La confiance et la sécurité sont vitales pour la technologie blockchain, et le mécanisme de consensus byzantin de tolérance aux pannes (BFT) est au cœur de la sécurité d'une blockchain.
BFT garantit que les blockchains continuent de fonctionner, même si certains participants au réseau ne sont pas fiables ou malveillants. Alors, qu'est-ce que BFT, comment ça marche et pourquoi est-ce si crucial pour la technologie blockchain ?
Qu'est-ce que la tolérance aux pannes byzantine?
La tolérance aux pannes byzantine fait référence à la capacité d'un réseau ou d'un système à continuer à fonctionner même lorsque certains composants sont défectueux ou ont échoué.
Avec un système BFT, les réseaux blockchain continuent de fonctionner ou de mettre en œuvre des actions planifiées tant que la plupart des participants au réseau sont fiables et authentiques. Cela signifie que plus de la moitié ou des deux tiers des nœuds du réseau blockchain doivent accepter de valider une transaction et de l'ajouter au bloc.
Pour que les nœuds compromis causent de la malveillance sur une blockchain byzantine tolérante aux pannes, ils doivent être majoritaires. Cette malveillance peut prendre la forme de doubles dépenses, d'un 51% attaque, un Attaque de Sybille, et ainsi de suite.
La tolérance aux pannes byzantines dans la technologie blockchain provient du problème général byzantin mis au point par Leslie Lamport, Marshall Pease et Robert Shostak. Ce concept est devenu important lorsqu'ils ont publié un article, avec une copie hébergé par Microsoft, appelé 'Le problème des généraux byzantins (PDF)' en 1982.
Lamport, Pease et Shostak ont décrit le cas d'un groupe de généraux de l'armée byzantine campant à l'extérieur d'une ville ennemie. Chaque général avait sa propre armée et devait communiquer et prendre une décision unanime sur l'opportunité d'attaquer ou de battre en retraite.
Le problème était de mener une action commune au milieu de généraux compromis. Ce dilemme a été appelé une faute byzantine, et lorsqu'un système s'attaque avec succès à ce problème, on dit qu'il est tolérant aux fautes byzantines.
Le concept byzantin de tolérance aux pannes a ensuite été appliqué au réseau blockchain de crypto-monnaie. Dans l'espace crypto, les généraux sont les nœuds qui valident les transactions crypto.
Comment fonctionne la tolérance aux pannes byzantine?
Les réseaux décentralisés implémentent la tolérance aux pannes byzantines via des règles ou des protocoles de consensus. Tous les nœuds du réseau doivent adhérer à ces protocoles ou algorithmes s'ils veulent participer à la validation et au traitement des transactions.
Pour qu'une transaction soit validée, traitée et ajoutée à un bloc croissant, la plupart des nœuds doivent convenir que la transaction est authentique via l'algorithme de consensus du réseau. Bitcoin, Ethereum et d'autres chaînes de blocs de preuve de travail (PoW) et de preuve de participation (PoS) utilisent des algorithmes BFT.
Dans l'algorithme de consensus PoW, les mineurs du réseau résolvent des énigmes cryptographiques pour valider et produire des blocs enregistrant les transactions. Le mineur qui résout les énigmes en premier remporte le droit d'ajouter la transaction au bloc croissant et de gagner la récompense du bloc. Mais le mineur doit publier la preuve qu'il a résolu le puzzle pour ajouter le bloc.
Le processus de minage dans les blockchains PoW nécessite des ordinateurs ou des plates-formes de minage coûteux. Ce coût élevé décourage les mineurs de partager de fausses informations car les autres participants les rejetteraient. Cela réduit également la probabilité que des acteurs malveillants prennent le contrôle de la plupart des nœuds du système.
Pendant ce temps, avec le mécanisme de consensus PoS, vous devez misez un certain nombre de jetons cryptographiques pour gagner le droit de valider la transaction. Ensuite, si le protocole réseau vous sélectionne, vous pouvez ajouter la transaction au bloc croissant et gagner la récompense du bloc.
Les systèmes PoS résolvent les failles byzantines en utilisant différentes méthodes. Par exemple, Ethereum utilise l'algorithme Casper, qui nécessite au moins les deux tiers des nœuds pour parvenir à un consensus sur les blocs. En fin de compte, les systèmes PoS ont besoin que la plupart des nœuds se mettent d'accord sur les blocs avant de pouvoir les ajouter.
Ces blockchains utilisent des algorithmes de consensus BFT pour résister aux nœuds minoritaires qui ne sont pas d'accord avec le consensus. De cette façon, le réseau blockchain peut poursuivre sa fonction en rejetant les transactions défectueuses ou malhonnêtes.
Le rôle de la tolérance aux pannes byzantine dans la technologie Blockchain
La technologie Blockchain repose sur la tolérance aux pannes byzantine pour ces raisons :
- BFT maintient le réseau blockchain fonctionnel en permanence, même avec certains nœuds en désaccord.
