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Les différences entre la Preuve de Travail (PoW) et la Preuve d’Enjeu (PoS)

Illustration Les différences entre la Preuve de Travail (PoW) et la Preuve d’Enjeu (PoS)

Les différences entre la Preuve de Travail (PoW) et la Preuve d’Enjeu (PoS)



Le proof of work (preuve de travail) et le proof of stake (preuve d’enjeu) sont 2 mécanismes de consensus utilisés pour sécuriser les blockchains en permettant aux acteurs du réseau de s’accorder sur la validité des transactions avant de les inscrire définitivement dans les blocs et donc de les ajouter à la chaîne. Une blockchain étant décentralisée, le consensus permet à l’ensemble des mineurs et des validateurs de s’accorder sans avoir recours à un tiers de confiance centralisé. Voyons plus en détails ce qui différencie ces deux types de consensus. 

Sommaire 
La proof of work ou preuve de travail
La proof of stake ou preuve d’enjeu
Proof of work ou Proof of stake : laquelle est la plus efficace ?
Les différences entre la Preuve de Travail (PoW) et la Preuve d’Enjeu (PoS) : ce qu'il faut retenir

La proof of work ou preuve de travail


L’origine de la proof of work


Comme son nom l’indique, la proof of work est une preuve obtenue après avoir réalisé un travail, laquelle permet aux différents mineurs d’une même blockchain décentralisée de se mettre d’accord sur la validité de chaque transaction avant de l’ajouter à la blockchain. Ainsi, ce consensus en preuve de travail permet de s’assurer que tous les mineurs travaillent sur une seule et même chaîne.

Le consensus en preuve de travail est également appelé « consensus de Nakamoto » , en référence à son créateur. En effet, Satoshi Nakamoto n’est pas seulement le créateur de Bitcoin, il a également créé le consensus en preuve de travail pour permettre de réaliser des échanges de pair à pair sans faire appel à un tiers de confiance centralisé.

Le consensus de Nakamoto permet également de s’assurer que 2 versions d’une même blockchain ne puissent pas co-exister. Ainsi, si 2 mineurs valident deux blocs simultanément, et que deux versions d’une même blockchain deviennent concurrentes, les mineurs appliquent la règle de la chaîne la plus longue selon laquelle seule la chaîne la plus longue doit survivre, c’est-à-dire celle qui a nécessité le plus de travail. Donc, lorsque 2 chaînes concurrentes apparaissent, les mineurs continuent de travailler sur la plus longue, de telle sorte à ce que la seconde finit par être abandonnée.

Les mineurs


Une blockchain en preuve de travail fonctionne grâce à des mineurs qui sont en fait des ordinateurs spécialisés (aussi appelés « rigs de minage ») qui utilisent la puissance de calcul pour vérifier et valider les transactions exécutées sur la blockchain. La complexité des calculs à réaliser pour valider une transaction s’adapte en permanence selon le nombre de mineurs qui participent au réseau et selon l’utilisation de la blockchain, de sorte que le niveau de sécurité soit toujours maximal.

Le premier mineur à obtenir le hash est le premier à trouver la combinaison correcte. En effet, les calculs réalisés par les mineurs consistent à tester toutes les combinaisons possibles jusqu’à trouver la bonne pour obtenir la preuve cryptographique du bloc en question, le « hash », et ce, en l’espace de 10 minutes. Le premier mineur à y parvenir est rémunéré en cryptomonnaies du réseau en question, en BTC sur la blockchain Bitcoin. 

Sur la blockchain Bitcoin, les mineurs sont rémunérés en BTC. La récompense qu’ils reçoivent est divisée par deux tous les quatre ans lors du halving. Bitcoin n’est pas la seule blockchain en preuve de travail, c’est également le cas de Kaspa, Dogecoin et Litecoin, pour ne citer qu’elles.

Voici les différentes étapes pour valider une transaction sur une blockchain en preuve de travail :

1. Les mineurs du réseau rassemblent les transactions en attente dans le mining pool et les regroupent au sein d’un bloc

2. Ces mêmes mineurs entrent en compétition et déploient leur puissance de calcul pour trouver le “hash”, la preuve de travail cryptographique qui correspond aux transactions en question.

3. Le premier mineur à avoir trouvé le hash soumet le résultat aux autres chargés de le valider afin que l’ensemble du réseau aboutisse au consensus.

4. Le bloc est ajouté à la blockchain et le mineur vainqueur est rémunéré en BTC.

La proof of stake ou preuve d’enjeu


L’origine de la proof of stake


Comme son nom l’indique, la preuve d’enjeu implique de mettre en jeu ses cryptomonnaies afin d’obtenir le droit de participer au fonctionnement d’une blockchain qui fonctionne sur ce mode de consensus. La première blockchain à avoir implémenté la preuve d’enjeu est Peercoin en 2012.

La preuve d’enjeu a été développée après la preuve de travail, comme une alternative permettant d’éviter les contraintes matérielles. En effet, tandis que les blockchains en preuve de travail nécessitent du matériel imposant, coûteux et énergivores, les blockchains en preuve d’enjeu ont une infrastructure plus minimaliste, celles-ci reposant essentiellement sur l’immobilisation de cryptomonnaies au sein d’un protocole informatique, ce qui a donné lieu au staking.

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Les validateurs


Pour participer à une blockchain à preuve d’enjeu, il est nécessaire de mettre en gage une certaine quantité de cryptomonnaies déterminée par la blockchain en question. Ces cryptomonnaies font office de caution, ce qui encourage les validateurs à ne valider que des transactions valides. En effet, si un validateur valide un bloc de transactions corrompues, celui-ci sera pénalisé par le slashing, un mécanisme qui retire à un validateur malhonnête une partie de ses cryptomonnaies et le destitue de son rôle.

