Maintenir l'accord entre les participants sur l'état actuel d'une blockchain est le rôle clé de son mécanisme de consensus. Ce mécanisme détermine les personnes autorisées à ajouter de nouveaux blocs de transactions. L'objectif principal du mécanisme de consensus est d'empêcher la réécriture de la chaîne.
Le mécanisme de consensus principal utilisé dans des blockchains comme Bitcoin est la preuve de travail pure. Ce mécanisme permet aux mineurs d'ajouter de nouveaux blocs à la blockchain en devinant la solution à un problème mathématique à l'aide de matériel spécialisé. Lorsqu'un mineur trouve une solution valide, il peut construire un bloc qui est accepté par le réseau. Bien que les mineurs puissent miner sur n'importe quelle chaîne, la chaîne légitime est déterminée par le réseau en fonction de la preuve de travail cumulée la plus importante, ce qui se traduit par la chaîne la plus longue avec le plus de hachages ou d'essais.
Les mineurs sont incités à miner sur la chaîne la plus longue en raison de l'inclination du réseau à accepter cette chaîne comme légitime. Lorsqu'un mineur identifie un nouveau bloc valide, il tente de trouver une solution pour le bloc suivant qui lui permet de construire par-dessus le précédent.
La difficulté à réécrire la blockchain est le fondement de son utilisation comme registre de transactions financières. Une fois qu'une transaction envoyant des pièces à un portefeuille apparaît dans un bloc et que plusieurs blocs sont construits par-dessus (confirmations), la probabilité que ce bloc (et la transaction) soit réécrit est faible.
Dans les cryptomonnaies en preuve de travail pure, si une entité possède suffisamment de puissance de hachage pour dépasser la chaîne honnête, elle peut réécrire ou réorganiser la blockchain en minant sur un ancien bloc au lieu du plus récent. Ce type d'attaque est aussi appelé attaque à 51 %.
L'attaquant dépense des pièces dans le bloc X en les envoyant à une bourse et commence en privé à miner une chaîne parallèle. Les blocs ne sont pas diffusés au réseau. Après le nombre requis de confirmations, l'attaquant échange les pièces contre autre chose et les retire de la bourse. Une fois le retrait effectué, l'attaquant publie la chaîne parallèle. Si la chaîne parallèle contient plus de preuve de travail que la chaîne originale, elle sera acceptée par le réseau comme la chaîne légitime, et la version de l'histoire représentée par la chaîne originale, y compris le dépôt de l'attaquant, disparaîtra. L'attaquant est alors libre de dépenser les pièces à nouveau.
Les mineurs jouent un rôle crucial dans la gouvernance des cryptomonnaies PoW pures, car ils sont les seuls à pouvoir ajouter des blocs directement à la chaîne. Pour que des changements aux règles de consensus du réseau soient implémentés, ils doivent bénéficier du soutien de la majorité de la puissance de hachage. Les soft forks nécessitent qu'un nombre suffisant de mineurs reconnaisse un nouvel ensemble de règles, permettant aux utilisateurs d'effectuer des transactions et d'attendre qu'elles soient traitées et incluses dans des blocs. En revanche, les hard forks diviseraient le réseau en deux composantes, et les mineurs décideraient laquelle d'entre elles est acceptée comme légitime, selon la règle largement acceptée « la chaîne avec le plus de preuve de travail est la bonne chaîne à suivre ».
Le consensus par preuve d'enjeu (Proof of Stake) est une alternative à la preuve de travail pour décider qui peut ajouter de nouveaux blocs et valider l'état actuel de la blockchain. Au lieu que des mineurs rivalisent pour résoudre un problème, le prochain producteur de bloc est déterminé par le nombre de pièces détenues dans des portefeuilles (ou « mises »). Ce système fondé sur la confiance suppose que ceux qui détiennent le plus de stake prendront des décisions responsables pour l'ensemble du réseau.
Le PoS élimine le besoin d'un minage énergivore. Cependant, l'absence de dépenses énergétiques significatives crée un autre problème, connu sous le nom de « rien en jeu ». En cas de chaîne forkée, les forgerons PoS sont incités à valider les blocs sur les deux chaînes parce que cela leur coûte très peu de travailler sur une chaîne supplémentaire, et ils peuvent collecter des récompenses sur les deux chaînes. C'est un problème pour le réseau car il ne devrait y avoir qu'une seule chaîne, et l'accord sur l'état de cette unique chaîne est tout l'objet du mécanisme de consensus.
La preuve d'enjeu a un problème supplémentaire concernant la distribution des tokens. Les mineurs PoW ont des coûts importants comme le matériel et l'électricité et doivent vendre une part significative des pièces minées pour couvrir ces coûts. En conséquence, de nombreuses pièces minées sont disponibles à l'achat sur le marché, plutôt que thésaurisées par les mineurs. Cependant, les forgerons PoS ont des coûts opérationnels très faibles, ils n'ont donc pas la même pression pour vendre les pièces qu'ils reçoivent en maintenant le réseau. Les gros détenteurs qui participent au PoS tendent à augmenter leur part des pièces en circulation en collectant les récompenses de bloc et les frais de transaction. Cela a été comparé au féodalisme, où le réseau est effectivement possédé et opéré par les détenteurs de pièces, et les utilisateurs leur payent une sorte de loyer pour l'utiliser. En général, il existe un seuil en dessous duquel il n'est pas possible de participer directement au PoS.
Decred est une cryptomonnaie unique qui utilise à la fois PoW et PoS pour créer un mécanisme de consensus hybride. L'objectif des systèmes hybrides est de compenser les faiblesses de chaque approche et de capturer les avantages de chacune. Bien que les « masternodes » soient aussi des hybrides, cet article se concentre sur les pièces hybrides basées sur le PoS et non sur celles qui imitent les masternodes ou la Preuve de Service.
