Qu’est-ce que la blockchain ?

Du problème général byzantin au consensus, cet article explique ce qu’est la blockchain et comment elle fonctionne.

En termes simples, une blockchain est un groupe d’ordinateurs qui travaillent ensemble pour traiter et enregistrer des données, garantissant l’authenticité et la sécurité des transactions de données. D’un point de vue plus abstrait et plus prospectif, il s’agit de l’avenir potentiel des transactions financières, un avenir qui n’est pas lié à la localisation mondiale ou qui ne dépend pas d’intermédiaires tiers.

Qu’est-ce que la blockchain ?

L’une des principales caractéristiques de la blockchain est la façon dont elle enregistre les données :

• Immuable
• Transparent
• Décentralisé

Immuable signifie qu’aucune entité ne peut modifier les enregistrements de transaction.

La transparence implique que n’importe qui peut voir et vérifier les transactions sur une blockchain via Internet.

Décentralisé signifie qu’aucune entité unique ne peut gouverner l’ensemble du réseau.

Bitcoin a été la première application utilisant la technologie blockchain (ironiquement, le terme “blockchain” a été introduit après Bitcoin). Cette technologie est désormais utilisée dans d’autres projets de crypto-monnaies et applications commerciales, telles que le financement du commerce, les transferts de fonds et le commerce électronique.

Systèmes distribués

La blockchain est un système distribué, dans lequel des composants matériels ou logiciels situés sur des ordinateurs en réseau communiquent et coordonnent leurs actions en passant des messages. De nombreux problèmes rencontrés par la blockchain ont déjà été discutés ou résolus dans un système distribué.

Les principales caractéristiques d’un système distribué sont les suivantes

• Concurrence
• Pas d’horloge globale
• Défaillance indépendante

Concurrence

La concomitance signifie que plusieurs calculs sont effectués simultanément sur différentes machines. Cela peut sembler intuitif, mais la manière dont de nombreuses machines doivent fonctionner ensemble est complexe (voir ci-dessous).

Pas d’horloge globale

Dans un système distribué, chaque participant, ou machine, a le même poids pour décider ce qui est bien ou mal. Il n’existe pas de source unique de vérité dans un système distribué. Par exemple, la machine A peut croire qu’il est 11 h 13, tandis que la machine B peut croire qu’il est 11 h 14.

Le retard du réseau pouvant compliquer encore la situation, même si deux machines ont localement la même heure, elles ne sauront pas combien de temps le réseau a pris pour transférer les données. Il y a toujours un bruit potentiel lorsqu’une machine doit confirmer l’heure de son voisin.

Défaillance indépendante

La meilleure façon d’expliquer la défaillance indépendante est de la présenter sous la forme d’une situation hypothétique. Par exemple, la machine A peut avoir besoin de données de la machine B pour poursuivre son travail, elle doit donc communiquer avec la machine B et attendre une réponse.

Cependant, la machine B peut tomber en panne (par exemple, s’arrêter pour cause de surchauffe) et le réseau peut arbitrairement retarder ou même déconnecter. Le concepteur du système doit tenir compte de la communication et des réactions en cas de défaillance pour s’assurer que le système reste intact.

Blockchain et le problème des généraux byzantins

La blockchain a été inventée pour résoudre le problème des généraux byzantins, qui est particulièrement problématique pour les systèmes informatiques distribués, où les composants peuvent tomber en panne et où l’on ne sait pas exactement si un composant est tombé en panne ou non.

Pour illustrer clairement le problème, commençons par une histoire :

Un groupe de généraux, chacun commandant une partie de l’armée byzantine, encercle une ville. Ils doivent décider d’attaquer ou de battre en retraite. Mais quelle que soit leur décision, le plus important est qu’ils parviennent à un consensus. Mais le consensus est difficile à atteindre car les généraux ne connaissent pas les décisions des autres généraux.

Considérez ce qui suit :

• Il y a trois généraux : A, B et C.
• Les généraux doivent attaquer leur ennemi en même temps, sinon ils risquent d’échouer.
• Les généraux n’ont aucun moyen efficace de communiquer instantanément.
• Ils doivent donc envoyer un messager à d’autres personnes pour transmettre leur message.
• Ils doivent confirmer que les autres généraux attaqueront au même moment.
• Les généraux doivent donc transmettre des messages et des confirmations à chacun d’entre eux avant de lancer une attaque.

