Si Blockchain était un animal, les protocoles de consensus en seraient le squelette. En tant qu'élément indispensable de tout réseau décentralisé, un protocole de consensus est responsable de la validation des transactions par tous les nœuds du réseau. Cela se fait via la détermination de la validité du bloc ajouté, en s'assurant que c'est ce sur quoi tous les nœuds se sont mis d'accord.
Que sont les protocoles de consensus basés sur le quorum
Les protocoles de consensus basés sur le quorum ont fait fureur dans l'espace blockchain. Mais quels sont-ils ? Offrent-ils un avantage sur les autres protocoles de consensus non basés sur un quorum ? Comment ont-ils performé ?
Le quorum est un terme largement utilisé dans les systèmes décentralisés. Il fait référence au nombre minimum de votes requis par une transaction distribuée avant qu'une action puisse être exécutée dans un système distribué. Un protocole de consensus est défini comme le système. régissant ce qui se passe dans une blockchain particulière à tout moment.
Un protocole de consensus basé sur le quorum est un protocole où la décision d'ajouter des blocs est précédée de l'obtention d'un nombre minimum de votes.
Différence principale avec les autres protocoles de consensus
Tous les protocoles de consensus ont une exigence de base. Tous les participants aux nœuds doivent arriver à la décision collective d'accepter ou de rejeter l'ajout d'un nouveau bloc. Le processus d'arrivée à la décision prend cependant une étape supplémentaire dans le cadre des protocoles basés sur le quorum.
Pour les protocoles de consensus basés sur le quorum, les participants des nœuds échangent des messages avec deux initiatives clés. Tout d'abord, un bloc doit être proposé à tous les nœuds, ce qui ne peut être fait que par le leader du consensus. La seconde est d'informer le réseau que le participant a décidé et validé le blocage.
Le consensus est atteint après que le leader a proposé un bloc et que la majorité des participants a décidé et validé le bloc proposé.
Avantage sur les protocoles de consensus non basés sur le quorum
Les protocoles basés sur un quorum présentent une différence majeure par rapport à ceux qui ne sont pas basés sur un quorum. Autrement dit, la capacité de poursuivre les opérations même lorsque certains des nœuds participants corrects échouent ou agissent de manière malveillante.
La principale raison pour laquelle le consensus n'est pas trivial est qu'une défaillance peut survenir lors de la transmission des messages et de la prise de décision par les nœuds. La cause peut être une panne de courant ou un comportement malveillant, entraînant des messages perdus ou retardés.
L'allocation d'un tel échec est appelée tolérance aux pannes byzantines. De tels protocoles peuvent tolérer les fautes de crash ou la faute byzantine. Les défauts de plantage se produisent lorsque les participants ne répondent pas ou n'effectuent pas une nouvelle opération lorsqu'un consensus est en cours d'exécution.
Une faute byzantine fait référence à un participant défaillant qui pourrait être un agent malveillant. Un tel agent se caractérise par l'affichage d'un comportement aléatoire différent des protocoles établis et prenant n'importe quelle action.
Le nombre maximal de nœuds malveillants pouvant être toléré dans un protocole basé sur un quorum est de ⅓ de tous les nœuds participants du réseau. Le total comprend à la fois les nœuds honnêtes et malveillants.
Performances des protocoles basés sur le quorum
Pour évaluer la performance des protocoles de consensus basés sur le quorum, ils doivent être subdivisés et analysés en trois groupes différents.
Performances des protocoles pratiques de tolérance aux pannes byzantines (BFT)
Les protocoles sont appelés ainsi parce qu'ils réalisent pratiquement deux problèmes clés. Ils optimisent la communication et l'authentification entre les participants tout en réussissant à rester fonctionnels dans des environnements difficiles à synchroniser.
Toutes les communications sont centralisées sur le leader appelé primaire, tous les autres participants étant appelés répliques. Un protocole de changement de vue est mis en œuvre lorsque le nœud principal échoue, le participant suivant dans le signal circulaire étant le nouveau principal. Tous les participants ont une bonne connaissance de tous les participants et de leurs signatures pour une meilleure prise de décision de vote.