- Il maintient le réseau sécurisé, empêchant la malveillance qui peut prendre la forme d'une attaque à 51% (ou attaques Sybil) ou d'une double dépense.
Limites de la tolérance aux pannes byzantine
La tolérance aux pannes byzantine a apporté d'énormes avantages à l'industrie de la blockchain. Cependant, le système a encore des problèmes, en particulier l'algorithme pratique de consensus byzantin tolérant aux pannes (pBFT).
La tolérance aux pannes byzantine pratique est une forme optimisée de la tolérance aux pannes byzantine originale. pBFT fonctionne via un système asynchrone composé d'un nœud principal principal et d'autres nœuds de sauvegarde. Dans ce système, les nœuds malveillants ne peuvent pas être plus que les nœuds honnêtes, généralement pas jusqu'à un tiers. Les nœuds communiquent toujours entre eux pour s'assurer que la plupart des nœuds (les honnêtes) s'accordent sur l'état du réseau.
Certaines limitations du pBFT incluent ce qui suit :
- Communication élevée: pour rester fonctionnel, le système nécessite une communication accrue entre les nœuds. Ce processus prend du temps et entraîne des problèmes d'évolutivité.
- Problèmes d'évolutivité: pBFT a des problèmes d'évolutivité, en particulier avec des réseaux très étendus.
- Faible sécurité: pBFT est sujet aux attaques Sybil, où un nœud du réseau prétend être 51 % des autres nœuds pour dominer le réseau et causer de la malveillance.
Six plates-formes populaires basées sur la blockchain BFT
Voici quelques blockchains qui intègrent les mécanismes byzantins de tolérance aux pannes.
1. Bitcoin
Bitcoin intègre la tolérance aux pannes byzantines dans son réseau via le protocole de consensus de preuve de travail. L'algorithme de consensus PoW de la blockchain oblige tous les nœuds de la blockchain à vérifier la structure des données, la taille du bloc, l'horodatage du bloc, le hachage de l'en-tête du bloc et la première transaction sur chaque donnée. Ce processus, appelé hachage de données, utilise la puissance de calcul.
2. Ethereum
Utilisant auparavant PoW, la blockchain Ethereum est passée à un système PoS qui résout ses problèmes byzantins. Les validateurs de réseau jalonnent leurs jetons Ether, et le protocole sélectionne des validateurs honnêtes pour traiter les transactions, valider les blocs et voter pour un chef de chaîne. Le protocole oblige les jalonneurs à être honnêtes, ce qui rend l'attaque du réseau d'un coût prohibitif.
3. EOS
La blockchain EOSIO parvient à un consensus via une couche tolérante aux pannes byzantines asynchrones (aBFT) et une couche de preuve de participation déléguée (DPoS). La couche aBFT confirme chaque bloc de transactions jusqu'à ce qu'il soit le dernier bloc irréversible (LIB). La couche DPoS confirme ensuite que la LIB est le bloc final et irréversible.
4. Ondulation
Ripple n'utilise ni les mécanismes de consensus PoW ni PoS. Au lieu de cela, il utilise le protocole de consensus XRP Ledger, un mécanisme de consensus byzantin tolérant aux pannes. La blockchain continue de fonctionner normalement si les validateurs non fiables représentent moins de 20 % du total des validateurs. Ce système évite les doubles dépenses et améliore l'intégrité de la blockchain.
5. Kadéna
Kadena utilise un mécanisme de consensus ScalableBFT pour confirmer les blocs. La blockchain combine le système PoW de Bitcoin avec la modification du consensus de blockchain parallèle multiple décentralisé mécanismes économes en énergie, évolutifs et sécurisés et offrant un résultat bien meilleur que celui de Bitcoin système. Cette configuration, appelée "Chainweb", permet à Kadena d'effectuer jusqu'à 480 000 transactions par seconde (TPS) avec 20 chaînes exécutées simultanément.
6. Quorum
Le mécanisme de consensus pour le cryptosystème Quorum est le mécanisme de consensus de tolérance aux pannes byzantines d'Istanbul (IBFT). QuorumChain délègue les droits de vote à un pool de nœuds (validateurs); un nœud devient le proposant pour initier la confirmation de bloc tandis que les autres nœuds valident le bloc. Si plus d'1/3 des nœuds du pool se comportent de manière incorrecte, le bloc ne sera pas inséré.
L'avenir de la tolérance aux pannes byzantine est prometteur
Tant que les crypto-monnaies et la technologie blockchain continueront d'exister, la tolérance aux pannes byzantines et d'autres mécanismes de consensus existeront également. Cependant, ces mécanismes continueront probablement d'évoluer.
Initialement, Ethereum a intégré BFT en utilisant PoW, mais Ethereum est passé de PoW à PoS et a mis à jour son algorithme BFT. De même, vous continuerez à voir des systèmes plus récents et meilleurs avec le temps. N'oubliez pas que l'espace crypto évolue constamment.