Le composant PoW de Decred utilise la fonction de hachage Blake-256, similaire à d'autres projets basés sur le PoW. Cependant, son composant PoS est unique. Pour participer au PoS, les détenteurs doivent verrouiller dans le temps leur DCR pour acheter des « tickets » et les acquérir via un mécanisme semblable au marché où le système vise un nombre déterminé de tickets vivants (40 960). Lorsqu'une personne achète un ticket, les DCR utilisés sont verrouillés jusqu'à ce que son ticket soit appelé pseudo-aléatoirement pour voter ou jusqu'à son expiration. Cela introduit un coût d'opportunité pour le PoS, garantissant que les votants PoS ont de l'enjeu et agissent dans l'intérêt du réseau.
Les participants PoS, aussi appelés parties prenantes, ont trois rôles distincts : le vote sur les blocs, le vote sur les changements des règles de consensus et le vote sur la gestion au niveau projet via le système de propositions Politeia. Le premier de ces rôles, le vote sur les blocs, est la manière la plus directe pour les votants PoS de participer au maintien du consensus.
Le design hybride PoW/PoS de Decred donne du pouvoir aux parties prenantes sur les mineurs PoW, leur permettant de mettre leur veto sur des changements aux règles de consensus du réseau. La couche de vérification PoS implique la sélection aléatoire de tickets pour voter sur la validité des nouveaux blocs. Pour qu'un bloc soit valide, il doit recevoir des votes d'au moins 3 des 5 tickets sélectionnés. Les votants PoS gardent leurs portefeuilles ouverts et prêts à répondre aux appels au vote et reçoivent une récompense pour avoir répondu.
Lorsqu'un ticket est appelé à voter, son propriétaire peut soit accepter soit rejeter les transactions régulières du bloc précédent. Si au moins 3 votes ne sont pas reçus, le nouveau bloc ne sera pas reconnu comme valide par le réseau. Les votants PoS peuvent rejeter un comportement malveillant ou inefficace en votant « non », ce qui peut empêcher de mauvais mineurs PoW de recevoir des récompenses. Ce pouvoir est séparé de leurs propres récompenses, qui ne peuvent pas leur être retirées par les mineurs PoW.
Cette couche PoS renforce la résistance du réseau aux attaques de majorité. Les attaques de double dépense nécessitent de miner une chaîne alternative en secret, ce qui n'est pas possible dans Decred car l'apport de tickets sélectionnés aléatoirement est requis pour que les nouveaux blocs soient considérés comme valides. De plus, le système hybride augmente le coût d'attaquer le réseau en exigeant qu'un attaquant contourne à la fois les systèmes PoW et PoS. L'acquisition lente des tickets rend également difficile pour un attaquant d'accumuler suffisamment de pouvoir pour mener une attaque.
L'exigence que chaque bloc soit voté par des parties prenantes sélectionnées aléatoirement renforce la sécurité du réseau. De plus, la blockchain est partagée avec tous les participants au fur et à mesure de son minage. Dans l'ensemble, le design hybride PoW/PoS de Decred a été soigneusement conçu pour accorder aux parties prenantes un contrôle significatif sur le réseau, tout en offrant une sécurité contre les attaques.
Pour donner aux parties prenantes PoS davantage de contrôle sur la gouvernance de la blockchain, Decred a intégré un processus de ratification des mises à jour dans les règles de consensus. Les changements aux règles de consensus du réseau ne sont mis en œuvre qu'après avoir passé un processus de vote et avoir été approuvés par au moins 75 % des tickets votants. Pour initier ce processus, une certaine proportion de mineurs (95 %) et de votants (75 %) doit exécuter un logiciel mis à jour avec des changements latents aux règles. Une proposition fait l'objet d'une période de vote de 4 semaines et si elle reçoit 75 % de soutien, elle est acceptée, sinon elle est rejetée. Si une proposition échoue à obtenir soit une supermajorité soit une majorité simple, un nouveau vote est organisé. Après l'approbation d'une proposition, le changement de règle prend effet un mois plus tard.
La répartition des récompenses de bloc de Decred est telle que 60 % vont aux mineurs PoW, 30 % aux votants PoS et 10 % à une Trésorerie qui finance le développement de logiciels open source faisant progresser les objectifs du projet. Les détenteurs de tickets exercent leur souveraineté en votant sur l'utilisation du fonds de la Trésorerie, sur les fonctionnalités à inclure et en établissant des politiques via la plateforme Politeia.
La blockchain Decred emploie un système hybride PoW/PoS, ce qui la distingue des autres projets du groupe PoS. Les votants PoS reçoivent seulement 30 % de la récompense de bloc, ils ne peuvent donc pas maintenir leur part relative de DCR en circulation uniquement en stakeant. La majorité des DCR nouvellement créés est attribuée aux mineurs PoW qui contribuent à sécuriser le réseau et à résoudre le problème du « rien en jeu » auquel les systèmes PoS purs sont confrontés. Pour couvrir leurs dépenses opérationnelles, les mineurs doivent généralement vendre une proportion considérable des récompenses qu'ils reçoivent, ce qui maintient une offre équitable de DCR sur le marché.
Bien que la blockchain de Decred soit architecturalement unique, les projets futurs utilisant des approches hybrides PoW/PoS ne suivront pas nécessairement le cadre de Decred. Il s'agit d'un groupe général avec des variations significatives, à l'instar des projets utilisant le consensus PoS.