Qu’est-ce que le proof of activity et comment fonctionne ce mécanisme de consensus ?

Qu’est-ce que le proof of activity ?

Le Proof of Activity est un mécanisme de consensus hybride pour la crypto dans lequel le proof of work et le proof of stake déterminent ensemble si un nouveau bloc est finalisé. En termes simples, les miners lancent le processus avec de la puissance de calcul, puis des détenteurs de coins sélectionnés aident à approuver le bloc.

La conception originale est apparue en 2014 et a été imaginée par Iddo Bentov, Charles Lee, Alex Mizrahi et Meni Rosenfeld. L’idée est de ne pas dépendre entièrement d’un seul groupe. Le mining fournit d’abord un résultat difficile à falsifier. Ce résultat détermine ensuite, de manière aléatoire, quels stakers peuvent participer.

Un miner trouve d’abord un en-tête de bloc. Il s’agit d’un petit ensemble d’informations qui renvoie notamment au bloc précédent. On peut le voir comme la preuve de départ d’un nouveau bloc. À partir de cet en-tête, le système choisit des détenteurs de coins qui doivent signer le bloc.

Point important à connaître : Proof of Activity est souvent abrégé en PoA, mais cet acronyme désigne aussi le Proof of Authority. Ce dernier est un mécanisme de consensus très différent, dans lequel des parties connues à l’avance valident les blocs.

À retenir

• Proof of Activity combine le proof of work et le proof of stake.
• Les miners lancent la production des blocs avec de la puissance de calcul.
• Ensuite, des détenteurs de coins sont sélectionnés pour signer le bloc.
• Dans la conception originale, la sélection des stakers dépend de l’en-tête de bloc trouvé.
• Proof of Activity est différent du Proof of Authority, malgré la même abréviation PoA.

Comment fonctionne le proof of activity ?

Dans la proposition originale, le Proof of Activity commence par le mining. Les miners essaient de trouver, grâce au proof of work, un en-tête de bloc valide et presque vide. Pour cela, ils doivent calculer un très grand nombre de hashes jusqu’à en trouver un qui respecte la difficulté du réseau.

Vient ensuite la phase de staking. L’en-tête trouvé désigne, à l’aide d’une méthode appelée follow-the-satoshi, un certain nombre de stakeholders pseudorandomisés. Ici, pseudorandomisé signifie que le résultat semble aléatoire, tout en suivant des règles fixes que chacun peut vérifier.

La probabilité d’être choisi dépend du nombre de coins détenus par la personne. Plus quelqu’un possède de coins, plus il a de chances d’être sélectionné. Les premiers stakeholders sélectionnés signent l’en-tête. Le dernier participant sélectionné rassemble les transactions, construit le bloc complet et l’envoie au réseau.

Dans la proposition originale, ce bloc complet est appelé un wrapped block. Il s’agit en réalité de l’en-tête vide du miner, complété par les transactions et les signatures nécessaires des stakers.

Exemple : supposons qu’un miner trouve un en-tête valide et que le protocole choisisse quatre stakeholders. Trois d’entre eux signent l’en-tête. Le quatrième ajoute des transactions, assemble le tout en un bloc complet et le signe lui aussi. Ce n’est qu’à ce moment-là que le bloc peut être diffusé.

Les nodes vérifient ensuite que tout respecte les règles. Pour choisir entre différentes versions de la blockchain, la conception originale suit la chaîne ayant la plus grande difficulté PoW cumulée, comme Bitcoin.

Les stakeholders sélectionnés sont hors ligne ? Dans ce cas, l’en-tête peut ne pas être finalisé. D’autres miners peuvent alors trouver de nouveaux en-têtes, ce qui amène le système à sélectionner d’autres stakeholders. Le nombre exact de signatures nécessaires et la manière dont les récompenses sont réparties varient selon le protocole.

Quel rôle jouent le mining et le staking dans le Proof of Activity ?

Dans le Proof of Activity, le mining et le staking ont chacun un rôle distinct. Le mining assure la phase PoW : les miners utilisent de la puissance de calcul pour trouver un en-tête valide ou un bloc candidat. Le staking assure ensuite la phase PoS : les détenteurs de coins sélectionnés vérifient et signent le résultat.

Le modèle utilise ainsi deux types de ressources économiques pour la sécurité :

• Hashrate : la puissance de calcul totale mobilisée par les miners.
• Stake : les coins qui déterminent la probabilité d’être sélectionné.

