Qu'est-ce que le Proof of Stake et comment fonctionne-t-il ?
Qu'est-ce que le Proof of Stake ?
Le Proof of Stake (PoS) est un mécanisme de consensus utilisé par les blockchains pour valider les transactions et ajouter de nouveaux blocs grâce à la mise en jeu de cryptomonnaies. Ce processus s’appelle le staking et est plus économe en énergie que le Proof of Work (PoW), le mécanisme de consensus de Bitcoin. Le PoW consomme beaucoup d’énergie car les ordinateurs fonctionnent 24 heures sur 24 à résoudre des formules mathématiques complexes. Avec le PoS, les utilisateurs peuvent miser des cryptomonnaies sur le réseau via des nodes. Ainsi, les transactions peuvent être traitées sans nécessiter d’ordinateurs puissants. Plus il y a de nœuds, plus le réseau est décentralisé (à condition que les nœuds n’appartiennent pas à une même personne).
À retenir
- Le Proof of Stake (PoS) est un mécanisme de consensus économe en énergie qui valide les blocs en fonction de la mise en jeu (staking) de cryptomonnaies.
- Le PoS ne nécessite pas d’ordinateurs puissants, mais utilise le staking pour valider les transactions, ajouter de nouveaux blocs à la blockchain et sécuriser le réseau.
- Les petits utilisateurs peuvent déléguer leurs tokens à des validateurs via des pools de staking pour obtenir des récompenses.
- Plusieurs variantes de PoS existent, telles que Delegated PoS, Bonded PoS, Pure PoS, et des formes hybrides.
- Les grandes blockchains comme Ethereum, Cardano, Solana, Cosmos et Algorand utilisent PoS ou une de ses variantes.
- Les avantages du PoS incluent une faible consommation énergétique, une bonne scalabilité et une meilleure accessibilité.
Comment fonctionne le Proof of Stake ?
Le Proof of Stake fonctionne avec des nœuds et des validateurs. Un validateur est un nœud qui participe activement à la validation des transactions et à la proposition de nouveaux blocs. Tous les nœuds ne sont pas validateurs. Certains nœuds aident la blockchain sans valider les transactions. Les validateurs sont choisis aléatoirement en fonction du nombre de tokens qu’ils ont en staking : plus ils en ont, plus leurs chances de valider un bloc augmentent. En principe, tout le monde peut participer au staking, mais certaines blockchains exigent un minimum de tokens pour devenir validateur.
Voici comment cela fonctionne : un validateur est choisi par d’autres nœuds pour ajouter un bloc. Avant cela, il doit valider et traiter toutes les transactions. Ensuite, un nouveau bloc peut être créé et ajouté à la blockchain. Le validateur est récompensé par de nouveaux tokens en remerciement pour avoir aidé à sécuriser la blockchain et vérifié les transactions.
Sécurité du Proof of Stake
Les nœuds jouent un rôle crucial dans la sécurité du réseau. Ils vérifient que les validateurs effectuent correctement leur travail et ne tentent pas de manipuler le réseau. Si un validateur est suspecté d’agir malicieusement, un vote peut être organisé. Si 51 % des nœuds jugent ce validateur coupable, il est exclu du réseau. Des sanctions supplémentaires sont souvent appliquées. Elles varient selon la blockchain, mais consistent généralement en la perte totale ou partielle des tokens mis en staking.
C’est aussi la raison pour laquelle un nœud avec une mise importante a plus de chances de valider un bloc, car une forte mise indique que le nœud prend plus de risques et souhaite donc conserver une bonne réputation. Les critiques affirment que cela nuit à la décentralisation du réseau, car les gros validateurs ont plus de pouvoir pour ajouter des blocs et gagner des récompenses. De plus, ils ont plus d’influence lors des votes importants sur le réseau.
Staking pour les petits participants
Pour un petit participant, il peut être difficile de créer son propre nœud validateur. La concurrence est forte face à des nœuds beaucoup plus puissants, et la probabilité de valider un bloc est faible. De plus, des compétences techniques sont nécessaires. C’est pourquoi il est possible de prêter (déléguer) ses tokens à d’autres validateurs.
