Proof-of-Work VS Proof-of-Stake

Le PoW et le PoS en exemples

Proof of Work : exemple concret

Julien envoie 1 ETH (Ethereum) à Nicolas. Avant que la transaction soit finalisée, les mineurs doivent effectuer plusieurs vérifications :

• Ils doivent s’assurer que Julien est bien qui il prétend être et non un usurpateur.
• Ils doivent s’assurer que Nicolas est bien qui il prétend être et non un usurpateur.
• Ils doivent vérifier que Julien est bien en possession de l’ETH qu’il souhaite envoyer à Nicolas.
• Ils doivent opérer des calculs complexes selon des formules bien précises.
• Ils doivent s’assurer que l’ETH a bien été soustrait du wallet de Julien et additionné au wallet de Nicolas.
• Ils doivent inscrire cette transaction dans la blockchain ETH, où une trace sera présente indéfiniment.

 Proof of Stake : exemple concret

Julien envoie 1 ADA (Cardano) à Nicolas. Avant que la transaction soit finalisée, les validateurs doivent effectuer plusieurs vérifications :

• Ils doivent s’assurer que Julien est bien qui il prétend être et non un usurpateur.
• Ils doivent s’assurer que Nicolas est bien qui il prétend être et non un usurpateur.
• Ils doivent vérifier que Julien est bien en possession de l’ADA qu’il souhaite envoyer à Nicolas.
• Les validateurs sont sélectionnés en fonction du volume d’ADA qu’ils ont en leur possession.
• Ils peuvent en créer des blocs ou confirmer un pourcentage des transactions en fonction des tokens qu’ils ont en staking.
• Ils doivent s’assurer que l’ADA a bien été soustrait du wallet de Julien et additionné au wallet de Nicolas.
• Ils doivent inscrire cette transaction dans la blockchain d’ADA, où une trace sera présente indéfiniment.

Proof of Work : comment fonctionne la preuve de travail ?

C’est avec le créateur du Bitcoin, Satoshi Nakamoto, qu’est né le principe de Proof of Work en 2008. Dans ce système de validation des blocs de la blockchain, les mineurs se confrontent entre eux dans l’objectif de trouver la « preuve » en premier, c’est à dire le bon hash du bloc. Lorsqu’un mineur est le premier à trouver ce hash, il reçoit en retour une récompense dans la cryptomonnaie minée. Et c’est à travers cette récompense que de nouveaux tokens sont mis en circulation.

Les cryptomonnaies PoW

Si le Bitcoin (BTC) est la toute première cryptomonnaie à avoir utilisé le système de validation en preuve de travail, d’autres ont rapidement suivi. C’est notamment le cas d’Ethereum, de Dogecoin, de Litecoin ou encore de Monero.

Les avantages du Proof of Work

• La fiabilité. Le Proof of Work est la méthode de validation la plus ancienne. Elle a donc eu le temps de faire ses preuves, d’autant qu’elle est utilisée par la cryptomonnaie la plus utilisée sur la planète : Bitcoin.
• La sécurité. Le Proof of Work permet de sécuriser les transactions grâce à un vote à la majorité.
• La rentabilité. Le minage de cryptomonnaies Proof of Work est encore et aujourd’hui toujours rentable à condition de bénéficier de tarifs d’électricité intéressants.

Les inconvénients du Proof of Work

• L’empreinte écologique. Le Proof of Work nécessite une puissance de calcul phénoménale, apportée par des machines très énergivores. Les fermes de minage présentes dans de nombreux pays du monde comme au Kazakhstan ou au Canada ont une empreinte carbone particulièrement importante.
• Le coût de l’électricité. Cet inconvénient est intrinsèquement lié au précédent. La puissance de calcul nécessaire au PoW nécessite du matériel très énergivore, pouvant largement entraver la rentabilité de l’activité de minage.
• L’élitisme. Peu de particuliers peuvent aujourd’hui se permettent d’investir dans des machines puissantes et très chères, transformant peu à peu le minage en activité élitiste.

Proof of Stake : comment fonctionne la preuve d'enjeu ?

C’est justement pour faire mieux face à ces inconvénients, et notamment aux enjeux écologiques, qu’un nouveau système de validation a été mis en place. Créé en 2012, le protocole de Proof of Stake, ou preuve d’enjeu, fonctionne différemment. Lorsqu’il y a un bloc à valider, plusieurs validateurs mettent en jeu (« stake ») une certaine quantité de leurs propres tokens, qui leur reviendra une fois la validation effectuée. Une fois la transaction validée, le validateur reçoit une récompense grâce aux frais de transaction associés.

Le travail des validateurs consiste à préserver et à mettre à jour une copie du registre général des comptes (fichier blockchain) en faisant circuler les transactions et les pages d’un nœud d’un réseau à l’autre. Les validateurs doivent également s’assurer que les transactions répondent bien aux régulations mises en place par le réseau blockchain, en s’assurant par exemple que l’expéditeur n’envoie pas plus de cryptomonnaies qu’il n’en détient. Ce travail de validation nécessite évidemment de l’énergie, mais bien moins que l’énergie utilisée dans le cadre du minage de cryptomonnaies en mode PoW.

Les cryptomonnaies PoS

Peercoin a été la toute première cryptomonnaie à utiliser le Proof of Stake en 2012. Elle a rapidement été suivie par d’autres cryptomonnaies utilisées de par le monde comme Cardano (ADA), Solana (SOL) ou encore Algorand (ALGO).

