Vers un consensus à grande échelle ? Ce gagnant de Turing pense avoir trouvé une solution.

Si une blockchain publique veut réussir — que ce soit pour les devises, les contrats intelligents ou autre chose — elle a besoin d’un algorithme de consensus capable d’évoluer.

Alors que la course fait rage pour développer un système capable de faire exactement cela, une conception récente d'un éminent chercheur pourrait marquer une avancée dans cette quête de longue date. Cette conception s'appelleAlgorand, et son créateur est professeur au MITSilvio Micali.

Cryptographe et théoricien de l'informatique, Micali est connu pour ses travaux sur les nombres pseudo-aléatoires et les preuves à divulgation nulle de connaissance (à la base des zk-SNARKS qui alimentent le projet de blockchain anonyme Zcash). Il est également co-lauréat du prix Turing (aussi appelé « prix Nobel » de l'informatique).

Mais si Micali possède des références impressionnantes, sa Technologies est également très prometteuse. Algorand est une variante de la preuve d'enjeu qui utilise la cryptographie pour sélectionner aléatoirement les acteurs impliqués dans l'ajout du prochain bloc (ou ensemble de transactions) à la blockchain.

Si Algorand réussit, Micali pense que son système pourrait facilement gérer des millions de nœuds, présentant ainsi une solution à l’ un des plus gros problèmes de la blockchain aujourd’hui.

Loterie auto-sélectionnée

Dans Bitcoin, les mineurs s'affrontent pour résoudre un casse-tête cryptographique. Le gagnant propose le bloc suivant et remporte une récompense de bloc.

Mais le bitcoinpreuve de travailCela entraîne une dépense d'énergie exorbitante. Certains disent que cela a également conduit à une centralisation du traitement du bitcoin, ce qui signifie que seules quelques grandes entités sont en mesure de réclamer de nouveaux bitcoins.

Dans une tentative de démocratisation de cette distribution, Algorand utilise ce que Micali appelle le « tirage au sort cryptographique » pour sélectionner les joueurs qui créeront et vérifieront les blocs.

Alors que la plupart des systèmes de preuve d'enjeu reposent sur une forme d'aléatoire, Algorand se distingue par le fait que vous vous auto-sélectionnez en lançant la loterie sur votre ordinateur. La loterie est basée sur les informations du bloc précédent, tandis que la sélection est automatique (sans échange de messages) et totalement aléatoire.

Micali a emprunté l'idée à l'Athènes antique, où les responsables politiques étaient choisis au hasard dans un processus connu sous le nom de «tirage au sort". (C'était essentiellement une façon de mettre le nom de chacun dans un grand chapeau et d'en retirer quelques noms.)

En utilisant le tri cryptographique, l' Algorand peut théoriquement évoluer à la demande. Parmi les autres avantages, on peut citer la sécurité et la rapidité. « Le système doit être rapide », a déclaré Micali. « Je T veux pas de preuve de travail, T de communication excessive. »

Un système juste et démocratique

Les besoins de calcul d'Algorand étant minimes, n'importe qui peut exécuter le système en arrière-plan sur son ordinateur portable. Et si Bitcoin possède des classes d'utilisateurs (les « consommateurs » qui effectuent des transactions et les « mineurs » qui recherchent des blocs), Algorand ne fait pas de distinction.

L’objectif est que tous les utilisateurs aient le même accès au réseau.

Comme pour les autres systèmes de preuve d'enjeu, vos chances d'être sélectionné pour une récompense dépendent du nombre de pièces (algorithmes) que vous possédez ou que vous avez mis de côté. Plus vous possédez d'algorithmes, plus vous avez de chances d'être sélectionné.

Une fois que vous savez que vous êtes sélectionné comme proposant, vous créez un bloc, puis vous le propagez sur le réseau avec une preuve de hachage (un nombre aléatoire facilement vérifié par une signature numérique), en disant essentiellement : « Voici mon bloc, et voici la preuve que j'ai gagné à la loterie. »

Le proposant avec la plus petite preuve de hachage (encore une fois, aléatoire) est ONE qui présente le prochain bloc candidat.

L’étape suivante du processus Algorand consiste à vérifier le bloc candidat et, dans le cas où un proposant de bloc a proposé deux blocs ou plus, à s’assurer qu’il n’y a pas de bifurcation dans la chaîne.

Et pour cela, Micali se tourne vers un protocole vieux de plusieurs décennies.

Adieu les fourchettes

ONEun des sous-produits du consensus de Nakamoto est la possibilité de bifurcations de réseau, un processus qui se produit à chaque fois que deux mineurs résolvent le casse-tête du réseau presque en même temps.