Sur de nombreuses blockchains, il est possible de déléguer des tokens à des validateurs existants via un pool de staking. Vous restez propriétaire de vos tokens, mais en les déléguant, vous augmentez la mise du validateur, ce qui augmente ses chances de valider un bloc. En échange, vous recevez une partie des récompenses obtenues par le validateur.
La délégation de tokens comporte toutefois certains risques. En prêtant vos tokens à un validateur, vous lui faites confiance. Si ce validateur agit de manière malveillante, il peut être sanctionné par les autres nœuds, et vos tokens peuvent être en danger.
Il est donc important de bien se renseigner avant de déléguer ses tokens à un validateur. Voici quelques critères à considérer :
- Examiner la réputation du pool de staking dans la communauté.
- Vérifier le temps de disponibilité du validateur (le nœud est-il constamment opérationnel ?).
- S’informer sur les éventuelles erreurs techniques passées et sanctions du validateur.
- Étudier les frais versés par le validateur (attention : des frais élevés ne signifient pas nécessairement une meilleure fiabilité).
- Regarder le nombre de délégataires et la mise totale (une forte mise et un grand nombre de délégataires peuvent indiquer fiabilité et décentralisation).
Quelles blockchains utilisent l’algorithme Proof of Stake ?
Le Proof of Stake est un mécanisme de consensus très populaire car il est beaucoup plus économe en énergie et scalable que le Proof of Work. De nombreuses blockchains majeures utilisent cette technologie. Voici les plus grandes cryptomonnaies utilisant Proof of Stake (PoS) :
Ethereum
L’exemple le plus connu est Ethereum. Au début, le réseau utilisait Proof of Work, puis est passé à Proof of Stake. Lors de la célèbre mise à jour Ethereum 2.0 (une série d’importantes mises à jour), Ethereum a adopté Proof of Stake après la mise à jour « The Merge » en 2022.
La raison du changement : des problèmes de scalabilité entraînant des frais de transaction élevés (parfois plusieurs centaines de dollars) et une faible vitesse de transaction.
Cardano
Cardano utilise un algorithme de consensus basé sur Proof of Stake appelé Ouroboros. Charles Hoskinson et son équipe ont jugé nécessaire d’adapter Proof of Stake pour garantir une meilleure sécurité.
Solana
Solana combine Proof of Stake avec un mécanisme de consensus propre appelé Proof of History (PoH). Solana est réputée pour sa grande vitesse, ses faibles coûts et sa forte scalabilité.
Cosmos
Cosmos utilise une variante appelée Tendermint PoS. Ce mécanisme combine le modèle PoS classique avec la Byzantine Fault Tolerance (BFT). C’est une variante très scalable, reconnue pour sa rapidité et sa sécurité. Cosmos se concentre sur l’interopérabilité et sert de lien entre différentes blockchains.
Algorand
Algorand utilise Pure Proof of Stake et sélectionne aléatoirement les validateurs qui pourront valider un bloc, ce qui favorise la décentralisation. Le réseau est rapide et peut traiter jusqu’à 1 000 transactions par seconde.
Quelles autres formes de Proof of Stake existent ?
De nombreuses variantes de Proof of Stake ont été développées, chacune avec ses propres caractéristiques et avantages. Voici les plus connues :
Delegated Proof of Stake (DPoS)
Avec le DPoS, le réseau choisit un nombre limité de validateurs par vote pour ajouter des blocs. Cela rend le système très scalable. Les votants reçoivent une part des récompenses gagnées par les validateurs. Le désavantage est que DPoS est plus centralisé que d’autres mécanismes PoS, car les mêmes validateurs détiennent le pouvoir en continu.
Exemple : Tron
Bonded Proof of Stake
Dans ce système, les tokens sont bloqués pour une période déterminée. On parle de bonding. En stakant via bonding, on aide le réseau à valider les transactions et on reçoit des récompenses. Cela donne également un droit de vote sur les mises à jour importantes. Plus on stake de tokens, plus on a de poids dans les votes. L’inconvénient est qu’on ne peut pas retirer ses tokens facilement, ce qui peut poser problème en cas de chute brutale des prix.
Exemple : Cosmos
Pure Proof of Stake
Cette forme vise avant tout à être très décentralisée et équitable. Les validateurs sont choisis aléatoirement et anonymement. Tout le monde a ainsi une chance de valider les transactions et de gagner des récompenses. Toutefois, avoir plus de tokens augmente la probabilité de valider un bloc.
