nœuds

Les nœuds sont des acteurs centraux dans l'organisation d'une blockchain ; ils sont chargés d'accomplir le mécanisme de consensus. Il existe plusieurs types de nœuds aux attributions différentes. Certains nœuds ont pour rôle de détenir une copie complète de la blockchain (full node), d'autres une copie partielle (fast node) et certains seulement une fraction de celle-ci, selon divers besoins. Ce sont les nœuds de sauvegarde. C'est un autre type de nœud qui nous intéresse ici : celui des validateurs (les ordinateurs utilisés pour ajouter de nouveaux blocs à la blockchain ; mineurs, forgeurs, etc.), aussi appelé « nœud validateur ». Selon le type de nœud souhaité, le même investissement ne sera pas requis. Ainsi, pour réaliser une copie de la blockchain, de l'espace libre sur un disque dur et une bonne connexion internet suffisent, tandis que pour l'ajout de nouveaux blocs, un équipement spécifique peut être nécessaire (ASICS).

La bonne foi des acteurs

Quel que soit le mécanisme de consensus utilisé, il est toujours nécessaire qu'un nœud validateur prouve sa bonne foi. Cette bonne foi peut être prouvée de plusieurs manières ; un investissement économique substantiel ou l'identification personnelle des opérateurs de nœuds sont les méthodes les plus courantes.

Concernant la preuve de travail, le système compétitif mis en place implique l'achat d'un équipement informatique spécialisé. Un investissement substantiel est en effet nécessaire pour tenter de miner un bloc. Un individu qui souhaiterait réaliser une attaque des 51 % (rassembler plus de 51 % de la puissance de calcul allouée à la résolution du mécanisme, afin de prendre le contrôle d'une blockchain) serait contraint d'engager des sommes colossales pour financer le matériel informatique et l'électricité nécessaires, sans être assuré du moindre succès.

La preuve d'enjeu nécessite l'achat d'une certaine quantité de jetons de la cryptomonnaie ciblée pour forger un bloc. Dans le but de mener une attaque des 51 %, il est donc nécessaire d'acheter plus de 51 % du stock total de jetons. Outre le coût non négligeable que cela représente, cette attaque ferait également perdre aux jetons une grande partie de leur valeur, réduisant ainsi fortement son impact positif pour l'attaquant.

Enfin, la preuve d'autorité repose sur l'identification claire des validateurs. Elle implique ainsi le devoir de fournir certaines informations et de remplir un certain nombre de caractéristiques. En conséquence, toute attaque verrait son auteur rapidement identifié et poursuivi.

La bonne exécution de ces mécanismes repose sur la décentralisation des nœuds. Il est impératif que l'architecture et la politique du système soient décentralisées. Nous en sommes encore aux balbutiements de cette technologie et encore loin d'avoir trouvé le mécanisme de consensus parfait, chacun d'eux étant actuellement plus ou moins adapté à certains usages.

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