En conséquence, les utilisateurs attendent généralement 30 minutes (à trois pâtés de maisons) pour être raisonnablement sûrs qu’une transaction a été effectuée.

« Et maintenant, il faut faire face à une bifurcation, et cela crée une certaine anxiété, psychologique et autre, parce qu'un blocage n'est pas définitif, et les gens ont besoin de finalité », a déclaré Micali.

Algorand gère cette ambiguïté en parvenant à un consensus sur un bloc avec une probabilité négligeable de bifurcations. Pour ce faire, le système utilise une version modifiée de l'algorithme de consensus byzantin.

Conçu dans les années 1980, l'accord byzantin offre un moyen de parvenir à un consensus dans un système distribué où aucun nœud n'est fiable. Dans une telle conception, le système peut tolérer jusqu'à un tiers des acteurs travaillant contre lui.

L'accord byzantin a deux propriétés : si tous les joueurs partent avec la même valeur, ils s'accordent sur cette valeur. Et, si les joueurs partent avec des valeurs différentes, tous les joueurs honnêtes (ceux qui respectent le protocole) s'accorderont sur une valeur ONE . Sur la blockchain, ces valeurs sont les blocs candidats et les joueurs sont les vérificateurs.

Le problème avec l’accord byzantin traditionnel est qu’il nécessite de nombreux cycles de communication intense entre tous les acteurs, ce qui rend difficile la mise à l’échelle du système.

« Je ne peux pas gérer un accord byzantin avec 1 million d'utilisateurs, ni avec 10 millions d'utilisateurs, ni avec un système performant, avec 100 millions d'utilisateurs. C'est trop », a déclaré Micali.

Pour remédier à cela, il a développé une version modifiée avec seulement neuf étapes attendues.

Remplaçabilité des joueurs

Dans Algorand, un petit sous-ensemble d'acteurs exécute le consensus byzantin pour le compte de l'ensemble du système. Cela permet au protocole d'être exécuté à des vitesses plus élevées et, à mesure que de nouveaux acteurs sont remplacés à chaque étape, l'objectif est de sécuriser le système dans un environnement conflictuel.

En termes simples, l'accord byzantin de Micali fonctionne ainsi : les détenteurs de jetons se désignent eux-mêmes comme vérificateurs dès le premier tour. Ces vérificateurs envoient leurs messages, accompagnés de leurs identifiants, au réseau.

Maintenant qu'ils se sont révélés, un adversaire ingénieux pourrait facilement les corrompre. Mais T importe, car une fois le message sorti de la bouteille, il est impossible de le faire revenir.

« L'adversaire ne peut pas plus faire cela que le gouvernement ne peut remettre dans une bouteille un message de WikiLeaks. Il peut l'arrêter, le mettre en prison, mais ce message se propage désormais sur Internet », a déclaré Micali.

Ainsi, même si un adversaire parvient à corrompre les vérificateurs, il est trop tard. Un nouveau groupe d'acteurs s'est déjà auto-sélectionné pour le prochain tour de communication, et le processus se poursuit pendant huit tours supplémentaires jusqu'à ce qu'un accord commun soit trouvé.

Une fois l'accord trouvé et le bloc certifié par les signatures d'un nombre suffisant de joueurs dans la dernière étape de l'accord byzantin, ce bloc est ensuite diffusé sur le réseau afin que tous les utilisateurs du système puissent l'ajouter à la blockchain.

Comme la seule latence réelle du système repose sur la propagation de ce bloc sur le réseau, Micali a fixé sa taille de bloc à 1 Mo. Avec l'accélération des réseaux, il est possible d'augmenter la taille du bloc sans risque de sécurité, affirme-t-il.

Nouvel ordre mondial ?

Cela dit, Micali ne pense T Algorand remplacera Bitcoin. Il estime que différents systèmes peuvent coexister.

Même le troc existe encore aujourd'hui, il n'y a donc aucune raison de penser que le Bitcoin T à l'avenir, affirme-t-il. Mais il est convaincu que son gaspillage d'énergie est inutile.

« Certains font l'analogie selon laquelle extraire de l'or gaspille également de l'énergie. Ce n'est T parce que l'or a été extrait de cette manière, avec beaucoup de déchets, que nous devons détruire la planète comme nos ancêtres l'ont fait », a-t-il déclaré.

Il souligne également Algorand est destiné à servir de protocole de consensus pour tous les types de systèmes blockchain, pas seulement pour les crypto-monnaies.

Cependant, tout comme son nom l’indique, Algorand existe en tant que protocole théorique.

Pour l'instant, Micali a déclaré qu'il travaillait sur des problèmes techniques dans l'espoir qu'un ONE prochain, ils puissent être mis à l'épreuve.

Image via Amy Castor pour CoinDesk