Exemple : Algorand
Nominated Proof of Stake (NPoS)
Polkadot utilise le NPoS, un système où les nominators choisissent les validateurs appropriés. Les nominators attribuent leurs tokens en staking à un validateur. Plus un validateur reçoit de soutien, plus il a de chances de valider un bloc.
Exemple : Polkadot
Effective Proof of Stake
Dans ce modèle, les participants les plus anciens reçoivent les plus grandes récompenses. Plus on participe longtemps, plus les gains sont élevés. Cela encourage une participation active et durable.
Exemple : Harmony
Anonymous Proof of Stake
Dans l’Anonymous PoS, l’identité des stakers est anonyme. Il combine la confidentialité avec le PoS. Tout le processus — validation, ajout de blocs et distribution des récompenses — est anonyme.
Exemple : PIVX
Leased Proof of Stake
Ce mécanisme permet aux utilisateurs de prêter directement leurs tokens à des validateurs, afin de participer et d’obtenir des récompenses de staking. Les validateurs regroupent les tokens loués et les utilisent pour ajouter de nouveaux blocs. Le validateur a un contrôle sur les conditions, mais les prêteurs peuvent changer de validateur si les conditions sont inacceptables.
Exemple : Waves
Hybrid Proof of Stake
Le Hybrid PoS combine PoS et PoW. Ce système vise à combiner la sécurité du Proof of Work avec la scalabilité du Proof of Stake. Il utilise souvent PoW pour la production de blocs et PoS pour leur validation.
Exemple : DASH
Secure Proof of Stake
Ce système, utilisé par Elrond, sélectionne les validateurs selon leur réputation et leur mise. Chaque staker reçoit un score qui varie selon son comportement. Cela rend le système transparent. Un mauvais comportement nuit à la réputation et réduit les chances de valider des transactions. Toute manipulation est sévèrement sanctionnée.
Exemple : Elrond
Thresholded Proof of Stake
Ce système, implémenté par NEAR Protocol, ne distribue des récompenses que lorsque certains seuils sont atteints. Ces seuils dépendent de l’activité du réseau et de la quantité de tokens mis en staking.
Exemple : NEAR
Avantages et inconvénients de Proof of Stake
| Avantages de Proof of Stake | Inconvénients de Proof of Stake |
|---|---|
| Efficacité énergétique : le PoS ne nécessite pas de calculs énergivores. | Centralisation : les utilisateurs disposant de nombreux tokens ont plus d’influence sur le réseau. |
| Scalabilité : plus de transactions par seconde grâce à une validation plus efficace. | Périodes de blocage : les tokens sont souvent bloqués durant le staking. |
| Accessibilité : participation possible sans matériel coûteux via le staking. | |
| Finalité plus rapide : les blocs sont rapidement et définitivement confirmés. | |
| Flexibilité de conception : possibilités innovantes comme la nomination ou le leasing. |
Proof of Stake vs Proof of Work
| Caractéristique | Proof of Stake (PoS) | Proof of Work (PoW) |
|---|---|---|
| Processus de validation | Les validateurs sont choisis en fonction du staking | Les mineurs résolvent des énigmes complexes |
| Consommation d’énergie | Faible | Élevée |
| Exigences matérielles | Ordinateur standard ou appareil mobile suffisant | Matériel spécialisé de minage requis |
| Scalabilité | Souvent très scalable, notamment avec des technologies comme le sharding | Scalabilité limitée en raison de processus intensifs en calcul |
| Accessibilité | Plus accessible pour la participation | Participation difficile en raison de l’expertise et du matériel coûteux requis |
| Sécurité | Dépend de la mise en œuvre | Éprouvée, mais vulnérable aux attaques à 51 % |
| Exemples | Ethereum, Cardano, Cosmos | Bitcoin, Dogecoin |
À retenir
Proof of Stake offre une alternative efficace et durable aux systèmes traditionnels de Proof of Work. Bien qu’il existe un risque de centralisation et que les tokens puissent être temporairement bloqués, il permet une large participation et reste accessible. De plus, le PoS est très scalable et peut traiter les transactions à grande vitesse. Grâce à ses nombreuses variantes et applications, le PoS est devenu un pilier essentiel dans le monde de la technologie blockchain.