L’idée derrière ce mécanisme est assez logique. Une personne qui contrôle seulement beaucoup de matériel de mining ne peut pas, à elle seule, finaliser chaque bloc dans ce modèle. La participation de stakers sélectionnés est également nécessaire. Inversement, les stakers ne peuvent pas lancer un nouveau bloc sans la phase de mining.

Les règles précises varient toutefois fortement selon la blockchain. Decred est un exemple connu de système hybride PoW/PoS inspiré du Proof of Activity, mais qui ne fonctionne pas exactement comme la proposition originale sur le plan technique.

Chez Decred, les miners PoW créent les blocs. Ensuite, cinq tickets de staking choisis aléatoirement votent on-chain sur ces blocs. Au moins trois votes sont nécessaires. Pour un tel ticket, le DCR est temporairement immobilisé. Si le ticket vote avec succès, son détenteur récupère le DCR engagé, plus une récompense PoS. Si le ticket n’est pas disponible lorsqu’il est appelé, il manque le vote et la récompense.

Le staking ne signifie donc pas automatiquement que chaque holder valide en permanence. Il faut être sélectionné, et dans certaines conceptions, être aussi en ligne au bon moment.

Quelle est la différence entre le proof of activity et le proof of work ?

La grande différence est que le proof of work pur repose uniquement sur la puissance de calcul, tandis que le Proof of Activity nécessite, après le mining, des stakers sélectionnés pour finaliser un bloc.

Dans le PoW pur, les miners sont en concurrence pour trouver un nouveau bloc. Le miner qui obtient un résultat valide peut ajouter le bloc. Dans la conception originale du Proof of Activity, le mining effectue toujours ce premier travail, mais une couche de contrôle supplémentaire des détenteurs de coins s’ajoute ensuite.

Le Proof of Activity ne rend donc pas le mining inutile. Les miners doivent toujours utiliser du matériel et calculer des hashes. Les coûts énergétiques et matériels du PoW ne disparaissent pas.

L’objectif est toutefois qu’un attaquant doive prendre en compte non seulement le hashrate, mais aussi le stake des participants sélectionnés. Le niveau de protection supplémentaire dépend de la répartition du hashrate et des coins, du nombre de stakers en ligne et des règles utilisées par le protocole.

La conception originale visait à rendre la sécurité PoW potentiellement moins importante que dans un système entièrement PoW. La consommation d’énergie pourrait donc être plus faible. Ce n’est pas un résultat automatique : un modèle hybride reste dépendant du mining et peut donc toujours consommer beaucoup de ressources.

Quelle est la différence entre le proof of activity et le proof of stake ?

Dans le proof of stake pur, les validateurs sont responsables de la production des blocs via leur stake, tandis que le Proof of Activity a d’abord besoin d’un miner pour lancer le processus.

Dans un système PoS, les validateurs immobilisent des coins comme garantie et sont sélectionnés selon les règles du réseau pour créer ou vérifier les blocs. Il n’y a pas besoin de phase de mining PoW pour chaque bloc.

Avec le Proof of Activity, le fonctionnement est inverse et se déroule en deux étapes. D’abord, un miner trouve un en-tête valide grâce à la puissance de calcul. Cet en-tête détermine ensuite quels stakeholders signent et finalisent le bloc. Le Proof of Activity combine donc les coûts du mining avec une participation fondée sur le stake.

Le proof of stake n’est d’ailleurs pas un modèle unique. Ethereum utilise par exemple Gasper. Les validateurs y immobilisent de l’ETH, votent sur les blocs et peuvent perdre une partie de leur mise en cas de certains comportements malveillants. Cela s’appelle le slashing.

Decred n’est pas non plus une blockchain PoS pure. Là-bas, les miners créent les blocs et des tickets sélectionnés votent dessus. C’est précisément pour cette raison qu’il est plus juste de voir Decred comme une conception hybride PoW/PoS.

Quels sont les avantages du proof of activity ?

L’un des avantages du Proof of Activity est que le contrôle de la production des blocs peut être réparti entre les miners et les stakeholders. Le réseau ne dépend donc pas uniquement des acteurs disposant de beaucoup de puissance de calcul, ni seulement des grands stakers.

Dans la conception originale, une personne qui veut créer une chaîne alternative ne doit pas seulement être capable de miner. Elle doit aussi avoir suffisamment d’influence sur le stake sélectionné, ou amener les participants sélectionnés à coopérer. Selon les hypothèses du modèle, cela peut rendre une attaque plus coûteuse et plus difficile.

La phase de stake peut aussi inciter les détenteurs de coins à maintenir des nodes en ligne. Les miners ont généralement des coûts liés au matériel et à l’énergie. Les stakers ont, selon le modèle original, des coûts opérationnels plus faibles, ce qui peut rendre le rapport entre sécurité et récompenses plus favorable.