Les validateurs sont rémunérés en cryptomonnaie native de la blockchain en question. Sur la blockchain Ethereum, les validateurs sont rémunérés en ETH issus des frais de transaction payés par les utilisateurs du réseau. 

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Bien qu’il soit nécessaire de rassembler une quantité de cryptomonnaies donnée pour obtenir le rôle de validateur, des mécanismes telles que la délégation de tokens permettent de participer à la sécurisation d’une blockchain et de générer des rendements sans avoir le minimum requis, en déposant la quantité de cryptos que l’on souhaite dans un pool qu’un validateur se charge ensuite de placer sur la blockchain, afin de constituer le nœud validateur complet responsable de la validation des transactions. Ainsi, chaque participant reçoit une rémunération équivalente à sa participation.

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Proof of Work et Proof of Stake : quel est le mécanisme de consensus le plus efficace ?


Le débat qui oppose la preuve de travail et la preuve d’enjeu revient régulièrement au sein de la communauté crypto, notamment entre les “bitcoins maximalistes”, c’est-à-dire les fervents défenseurs de Bitcoin qui croient quasiment uniquement en cette blockchain et sa cryptomonnaie, et d’autres crypto-enthousiastes plus favorables à la preuve d’enjeu. Et pour cause, ces 2 mécanismes de consensus ont chacun leurs avantages et leurs inconvénients, et sont forcés de faire des compromis.

La sécurité


La sécurité des blockchains en preuve de travail repose sur la puissance de calcul des mineurs. La PoW est souvent considérée comme le consensus le plus robuste, car le plus résistant en cas d’attaque 51%, c’est-à-dire dans le cas où un utilisateur malveillant tenterait de contrôler plus de 50 % du réseau afin de modifier l’historique des transactions inscrites sur la blockchain. En effet, les ressources matérielles et énergétiques sont tellement considérables pour y parvenir que cet attaquant ne serait pas rentable.

La sécurité des blockchains en preuve d’enjeu repose sur la quantité de cryptomonnaies mises en gage par les validateurs. Ainsi, pour prendre le contrôle d’une blockchain en PoS, un attaquant devrait contrôler plus de 50 % des cryptomonnaies immobilisées, ce qui peut rapidement représenter une somme trop importante, notamment pour des blockchains comme Ethereum.

ethereum total eth staking

La décentralisation


Les blockchains en preuve de travail et les blockchains en preuve d’enjeu peuvent toutes deux présenter des niveaux de décentralisation plus ou moins élevés.

D’un côté, le consensus en preuve de travail peut encourager la centralisation en cas de dominance du réseau par les mineurs les plus puissants ayant les rigs de minage les plus efficaces, qui plus est s’ils se rassemblent en fermes de minage, comme le font la plupart des acteurs quasiment tous actifs à une échelle industrielle aujourd’hui.

De l’autre côté, bien que la barrière à l’entrée soit plus fine pour le consensus en preuve d’enjeu étant donné que cela ne nécessite pas tant de matériel, ce qui permet à un plus grand nombre de participer, il est également plus aisé qu’acquérir une somme de cryptomonnaies suffisante pour exercer une certaine pression sur le reste du réseau pour en prendre le contrôle, ce que l’on appelle une attaque Sybil.

La scalabilité ou le “passage à l’échelle”


La preuve de travail a d’abord été introduite sur Bitcoin, la première blockchain également jugée la plus sécurisée, mais également la plus lente. En effet, sur Bitcoin, le processus de vérification des transactions et d’ajout de blocs nécessite 10 minutes, tandis qu’Ethereum, la blockchain la plus utilisée qui fonctionne en preuve d’enjeu ne nécessite que 15 secondes.

Ainsi, les transactions sont limitées sur Bitcoin dont le réseau est rapidement congestionné si un trop grand nombre d’utilisateurs l’utilisent simultanément. De même, ce manque de scalabilité, c'est-à-dire la capacité d’un réseau à garder des performances égales peu importe le nombre d’utilisateurs ne permet pas de développer d’applications sur Bitcoin, tandis qu’Ethereum héberge la plupart des applications décentralisées (dApps). De nombreuses blockchains de layer 2 sont par ailleurs construites sur Ethereum afin de profiter de la sécurité de son réseau tout en le rendant encore plus efficace.

In fine, ces limitations sont résumées par le trilemme de la blockchain, un concept théorisé par Vitalik Buterin, le fondateur d’Ethereum, afin d’expliquer l’impossibilité pour une blockchain d’être à la fois la plus sécurisée, décentralisée et scalable.

trilemme de la blockchain expliqué

Les différences entre la Preuve de Travail (PoW) et la Preuve d’Enjeu (PoS) : ce qu'il faut retenir


Les mécanismes de consensus Proof of Work (PoW) et Proof of Stake (PoS) sont 2 mécanismes différents pour sécuriser les blockchains, chacun ayant son lot d’avantages et d’inconvénients. Le PoW qui repose sur la puissance de calcul des mineurs est reconnu pour sa robustesse et sa résistance aux attaques, mais il est critiqué pour sa consommation énergétique et sa centralisation potentielle. Le PoS qui repose sur les cryptomonnaies mises en jeu par les validateurs est plus économe en termes de ressources, mais son accessibilité l’expose également à des risques de centralisation. Enfin, la preuve de travail et la preuve d’enjeu ne sont pas les seuls mécanismes de consensus. Bien qu’ils soient les plus utilisés, il existe également la Proof of History utilisée par la blockchain Solana, ou encore la Proof of Useful Work utilisée par la blockchain Flux.
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