Comment différents protocoles résolvent-ils le problème des généraux byzantins ?

Quelle est la tâche des généraux byzantins ?

Le problème des généraux byzantins est une expérience logique applicable aux réseaux électroniques distribués. Son objectif est de trouver un moyen de synchroniser les participants indépendamment les uns des autres.

L'essence de la tâche :

« Les armées de plusieurs généraux (nœuds du réseau) assiègent la ville. Ils ne peuvent communiquer entre eux qu'en envoyant des messagers (transactions). La tâche clé est de se mettre d’accord sur un plan général d’attaque ou de retraite (consensus). Certains généraux sont des traîtres et veulent interférer avec le traité par tous les moyens possibles.»

Le premier article scientifique sur ce sujet a été publié en 1982 par Leslie Lamport, Robert Szostak et Marshall Pease. Le problème n'est valable que pour les systèmes distribués où il n'y a pas de nœud central auquel le reste des participants du réseau fait confiance. Dans le monde réel, un tel nœud pourrait être, par exemple, la banque centrale d'un pays, chargée d'émettre de la monnaie fiduciaire et de la répartir entre les comptes des banques commerciales.

Étant donné que les crypto-monnaies sont initialement construites sur les principes de la décentralisation sans un seul organe directeur, la solution à ce problème est devenue fondamentale dans la conception de réseaux basés sur la technologie blockchain.

Comment Satoshi Nakamoto a-t-il résolu le problème des généraux byzantins ?

En 2008, le créateur de Bitcoin, Satoshi Nakamoto, a proposé une solution pratique au problème des généraux byzantins. Il a développé le protocole Bitcoin et implémenté l’algorithme de consensus Proof-of-Work (PoW). Cela a permis d'éliminer l'élément de confiance en établissant des règles claires pour parvenir à un consensus (accord) entre les nœuds du réseau Bitcoin distribué (généraux).

L'algorithme PoW garantissait que chaque nœud était en mesure de confirmer que les autres nœuds avaient fait le travail correctement et honoraient le contrat. Ceci est réalisé grâce à la blockchain, à la cryptographie et à des incitations économiques pour les mineurs qui protègent le consensus des activités malveillantes.

Lorsqu’un nœud décide de faire le « mauvais travail », tous les autres participants le verront et empêcheront toute activité indésirable de se produire.

Quels algorithmes de consensus sont utilisés dans les crypto-monnaies ?

En plus de la preuve de travail, les solutions les plus courantes et les plus fiables au problème des généraux byzantins sont les algorithmes de preuve d'enjeu (PoS) et de tolérance aux pannes byzantines (BFT).

Le Proof of Stake (PoS) est la version la plus populaire sur le marché de la cryptographie. L'essence du mécanisme est qu'au lieu des mineurs, comme dans PoW, le contrôle du réseau a été confié aux propriétaires de la pièce native. Le principal avantage de cette approche est sa faible consommation d’énergie par rapport au PoW.

Byzantine Fault Tolerance (BFT) – conçue pour faire évoluer les réseaux blockchain PoS. Contrairement aux précédents, BFT utilise la prise de décision collective pour parvenir à un consensus. Les nœuds s'envoient des transactions jusqu'à ce que les ⅔ de tous les nœuds aboutissent au même résultat.

Il existe de nombreuses modifications et algorithmes hybrides sur le marché. L’un d’eux est Tendermint, qui sous-tend la blockchain Cosmos, où la preuve de participation déléguée (DPoS) et le BFT sont utilisés simultanément. Et, par exemple, Solana utilise dPoS et la mise en œuvre de l'algorithme de consensus BFT – Practical Byzantine Fault Tolerance (pBFT).

En plus de ces algorithmes, plus d’une douzaine d’options consensuelles sont utilisées dans les crypto-monnaies. Citons-en quelques-uns :

• Leased Proof of Stake (LPoS) est un autre type de PoS, dans lequel les utilisateurs peuvent participer à la génération de blocs en louant des jetons aux nœuds « principaux ». Ce consensus s'applique à la blockchain Waves ;
• Preuve du temps écoulé (PoET) – preuve du temps écoulé. Modification du PoW en utilisant la puissance du CPU. Voici les principes d'un algorithme de loterie équitable, où un validateur est sélectionné au hasard proportionnellement aux ressources investies. Utilisé dans les solutions d'Hyperledger ;
• La tolérance aux pannes byzantine déléguée (DBFT) est une modification de deux algorithmes à la fois : PBFT et DPoS. Cette option pour parvenir à un consensus est utilisée dans la blockchain NEO ;
• Graphiques acycliques dirigés (DAG) – graphique acyclique dirigé. Il ne s’agit pas d’un consensus, mais d’une technologie alternative à la blockchain. Un DAG est composé de cercles et de lignes plutôt que de blocs et ressemble à un graphique. Les algorithmes de consensus dans de tels réseaux peuvent être utilisés comme d’habitude, mais la manière dont les informations sont enregistrées est radicalement différente. L’un de ces hybrides est Hashgraph ;
• Preuve d'activité (POA) – preuve d'activité. Utilise un mécanisme hybride basé sur PoW et PoS. Le représentant le plus célèbre est Decred ;
• Preuve d'importance (Pol) – les principes du système de notation résident dans la preuve d'importance. Plus la note conditionnelle d'un validateur est élevée, plus il a de chances de trouver des blocs. Ce type de consensus est rendu célèbre par le réseau NEM ;
• Preuve de capacité (PoC) – preuve de capacité. Utilise l'espace du disque dur au lieu des ressources informatiques. Le consensus est utilisé dans les réseaux Chia et BitTorent ;

Preuve de personnalité (PoP) – preuve d'identité. Utilise des mécanismes pour confirmer « l’humanité », garantissant que chaque participant au projet reçoive une voix égale et une part égale de la récompense. La cryptomonnaie phare est Worldcoin.