Preuve de travail retardée (dPoW) : La solution aux problèmes de sécurité des fondements de la blockchain

Introduction

Delayed Proof of Work (dPoW) est un protocole de sécurité développé par Komodo, un fournisseur de technologie open-source. Ce mécanisme de sécurité s'appuie sur la preuve de travail (PoW), qui est le protocole de sécurité le plus avancé de l'écosystème de la blockchain, comme en témoigne son application dans des réseaux hautement sécurisés tels que Bitcoin et Litecoin.

Pour comprendre l'importance et les principes fondamentaux de la preuve de travail différée (dPoW), il faut d'abord comprendre le fonctionnement de la preuve de travail (PoW) et les raisons pour lesquelles elle est reconnue comme la principale méthode de protection des blockchains décentralisées. En outre, un examen approfondi des inconvénients et des contraintes associés à la preuve de travail en tant qu'approche de la sécurité est nécessaire pour apprécier pleinement la raison d'être de l'introduction de la preuve de travail différée (dPoW) et les avantages qu'elle offre.

Comprendre la preuve de travail différée (dPoW)

Source : GitBook

La preuve de travail retardée (dPoW) est un mécanisme de consensus de sécurité secondaire conçu pour améliorer le mécanisme conventionnel de preuve de travail utilisé par plusieurs blockchains, y compris des exemples notables comme le Bitcoin.

dPoW est conçu pour protéger la blockchain contre les attaques de 51 % qui menacent l'intégrité du réseau. Il s'agit d'intégrer le taux de hachage d'un réseau externe de preuve de travail (PoW) dans le mécanisme de consensus existant d'un autre réseau ayant un taux de hachage plus faible, ce qui rend l'attaque du réseau plus difficile sur le plan économique.

Komodo est la première plateforme blockchain à introduire l'utilisation de la preuve de travail retardée comme mécanisme de consensus. Pour en savoir plus, consultez notre précédent article sur la preuve de travail différée. Le présent article examine de plus près l'aspect technique du DPoW.

Une discussion fondamentale sur la sécurité de la blockchain

La force de la blockchain réside dans ses mesures de sécurité rigoureuses, un aspect fondamental qui soutient sa structure décentralisée.

La blockchain utilise des méthodes cryptographiques pour protéger les transactions et maintenir un registre immuable. Toutefois, le mécanisme de consensus est un facteur essentiel pour garantir la sécurité de la blockchain. Pour discuter en profondeur de la sécurité de la blockchain, il est essentiel de bien comprendre les mécanismes de consensus.

Qu'est-ce qu'un mécanisme de consensus ?

Source : C# Corner

La blockchain fonctionne comme un système pair-à-pair décentralisé qui exige que les décisions soient prises sans chef central ou figure autoritaire. La clé de cette réussite réside dans le "mécanisme de consensus".

Contrairement aux systèmes centralisés, dans lesquels un administrateur central supervise la gestion et la mise à jour de la base de données, les systèmes décentralisés répartissent cette responsabilité entre plusieurs nœuds. Ces nœuds doivent parvenir collectivement à une concession, en s'accordant sur la validité des transactions - d'où le terme de "consensus".

La nécessité d'un consensus découle de l'indépendance de la blockchain à l'égard d'une source unique de vérité. Le mécanisme de consensus garantit que tous les nœuds s'accordent sur la légitimité d'une transaction. Une fois que cette transaction est approuvée par tous les nœuds, elle est enregistrée sur la blockchain.

Les réseaux Blockchain utilisent différents consensus, qui ont tous pour objectif commun de garantir l'exactitude et l'honnêteté des enregistrements. Les mécanismes de consensus Proof of Work et Proof of Stake comptent parmi les options les plus répandues.

Le mécanisme de consensus de la preuve de travail (PoW)

Source : SpringerLink - Une analyse du fonctionnement du mécanisme de preuve de travail

La preuve de travail fonctionne comme un algorithme ou un système qui exige un effort de calcul important pour dissuader ou éliminer les utilisateurs frauduleux de la puissance de calcul. Dans ce système, les données de transaction sont stockées dans des blocs. Pour valider une transaction, il faut résoudre un problème mathématique complexe lié à chaque bloc. Ce processus, communément appelé "exploitation minière", est généralement réalisé par des ordinateurs puissants. Le mineur qui réussit le premier à résoudre le problème reçoit une récompense en crypto-monnaie.