Le problème se complique si l’on considère que des traîtres peuvent exister. Nous n’avons aucun moyen de garantir que tous les messagers sont dignes de confiance ; en outre, un messager pourrait être capturé et contraint de délivrer un message falsifié.

En ce qui concerne la blockchain, on peut déduire de l’histoire ci-dessus que.. :

Les généraux byzantins représentent les nœuds d’ une chaîne.

Chaque consensus est formé par un groupe de généraux représentant un bloc (c’est-à-dire un ensemble de transactions valides). Tous les généraux doivent confirmer la décision de chacun pour parvenir à un consensus avant de lancer une attaque coordonnée. De même, sur une blockchain, tous les nœuds doivent se mettre d’accord sur le prochain bloc à confirmer.

Les nœuds sont susceptibles de tomber en panne.

Si l’un des nœuds, par exemple, partage des informations incohérentes (on parle alors de nœud malveillant) ou ne répond pas, le réseau peut rencontrer des problèmes.

C’est pourquoi chacun doit reconnaître les informations que les autres connaissent. Dans le même temps, chacun doit être conscient des informations dont dispose l’autre ; cela crée un scénario dans lequel les informations reconnues et connues par la majorité constituent la décision finale (c’est-à-dire le consensus).

Le consensus dans la blockchain

Le problème des généraux byzantins est un bon exemple de compréhension du consensus. Il nécessite un accord entre un certain nombre de processus (ou agents) pour une seule valeur de données. Les protocoles de consensus doivent être tolérants aux pannes ou résilients, car certains processus (agents) peuvent tomber en panne ou ne pas être fiables à d’autres égards. Les processus doivent d’une manière ou d’une autre présenter leurs valeurs candidates, communiquer entre eux et se mettre d’accord sur une valeur consensuelle unique.

Les participants à un réseau décentralisé utilisent des serveurs décentralisés (nœuds). Chaque nœud doit se mettre d’accord sur un ensemble de règles préconçues (appelées“mécanismes de consensus“) afin de participer au réseau de la blockchain et de parvenir à un accord. Grâce à ces mécanismes, nous pouvons résoudre le problème des généraux byzantins.

En savoir plus sur le consensus dans la blockchain : Comment se mettre d’accord : Différents types de consensus pour la blockchain .

Systèmes centralisés, décentralisés et distribués

Si un système centralisé est facile à comprendre, il est souvent difficile de différencier un système décentralisé d’un système distribué.

Un système distribué stocke et traite des données dans différents lieux ou ordinateurs ; les données sont généralement répliquées. Un système décentralisé signifie qu’aucun participant ne peut décider seul du comportement du système. Elle doit agréger les réponses de plusieurs parties avant de prendre une décision.

Un système décentralisé doit être distribué, tandis qu’un système distribué peut être décentralisé ou non. En d’autres termes, un système décentralisé est un sous-ensemble du système distribué.

Pour aller plus loin, cet article de Vitalik Buterin peut aider à comprendre la décentralisation .

Alternatives à la blockchain

Depuis l’invention du bitcoin, beaucoup ont généralisé sa technologie et l’ont appelée “blockchain”. Cependant, la conception originale du bitcoin n’est pas la seule qui fonctionne.

Technologie du grand livre distribué

La “technologie du grand livre distribué” (DLT), comme les graphes acycliques dirigés (DAG) ou le treillis de blocs, est une structure de données alternative au bitcoin. La DLT répond à la vision d’un système décentralisé tel qu’il était souhaité à l’origine, mais nous ne pouvons plus appeler ces alternatives “blockchain”. C’est pourquoi le terme DLT a été inventé pour généraliser tous les systèmes similaires qui visent à résoudre les problèmes de consensus de manière décentralisée.

Derniers mots sur la blockchain

Les mécanismes qui sous-tendent la blockchain (ou des systèmes similaires) – et l’intégration de mécanismes de sécurité dans son processus – nous ont permis de passer d’un système de sécurité centralisé, comme les institutions financières traditionnelles, au monde de la cryptographie. Ce n’est qu’un début, et le système est appelé à s’améliorer encore au fur et à mesure de son évolution.

Découvrez comment la blockchain contribue aujourd’hui à améliorer les programmes d’IA.

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