Preuve de travail (PoW)

La création d’un protocole de preuve de travail pour parvenir à un consensus entre les dispositifs d’un réseau distribué est sans doute le couronnement du succès du fondateur de Bitcoin, Satoshi Nakamoto. Ce faisant, il a établi les bases de la technologie révolutionnaire qu’est la blockchain.

La preuve de travail (PoW) est un protocole de consensus introduit par Bitcoin qui est largement utilisé par de nombreuses autres cryptomonnaies. Ce processus est connu sous le nom d’exploitation minière et, en tant que tel, les nœuds du réseau sont connus sous le nom de « mineurs ». La « preuve de travail » se présente sous la forme d’une réponse à un problème mathématique, qui exige un travail considérable, mais qui est facilement vérifiable une fois la réponse obtenue.

La seule façon de résoudre ces énigmes mathématiques est de passer par des nœuds sur le réseau, en exécutant un processus long et aléatoire de présentation des réponses sur une base d’essais et d’erreurs. Techniquement, cela signifie que le problème pourrait être résolu du premier coup, bien que cela soit extrêmement improbable, au point que cela soit pratiquement impossible. La réponse doit être un nombre inférieur au hash du bloc pour qu’il soit accepté, connu sous le nom de ‘hash cible’.

Un hash cible est un nombre que l’en-tête d’un bloc haché doit être égal ou inférieur à celui d’un nouveau bloc, avec la récompense, pour être attribué à un mineur. Plus une cible est basse, plus il est difficile de générer un bloc. Un mineur continue à tester différentes valeurs uniques (connues sous le nom de nonces) jusqu’à ce qu’une valeur appropriée soit produite. Le mineur qui parvient à résoudre l’énigme extrait le bloc suivant, l’ajoute à la chaîne et valide les transactions qu’il contient, et reçoit la récompense associée au bloc.

Le processus consiste à s’assurer que chaque bloc confirmé dans la chaîne récompense le mineur dans la cryptomonnaie qu’il extrait grâce aux frais de transaction perçus pour l’envoi de devises sur le réseau, ainsi que toute récompense prédéterminée. Elle garantit que les mineurs sont incités à continuer à maintenir une blockchain, car ils sont récompensés pour ce qu’ils font.

Ces récompenses sont particulièrement importantes en raison de la complexité des énigmes qui sont résolues car le processus est extrêmement coûteux, tant en termes de temps que de puissance de calcul. Garder ces mineurs motivés est une fonction clé d’un protocole, car ils sont en un sens la base qui permet au système de continuer à fonctionner. Des systèmes tels que la preuve du travail sont utilisés afin que les transactions ne puissent pas être contrefaites, car les données requises pour ce faire sont extrêmement difficiles à produire, mais faciles à vérifier.

CPU Mining – Utilisation du CPU d’un ordinateur normal pour valider les transactions dans un protocole consensuel de preuve de travail.
GPU Mining – Ceci n’est pas différent de l’extraction du CPU mining, cependant dans ce cas, une carte graphique est utilisée. Les cartes graphiques sont plus puissantes tout en consommant relativement moins d’électricité.
FPGA Mining – Autrement connu sous le nom de « Field-Programmable Gate Array mining ». Un FPGA est un circuit adapté à une tâche informatique spécifique, ce qui le rend plus rapide à l’exploitation minière que les processeurs normaux.
ASIC Mining – Il s’agit d’un « circuit intégré spécifique à l’application », un circuit adapté à un usage particulier. Les ASIC surpassent facilement les CPU, GPU et FPGA en vitesse et en efficacité, ils ne sont généralement utilisés que pour l’extraction de bitcoin.
Mining Pools – Pour augmenter la probabilité de réussir l’exploitation d’une minière d’un bloc, les mineurs mettent en commun leurs ressources, en partageant toutes les récompenses potentielles en fonction de la contribution de chaque mineur.
Cloud mining – Certains mineurs louent leur capacité de minage à d’autres mineurs pour une période de temps déterminée.

Le système de preuve du travail est spécifiquement conçu pour être difficile et nécessite une puissance de calcul considérable pour s’assurer qu’un trop grand nombre de bitcoins ne sont pas extraits trop rapidement, préservant ainsi un approvisionnement constant et une incitation pour les mineurs à entretenir le réseau. Essentiellement, la sécurité du réseau est assurée physiquement par du matériel spécialisé. En tant que tel, la preuve de travail peut être considérée comme n’étant pas un protocole infiniment évolutif puisque le matériel et l’électricité dépensés pour alimenter ce matériel sont limités en ressources.

En ce qui concerne la question du problème des généreaux byzantins, le protocole de preuve de travail traite le problème des noeuds byzantins à travers les nonces et la combinaison des messages dans des blocs. Chaque bloc a son propre nonce distinct. Ils ne sont utilisés qu’une seule fois afin d’ajouter un autre élément de difficulté dans la génération de hashes valides, en particulier pour éviter les précalculs et assurer l’équité. Malgré certains mérites, la preuve de travail est considérée comme un protocole de consensus imparfait, surtout si l’on considère la quantité d’énergie consommée pour le fonctionnement du protocole.

Par conséquent, il y a eu un virage vers des protocoles consensuels plus progressistes, comme le protocole de preuve d’enjeu délégué, qui est actuellement utilisé par Lisk.

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