La mise en œuvre de la preuve de travail permet de garantir une base de données cohérente dans un réseau de blockchain. Les crypto-monnaies comme le Bitcoin et le Litecoin reposent sur le mécanisme de la preuve de travail. Toutefois, sa plus grande limite est la puissance de calcul élevée requise pour extraire les blocs.

Lorsqu'elle a été introduite en 2009, la preuve de travail a été spécifiquement conçue pour résoudre le problème de la double dépense.

Qu'est-ce que la double dépense ?

Source : Bitpanda - Le problème de la double dépense et comment le protocole Bitcoin le résout

Le problème de la "double dépense" fait référence à la capacité des ordinateurs à dupliquer à l'infini les informations. Cette question est particulièrement pertinente lorsqu'il s'agit de valeurs financières, qui impliquent l'enregistrement du propriétaire, du moment de la propriété et du portefeuille où la valeur est stockée. Il est essentiel que, lors du transfert d'une valeur financière d'une personne A à une personne B, la personne A ne puisse pas dupliquer l'argent et l'envoyer à la personne C.

L'algorithme de consensus Proof of Work a été conçu pour résoudre le problème de la double dépense. Dans le réseau Bitcoin, les mineurs exécutent une preuve de travail chaque fois qu'un nouveau bloc est ajouté à la blockchain. Pour ajouter un nouveau bloc à la chaîne de blocs, les mineurs du monde entier devraient se livrer à un jeu de devinettes aléatoire pour trouver le mot de passe du bloc à vérifier.

Ce mot de passe est imprévisible et ne peut être que deviné. Pour déchiffrer ce mot de passe difficile, le mécanisme de consensus oblige les mineurs à rivaliser pour obtenir le droit de miner un nouveau bloc valide. Par conséquent, dans un réseau PoW, un mineur ne peut pas créer immédiatement un nouveau bloc valide et réclamer une récompense ; il doit d'abord effectuer le travail nécessaire. Ce processus concurrentiel est à l'origine du titre du mécanisme de consensus du protocole Bitcoin, Proof of Work (PoW).

Caractéristiques du mécanisme de consensus PoW

Source : Investopedia - Les caractéristiques du réseau PoW et la façon dont il vérifie les transactions sur le réseau blockchain

• L'une des principales caractéristiques du mécanisme de preuve de travail (PoW) est qu'il met l'accent sur la sécurité. Ce système est intégré aux projets de crypto-monnaies dans le but principal de fournir un cadre fiable, sécurisé, permanent, équitable et transparent qui établit un consensus basé sur les contributions des participants au sein du réseau. À l'heure actuelle, la preuve de travail est le mécanisme de consensus le plus sûr de l'écosystème de la blockchain.
• Dans le contexte de la preuve de travail, tout comportement inapproprié d'un mineur peut entraîner l'interdiction d'ajouter de nouveaux blocs à l'avenir. De plus, il est très difficile pour un mineur d'attaquer le système PoW. Par exemple, pour tenter de créer des transactions frauduleuses, il faudrait qu'un mineur contrôle plus de 51 % de la puissance du réseau, ce qui équivaut aujourd'hui à des centaines de milliards de dollars de matériel. Et c'est pratiquement impossible.
• Dans le cadre du mécanisme de preuve de travail, les mineurs diffusent les détails des transactions lorsqu'ils ajoutent de nouveaux blocs au réseau. Par la suite, d'autres nœuds du réseau vérifient indépendamment la transaction pour s'assurer que les actifs transférés n'ont pas été dépensés deux fois.

Ces caractéristiques ne représentent que quelques-unes des contributions que le mécanisme de preuve de travail a apportées au réseau Bitcoin. Néanmoins, bien qu'il soit reconnu comme le mécanisme le plus sûr de l'espace blockchain, il n'est pas exempt d'inconvénients, que nous examinerons plus loin dans cet article.

Qu'est-ce que la preuve de travail différée (dPoW) ?

