Quel est le problème des généraux byzantins ?
Explication du problème des généraux byzantins
Le problème des généraux byzantins (Byzantine generals problem) est un problème théorique qui décrit les défis rencontrés par les systèmes décentralisés, comme les blockchains, lorsqu'ils cherchent à atteindre un consensus sans autorité centrale. Ce problème a été introduit en 1982 par Robert Shostak, Leslie Lamport et Marshall Pease. Il a été formulé comme une question théorique en informatique.
La question : comment un réseau dans lequel aucun participant ne peut vérifier l'identité ni l'intégrité d’un autre peut-il s'assurer qu’un consensus est atteint sur une seule version des faits ?
Une question très pertinente, étant donné que les réseaux décentralisés comme Bitcoin et Ethereum reposent sur la confiance dans un grand nombre de participants, plutôt que sur une entité centrale.
À retenir
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Le problème des généraux byzantins est une question théorique qui décrit comment les systèmes décentralisés, comme les blockchains, peuvent parvenir à un consensus sans autorité centrale.
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Ce problème montre qu'il est difficile d’atteindre un accord dans les réseaux sans autorité centrale. Chaque nœud doit prendre des décisions sans garantie que les autres soient honnêtes.
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La tolérance aux fautes byzantines (Byzantine Fault Tolerance – BFT) permet à un système de continuer à fonctionner même si certains participants agissent de manière malveillante. Tant que la majorité reste fiable, le système demeure stable.
D'où vient le nom "problème des généraux byzantins" ?
L’origine du nom est liée à une histoire intéressante. Après la chute de l’Empire romain d’Occident, l’Empire byzantin a vu le jour dans la partie orientale de l’ancien empire romain. Sa capitale était une ville riche et influente, appelée à l’origine Byzantion. En 330 après J.-C., cette ville fut renommée Constantinople, aujourd’hui connue sous le nom d’Istanbul.
Le problème des généraux byzantins fait référence à une situation où, lors du siège d'une ville, les généraux qui la défendent doivent tous prendre la même décision : se replier ou attaquer. Si un général prend une décision différente des autres, cela crée une faille dans la ligne de défense, menant potentiellement à une défaite.
Lorsqu’un des généraux prend une mauvaise décision, on parle alors d’une « faute byzantine », connue dans le monde de la cryptographie sous le nom de Byzantine Fault. Comment les généraux gèrent-ils cela ? Les messagers transmettent les décisions des uns aux autres. Si la majorité choisit une stratégie, tous les généraux doivent s’y conformer. Ainsi, la ligne de défense reste intacte. Si certains généraux vont à l’encontre de cette décision, ils sont considérés comme traîtres. Grâce à la décision majoritaire, le système peut continuer à fonctionner.
Le problème des généraux byzantins appliqué aux systèmes décentralisés
Cette histoire illustre en réalité les difficultés rencontrées par les systèmes décentralisés comme les blockchains. Si aucune personne (ou nœud, dans le monde de la cryptographie) ne peut prendre seule une décision (contrairement aux entités centralisées), il est essentiel de savoir clairement comment prendre une décision sans créer de confusion.
Le problème met en lumière le défi des systèmes décentralisés à atteindre un consensus, car il ne peut être supposé qu’un seul participant soit digne de confiance pour transmettre une information exacte.
Les entités centralisées ne sont pas confrontées au problème des généraux byzantins, car les décisions y sont prises par une seule entité, qui est également responsable de la diffusion d’informations exactes et fiables. Dans le secteur financier, les banques en sont un parfait exemple. On leur fait confiance pour gérer les fonds de manière intègre et conserver les données de transaction. En cas de fraude, des organismes publics peuvent les contrôler et les sanctionner.
La confiance repose donc davantage sur une autorité centrale. Cela apporte plus d'efficacité, mais aussi d’autres risques. En cas de panne ou d’attaque massive, l’ensemble du système peut être paralysé. Dans un système décentralisé, il est possible d’attaquer un nœud ou que celui-ci soit malveillant, mais il en reste suffisamment d’autres pour maintenir l'équilibre.
Qu’est-ce que la tolérance aux fautes byzantines ?
La solution à ce problème est la Byzantine Fault Tolerance (BFT). C’est un système sur lequel reposent les systèmes décentralisés. Il permet aux systèmes décentralisés, comme la technologie blockchain, de continuer à fonctionner même en présence de participants malveillants.
Avec la Byzantine Fault Tolerance, une majorité suffit pour atteindre un consensus.
Tolérance aux fautes byzantines dans la technologie blockchain
Bitcoin est l’exemple parfait d’un système intégrant la tolérance aux fautes byzantines (BFT). Bitcoin utilise le mécanisme de consensus Proof-of-Work pour vérifier les transactions et ajouter de nouveaux blocs à la blockchain. Pour cela, il fait appel à des mineurs (nœuds). Un mineur peut proposer un bloc contenant des transactions. Ce mineur est ensuite vérifié par les autres. Si plus de 51 % des mineurs approuvent le bloc, donc atteignent un consensus, celui-ci est ajouté à la blockchain. Cela permet de repérer et punir les mineurs malveillants.
Un mineur malveillant devrait en théorie disposer de 51 % de la puissance de calcul utilisée dans le processus de minage. C’est ce qu’on appelle une attaque des 51 %. En pratique, cela est presque impossible, car des milliers de mineurs dans le monde entier minent des bitcoins 24 heures sur 24.
En résumé
Le problème des généraux byzantins met en lumière la difficulté d’atteindre un consensus dans un réseau décentralisé où les participants ne peuvent pas se faire confiance. Grâce à la tolérance aux fautes byzantines, des blockchains comme Bitcoin peuvent malgré tout fonctionner et rester sécurisées, tant que la majorité des participants agit de manière honnête. Cela rend les systèmes décentralisés plus résilients aux pannes et aux attaques que de nombreuses alternatives centralisées.