Les avantages du Proof of Stake

• Peu énergivore. Parce qu’il ne nécessite pas d’énormes puissances de calculs ni de machines énergivores, le Proof of Stake s’avère bien plus durable et respectueux de l’environnement que le Proof of Work.
• La résistance aux attaques. Les calculs ont été faits, le PoS est plus de 50 % plus résistante aux attaques que le PoW. Cela est notamment dû au fait qu’avec le PoS, les mineurs ne sont pas en compétitions les uns avec les autres.
• La scalabilité. Le PoS possède également une meilleure scalabilité. C’est à dire que les transactions en PoS sont gérées bien plus rapidement que les transactions en PoW.

Les inconvénients du Proof of Stake

• L’élitisme. Parce que le PoS implique de choisir les validateurs qui mettent le plus de tokens en jeu, il peut en résulter que ce sont toujours les mêmes validateurs qui sont choisis et donc s’enrichissent.
• Le risque d’erreur. En misant sur un unique validateur, il existe des risques que ce dernier ne fasse pas correctement son travail. Toutefois, en cas de validation d’un bloc défaillant, le validateur risque de perdre la totalité des tokens mis en jeu, d’où la fiabilité du procédé. Des pools de validateurs en back-up pourraient également être mis en place prochainement pour remédier à cet éventuel problème.
• Le peu d’expérience. Contrairement au Proof of Work qui a déjà fait ses preuves, le PoS n’en est encore qu’à ses débuts. Il ne deviendra un étendard qu’après le lancement d’Ethereum 2.0, qui devrait passer du système Proof of Work au système Proof of Stake d’ici le troisième trimestre de l’année 2022.

Proof of stake : l'avenir de la blockchain ?

Pour beaucoup, le passage d’Ethereum du consensus PoW au consensus PoS est la preuve ultime que la preuve d’enjeu est l’avenir de la blockchain.

Les limites du PoW

Depuis quelques années déjà, le Proof of Work fait parler de lui pour les quatre problèmes majeurs qu’il soulève.

• Problème n°1 : les calculs deviennent de plus en plus complexes. Lorsque les premières cryptomonnaies ont vu le jour, les opérations mathématiques étaient plutôt simples. Aujourd’hui, près de 15 ans après le minage du tout premier Bitcoin, les mineurs doivent être équipés de cartes graphiques de plus en plus puissantes pour faire face aux difficultés de calcul. C’est d’ailleurs en partie l’une des raisons qui explique la pénurie actuelle de cartes graphiques sur le marché.
• Problème n°2 : la centralisation. Directement en lien avec cette course à la puissance, se pose un problème de centralisation. En effet, seuls les ordinateurs et les groupes d’ordinateurs les plus puissants parviennent à être rentables en minant. Il est donc possible qu’à l’avenir, seuls les acteurs les plus puissants parviennent à miner de la cryptomonnaie, ce qui viendrait à l’encontre même de l’esprit des cryptomonnaies, à savoir la décentralisation.
• Problème n°3 : l’impact environnemental. Pour effectuer ces calculs de plus en plus complexes, les machines utilisées pour le minage sont de plus en plus énergivores. Une étude publiée en 2021 par l’université de Cambridge démontre que la consommation d’énergie destinée au minage du Bitcoin représente à elle seule la consommation de toute l’Argentine. Ce coût environnemental est considéré comme étant absurde pour une monnaie virtuelle.
• Problème n°4 : l’engagement du validateur perdu. La preuve de travail nécessite un investissement de départ important pour le mineur. Entre les machines puissantes achetées pour effectuer les calculs, l’électricité dépensée et les frais de fonctionnement inhérents à l’activité de minage, tout l’investissement du mineur se retrouve perdu après quelques années. À l’inverse, le Proof of Stake permet aux validateurs de récupérer leur investissement lorsqu’ils souhaitent se retirer du jeu.

PoS : la solution ?

Techniquement, la preuve d’enjeu permet de résoudre les trois problèmes mentionnés ci-dessus, à l’exception peut-être de la centralisation. En effet, pour pouvoir devenir validateur, une personne doit détenir un nombre minimal de jetons, supérieur à ce que la plupart des personnes peuvent se permettre d’acheter. Pour Ethereum, par exemple, le nombre de jetons minimal pour devenir validateur sera établi à 32 ETH, ce qui correspond tout de même, en juin 2022, à plus de 32 000 euros.

La transition d’ETH vers la preuve d’enjeu a toutes les chances de révolutionner le monde des cryptomonnaies. Car à ce jour, les cryptomonnaies utilisant ce consensus restent minoritaires et moins populaires que beaucoup d’autres, à l’instar de NXT, de Cardano, de Peercoin ou encore de Tezos.

En plus de la forte diminution de l’impact écologique, l’adoption du consensus par une cryptomonnaie majeure telle que ETH pourrait totalement révolutionner la philosophie des blockchains, qui utilisent aujourd’hui majoritairement le proof of work. Si le PoS parvient à faire ses preuves sur la durée, il serait facilement imaginable que d’autres cryptomonnaies majeures suivent le chemin…

Conclusion

La preuve d’enjeu et la preuve de travail permettent toutes deux de valider et de sécuriser les transactions effectuées au sein de la blockchain. Utilisé depuis la création des cryptomonnaies, le PoW a depuis longtemps fait ses preuves en matière de sécurité, mais la dépense d’énergie immense, la centralisation autour des pools de minage et l’investissement perdu des mineurs en font un système de validation considéré par beaucoup comme dépassé. Plus récent, le PoS permet de pallier en partie ces défauts, notamment en matière de vitesse de transactions et de dépenses énergétiques. Toutefois, un problème de centralisation pourrait rapidement faire son apparition du fait du nombre de tokens nécessaires pour devenir validateur. Le passage prochain d’Ethereum au consensus de preuve d’enjeu devrait prochainement répondre aux questions en suspens.