Tout en donnant une solution pratique à la faille byzantine, le protocole a eu un gros problème d'évolutivité. Pour tolérer un comportement malveillant, tous les participants doivent connaître tous les autres participants du nœud et échanger un grand nombre de messages. Il présente une complexité de calcul dans l'échange de messages.
L'expansion est également un défi car l'ajout d'un participant est presque impossible. Tout participant qui quitte définitivement est considéré comme un acteur malveillant. Des écosystèmes de blockchain très vivants et dynamiques atteindraient très rapidement la limite des ⅓ et entraîneraient l'effondrement du protocole.
Performance des protocoles de l'accord byzantin fédéré
Selon le protocole de l'accord byzantin fédéré (FBA), le quorum est divisé en plusieurs unités fédérales. Il le fait en ayant plusieurs généraux byzantins, chacun étant responsable de sa tranche de quorum. Il permet une augmentation significative des transactions, un coût de transaction réduit et un plus petit nombre d'échanges de messages.
Dans le cadre du protocole FBA, chaque nœud participant a la possibilité de choisir à qui il souhaite faire confiance. Cela crée des difficultés pour tout acteur malveillant car il doit convaincre un grand nombre de nœuds valides d'inclure des nœuds malveillants dans leur liste de confiance.
FBA a gagné en popularité au fil des ans, attirant de grands noms de blockchain dans son giron. Les plus notables sont Ripple inc et Stellar. Les attaques Sybil sont les menaces les plus notables, plus encore pour la blockchain Ripple. L'existence de listes de nœuds uniques pour les validateurs offre une bonne solution.
Performances du protocole byzantin délégué de tolérance aux pannes
Le protocole byzantin délégué tolérant aux pannes (dBFT) suit le même style d'exécution que BFT. Il s'en distingue cependant en centralisant le consensus chez plusieurs participants, résolvant ainsi les problèmes d'évolutivité de BFT. Le protocole utilise le concept de réputation pour le choix des participants au consensus.
NEO est l'un des meilleurs acteurs avec un protocole dBFT. Son adoption a été assez modérée en raison de la possibilité d'une menace dangereuse pour la sécurité. Un leader malveillant peut exploiter son protocole de changement de vue pour créer un fork déterministe. Ils peuvent alors créer 2 nouveaux blocs en utilisant des messages différents, les deux blocs étant valides et acceptés par les participants, créant ainsi deux états différents dans le réseau. Une solution consiste à supprimer tous les messages générés avant le changement de vue.
Performance du protocole byzantin de tolérance aux pannes et de preuve de participation déléguée
En abrégé BFT-dPoS, le protocole hybride fusionne les protocoles de preuve de possession hautement performants avec la sécurité des protocoles BFT. Selon le protocole, chaque détenteur de jeton vote pour un producteur de blocs, les 21 nœuds avec le plus de votes se qualifiant. Chacun des 21 a ensuite des délais fixes de 0.5 seconde pour produire des blocs, le processus se déroulant par ordre alphabétique.
EOSIO est l'une des blockchains utilisant le protocole. Il se vante d'énormes réalisations telles que des capacités de 3000 transactions par minute et des niveaux de sécurité BFT. L'inconvénient est la limitation à 21 créateurs de blocs, le vote étant influencé par les actifs détenus. Il permet à une collision de contrôler le processus est possible.
Note de l'auteur
Les protocoles de consensus basés sur le quorum sont assez récents par rapport à ceux sans quorum. Ils ont cependant du punch puisqu'ils résolvent le problème de la faute byzantine et permettent l'opérabilité tant que les nœuds malveillants ne forment pas la majorité du réseau.
Leurs performances diffèrent en fonction de la classe de protocole en discussion. Les BFT offrent d'énormes problèmes d'évolutivité tandis que les FBA offrent certaines susceptibilités aux attaques Sybil.
Les dBFT résolvent le problème d'évolutivité mais avec la création d'un exploit de protocole de changement de vue. BFT-dPoS offre ce qui pourrait être les meilleures fonctionnalités, mais pose le risque de contrôle via la collusion. L'adoption des protocoles basés sur le quorum devrait cependant augmenter à mesure que l'espace reçoit plus d'innovations.
Source : https://crypto.news/the-performance-of-quorum-based-consensus-protocols-in-blockchain/