La preuve de travail retardée (dPoW) est un mécanisme de consensus innové par Komodo pour répondre aux défis inhérents au réseau de preuve de travail. Il s'agit d'une version améliorée du mécanisme de consensus PoW qui exploite la puissance de hachage de la blockchain Bitcoin pour renforcer la sécurité de son réseau. Cette avancée renforce non seulement le propre réseau de Komodo, mais étend également ses capacités de protection à toute chaîne tierce participant à l'écosystème de Komodo à l'avenir.

Il est important de noter que le dPoW n'est pas limité à un réseau spécifique ; il peut être mis en œuvre pour tout projet qui souhaite développer une blockchain indépendante en utilisant un modèle UTXO.

Comment fonctionne le dPoW ?

Prenons l'exemple de Komodo.

Source : FPX Russia on X App - Une analyse détaillée de la façon dont le service de sécurité Komodo protège contre 51% des attaques

Komodo a développé et mis en œuvre le mécanisme de sécurité dPoW dans le code de Zcash (ZEC), une crypto-monnaie qui met l'accent sur la confidentialité et l'anonymat des utilisateurs. L'intégration de dPoW permet à Zcash de tirer parti à la fois de la confidentialité sans connaissance et de la sécurité accrue du réseau, en capitalisant sur le puissant taux de hachage de la blockchain Bitcoin.

Toutes les dix minutes, le système Komodo prend un instantané de sa propre blockchain. L'instantané est ensuite inscrit dans un bloc du réseau Bitcoin par le biais d'un processus appelé "notarisation".

La notarisation intervient lorsque des informations sont enregistrées et sécurisées en les transférant d'une blockchain à une autre avec une infrastructure de sécurité résiliente. Ainsi, lorsqu'un instantané de la blockchain Komodo est capturé, une sauvegarde complète de l'ensemble du système Komodo est créée et conservée dans la blockchain Bitcoin.

D'un point de vue technique, les nœuds notariaux élus par la communauté de Komodo s'engagent dans une activité où ils enregistrent un hachage de bloc de chaque blockchain protégée par le dPoW sur le grand livre de Komodo. Ce processus est réalisé par l'exécution d'une transaction sur la blockchain Komodo. Les nœuds notariaux utilisent la commande OP_RETURN, un opcode de script spécial que l'on trouve dans le bitcoin et ses dérivés, pour stocker un hachage de bloc unique sur la chaîne de blocs Komodo. Le hachage du bloc stocké sert de référence ou de preuve de l'état des blockchains protégées à un moment précis.

Les nœuds notaires sélectionnent un bloc dont le hachage date de dix minutes afin de s'assurer qu'il existe un accord unanime au sein de l'ensemble du réseau sur le fait qu'un bloc est toujours valide. Dans le système dPoW de Komodo, bien que chaque réseau de blockchain parvienne indépendamment à un consensus pour chaque bloc, les nœuds notariaux ne participent pas directement au processus de consensus. Au lieu de cela, ils enregistrent simplement le hash d'un bloc déjà miné.

Source : Steemit - Description détaillée du fonctionnement du dPoW

Après l'enregistrement des hachages de blocs des différentes chaînes Komodo, les nœuds notariaux écriraient un hachage de bloc de la chaîne Komodo sur le grand livre Bitcoin. Pour ce faire, une transaction Bitcoin est exécutée et la commande OP_RETURN est utilisée pour intégrer les données pertinentes dans un bloc de la chaîne Bitcoin.

Une fois le processus de notarisation de Bitcoin terminé, les nœuds notariaux de Komodo transfèrent les données des blocs de la chaîne Bitcoin vers la chaîne de blocs de toutes les autres chaînes protégées au sein du système Komodo. Suite à cette étape, le réseau devient résistant à toute tentative de modification ou de réorganisation des blocs ayant fait l'objet d'une notarisation.

Ce processus confère au système Komodo une résilience face aux attaques, lui permettant de se reconstruire même si le réseau de PoW choisi devait faire face à des adversités.

La différence entre PoW et dPoW

L'algorithme Proof of Work est largement reconnu comme le réseau le plus sûr de l'écosystème blockchain. Sa structure joue un rôle important dans la dissuasion des attaques potentielles, y compris les attaques par déni de service distribué (DDoS). Bien que la production d'une preuve de travail implique des coûts substantiels, son processus de vérification est simple, comme l'explique le processus d'extraction décrit plus haut.