Un système hybride peut également associer des fonctions supplémentaires au staking. Decred en est un bon exemple : les tickets sélectionnés ne valident pas seulement les blocs créés par les miners, ils peuvent aussi voter sur des modifications prédéfinies des règles de consensus.

Chez Decred, les votes des tickets peuvent en outre influencer la récompense des miners. Si une majorité des tickets sélectionnés rejette le bloc précédent, le miner peut perdre la récompense correspondante. Les stakers disposent ainsi, dans ce protocole, d’un moyen de freiner certains comportements problématiques du mining, comme le fait de miner des blocs vides.

Il s’agit toutefois de caractéristiques d’une conception ou d’un protocole précis. Le simple label Proof of Activity ne dit pas automatiquement combien d’énergie une blockchain consomme ni à quel point une attaque serait difficile.

Quelles sont les limites et les risques du proof of activity ?

Le Proof of Activity n’élimine pas complètement les inconvénients du mining. Comme la phase PoW reste présente, il y a toujours des coûts énergétiques, des coûts matériels et une tendance à favoriser les miners les plus importants, capables de financer davantage de ressources.

La concentration du stake reste aussi un sujet. Dans la conception originale follow-the-satoshi, les participants qui possèdent davantage de coins ont plus souvent une chance d’être choisis comme signataires. Ils peuvent donc recevoir plus souvent des récompenses et gagner davantage d’influence.

La disponibilité constitue un deuxième risque pratique. Si un staker sélectionné est hors ligne, il ne peut pas signer. Dans la conception originale, un en-tête peut alors parfois ne pas être finalisé. Chez Decred, un ticket hors ligne au moment de son appel entraîne un vote manqué sans récompense. Le fait qu’une blockchain subisse ou non un retard dépend du nombre de votes requis et des règles de repli.

Les règles sont aussi plus complexes qu’avec un seul mécanisme de consensus. Il faut gérer le mining, la sélection du stake, les signatures, les récompenses et les règles applicables aux différentes versions de la blockchain. Cela exige un code rigoureux, des audits et des accords clairs au sein du protocole.

Chez Decred, les utilisateurs peuvent déléguer leurs tickets à des Voting Service Providers, aussi appelés VSP. Un tel service peut en théorie voter différemment de la préférence du détenteur du ticket. Cela serait visible et les utilisateurs pourraient changer de service, mais cela reste un risque lié à la délégation et à la centralisation.

En bref, un modèle hybride peut ajouter des obstacles supplémentaires pour les attaquants, mais il conserve aussi les risques propres au mining et au staking.

Où le proof of activity est-il utilisé ?

Decred est une blockchain fonctionnelle avec un modèle hybride PoW/PoS inspiré du Proof of Activity et d’une conception antérieure appelée MC2. Elle n’exécute pas exactement le protocole original du Proof of Activity, mais elle montre bien comment le mining et le staking peuvent fonctionner ensemble dans un même système.

Depuis le bloc 4 096, miné le 21 février 2016, chaque bloc Decred intègre les votes d’au moins trois tickets. Ces votes approuvent le contenu du bloc précédent. Les miners créent donc les blocs, mais ont besoin de la participation des détenteurs de tickets pour la validation.

La différence avec la proposition originale tient surtout à la sélection. Decred fonctionne avec un pool de tickets achetés à l’avance qui doivent d’abord mûrir. La conception originale sélectionne les stakeholders via follow-the-satoshi sur la base de l’en-tête que le miner vient de trouver.

En plus de Decred, Espers est parfois cité comme une application du Proof of Activity. Son fonctionnement actuel et son lien précis avec la conception originale ne sont pas clairs. Il n’est donc pas exact de dire que le Proof of Activity est aujourd’hui utilisé à grande échelle.

En résumé

Le Proof of Activity est une manière hybride d’organiser le consensus dans la crypto. Les miners lancent la production des blocs avec le proof of work, puis des stakers sélectionnés aident à vérifier et finaliser le bloc.

Cela peut répartir davantage le pouvoir sur une blockchain que le mining seul ou le staking seul. En même temps, le système reste dépendant du matériel de mining, des stakers disponibles et de règles soigneusement choisies. Decred montre comment une telle approche hybride peut fonctionner en pratique, même si elle diffère techniquement de la proposition originale du Proof of Activity.

Pour vous, l’essentiel est le suivant : le Proof of Activity n’est pas un modèle standard que l’on rencontre partout, mais une conception intéressante dans laquelle deux méthodes de consensus bien connues se rejoignent.