Preuve de travail

Introduction générale

La technologie blockchain repose sur l'utilisation de mécanismes de consensus. Ces mécanismes ont pour but de vérifier et de sécuriser l'authenticité des données afin de supprimer le besoin d'intermédiaires de contrôle. Bitcoin, la première des cryptomonnaies, reposait sur la preuve de travail (ou proof of work) afin de permettre aux particuliers de réaliser des échanges sans avoir à recourir à une banque.

Ce mécanisme de consensus est le plus fiable à ce jour, car il sécurise une blockchain par pure puissance de calcul, de sorte qu'aucune confiance n'est requise envers les nœuds validateurs. On mesure donc le niveau de sécurité d'une blockchain reposant sur la preuve de travail à la puissance de calcul qui lui est allouée (hashrate = hachages par seconde). Celle de Bitcoin a récemment atteint 171 exahashes par seconde. Une telle puissance de calcul offre une sécurité extrêmement importante, comme en témoigne la blockchain Bitcoin, qui n'a jamais été compromise en dix ans.

Les caractéristiques de ce mécanisme

Fonctionnement

Ce mécanisme de consensus établit un principe de compétition entre les nœuds validateurs appelés « mineurs ». Les mineurs sont des personnes qui possèdent du matériel informatique dédié à la résolution du mécanisme de preuve de travail d'une blockchain. Un mineur a miné un bloc lorsqu'il est parvenu à valider l'ensemble des transactions qu'il contient. La solution trouvée est alors soumise aux autres mineurs, qui vérifient ensuite que le bloc proposé est correct. On peut ici prendre l'exemple du Sudoku. Les mineurs tentent chacun d'être le premier à résoudre une grille (d'une complexité particulièrement élevée). Le premier à trouver la solution la présente aux autres mineurs, qui s'assureront que la grille complétée ne contient aucune erreur. Cette image permet de comprendre qu'il est difficile de miner un nouveau bloc mais très facile de vérifier si le bloc miné est correct.

Compétition

On parle de compétition, car seul le premier mineur à trouver le nouveau bloc est récompensé. Il est important de noter que plus il y a de mineurs, plus la complexité de l'énigme cryptographique est élevée (pour poursuivre avec l'exemple susmentionné, on peut dire que la grille devient plus grande ou plus petite selon qu'il y a plus ou moins de chiffres initiaux). La blockchain autorégule la difficulté au regard de la puissance qui lui est allouée. Cette fonction garantit que, quel que soit le nombre de mineurs, un nouveau bloc est toujours miné dans un délai défini (à intervalles de 10 minutes pour Bitcoin)

Vulnérabilité

Il est crucial de se pencher sur la puissance de calcul allouée aux blockchains qui reposent sur le mécanisme de consensus par preuve de travail, car une puissance relativement faible peut être une source de vulnérabilité.

Prenons l'exemple d'une attaque des 51 %, la menace la plus couramment évoquée à l'encontre de la preuve de travail. Lors de cette opération, les attaquants vont tenter de rassembler une puissance de calcul au moins équivalente à 51 % de la puissance totale attribuée au réseau (Bitcoin : 51 % de 100 exahashes = 51 exahashes). Plus la puissance de calcul attribuée à une blockchain est élevée, plus l'attaquant devra y consacrer de matériel informatique et d'électricité pour parvenir à ses fins. En cas de succès, les autres mineurs du réseau sont neutralisés, car incapables de rivaliser avec la puissance de calcul de l'attaquant. Ce dernier peut alors prendre le contrôle de la blockchain et produire ses propres blocs ou modifier le contenu de blocs déjà minés. Notez que cette opération nécessite de maintenir une puissance de calcul de 51 % ; en cas de perte de domination, l'attaquant n'a plus le contrôle de la blockchain.

Critiques

La consommation d'électricité de ce mécanisme de consensus est une question régulièrement soulevée au sein de la communauté. L'aspect compétitif qui procure ce niveau de sécurité entraîne un gaspillage d'énergie assez important. L'électricité utilisée par les mineurs qui ne parviennent pas à miner un nouveau bloc est en effet perdue : à chaque bloc, l'ensemble du processus est relancé de zéro par tous les mineurs. D'autres mécanismes de consensus, comme la preuve d'enjeu ou la preuve d'autorité, sont bien plus économes sur ce point, mais n'offrent pas le même niveau de sécurité et de décentralisation.

Il est cependant important de prendre en compte que les mineurs cherchent toujours à être le plus rentables possible. Ils se placent donc à proximité des lieux de production d'énergie afin de pouvoir récupérer à un prix avantageux l'électricité que le réseau n'est pas en mesure de transporter. L'électricité qui était censée être perdue est donc finalement utilisée.

Enfin, la preuve de travail dispose d'un mécanisme dérivé : la preuve de travail différée (delayed proof of work). Elle permet de s'appuyer sur la puissance de calcul d'une blockchain utilisant la preuve de travail pour sécuriser sa propre blockchain. L'électricité consommée par une blockchain profite alors à la sécurité de plusieurs d'entre elles.

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