La sécurité robuste inhérente au cadre de la preuve de travail découle de l'investissement financier et de la puissance de calcul considérables associés au processus d'extraction. Le PoW repose exclusivement sur le consensus du réseau pour la validation des transactions.

Toutefois, ces mêmes caractéristiques constituent également un inconvénient pour l'algorithme de consensus PoW. La sécurité du PoW est directement liée à la puissance de calcul qui lui est consacrée. Cela signifie que les petits réseaux de blockchain sont intrinsèquement moins sûrs que leurs homologues plus importants.

Contrairement au PoW, le dPoW a un objectif différent : il n'est pas utilisé pour parvenir à un consensus sur les nouveaux blocs et n'est donc pas considéré comme un algorithme de consensus. Il s'agit plutôt d'un algorithme de sécurité. Une fois qu'un réseau dPoW est notarié, il devient résistant à toute tentative de modification ou de réorganisation des blocs. Cette caractéristique renforce considérablement sa sécurité, la rendant plus résistante aux attaques de 51 % et aux attaques de Genesis.

Le mécanisme de consensus à preuve de travail différée comporte une caractéristique notable liée à la validation des transactions. Contrairement aux réseaux PoW ordinaires, où la règle de la chaîne la plus longue est une norme pour la confirmation des transactions, le dPoW n'applique pas cette règle aux transactions antérieures à la "sauvegarde" la plus récente du réseau de la blockchain. Par conséquent, en cas de conflit, le mécanisme de consensus dPoW ne s'appuie pas sur la règle de la chaîne la plus longue, mais se réfère aux sauvegardes stockées dans la blockchain PoW choisie pour vérifier avec précision l'historique des transactions. Cette approche introduit une couche supplémentaire de sécurité et de fiabilité dans la validation des transactions au sein du réseau blockchain.

Pour compromettre une petite blockchain dans le système de Komodo, un attaquant devrait détruire :

• Toutes les copies de la blockchain de Komodo
• Toutes les copies de la blockchain dPoW
• Le réseau de sécurité de la blockchain PoW choisie où les sauvegardes sont stockées.

Cette configuration offre une sécurité qui dépasse même celle du bitcoin, le tout sans engendrer de coûts financiers et environnementaux excessifs. L'utilisation de la preuve de travail retardée renforce non seulement la sécurité, mais introduit également une approche de sécurité plus souple que le mécanisme de preuve de travail. La sécurité dans ce réseau est gérée par des nœuds notaires, sélectionnés par un vote pondéré. Ces nœuds ont la capacité de passer à un autre PoW si nécessaire, ce qui leur permet de s'adapter à des scénarios tels que des changements dans la puissance minière mondiale ou si les coûts de notarisation sur le réseau actuel deviennent excessivement élevés. Cette flexibilité garantit que le dPoW maintient la sécurité tout en étant plus adaptable que le mécanisme PoW traditionnel.

Voici un aperçu des différences entre PoW et dPoW :

Conclusion

La preuve de travail retardée (dPoW), l'une des variantes du mécanisme de preuve de travail, est un pas de plus vers l'amélioration de la sécurité de la blockchain. Il s'agit d'une méthode de sécurité qui utilise une blockchain secondaire pour valider une autre chaîne par le biais du processus de notarisation. Le réseau est tel qu'il résiste à toute tentative de modification ou de réorganisation des blocs après qu'ils ont été notariés.

En outre, le mécanisme de sécurité dPoW permet aux blockchains de bénéficier de la sécurité d'une blockchain secondaire, offrant ainsi une solution pratique aux problèmes de sécurité fondamentale, en particulier pour les blockchains nouvellement créées dont la vulnérabilité est accrue en raison de leur faible taux de hachage. Par conséquent, l'introduction du dPoW a permis de faire progresser et de renforcer la sécurité des réseaux de blockchain dans l'espace blockchain.

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Note : Cet article est original et son exactitude a été vérifiée. Si l'article est accepté, il est protégé par les droits d'auteur de Gate Learn.

Paul Nwoba

30/12/2023