La blockchain expliquée : blocs, nœuds et consensus

Les blocs et la chaîne

Une blockchain (chaîne de blocs) est une liste d'enregistrements regroupés en lots appelés blocs. Chaque bloc contient un ensemble de transactions, un horodatage et un code spécial appelé hash (empreinte).

Un hash fonctionne comme une empreinte digitale des données. Passez n'importe quelle information dans une fonction de hachage et vous obtenez un code court de longueur fixe. Changez un seul caractère de l'entrée, et l'empreinte change complètement. Chaque bloc contient le hash du bloc précédent : c'est ce qui relie les blocs en une chaîne.

C'est là toute l'astuce. Si quelqu'un modifiait une ancienne transaction, l'empreinte de ce bloc changerait, ce qui casserait le lien avec le bloc suivant, puis le suivant, jusqu'au plus récent. Toute falsification saute immédiatement aux yeux.

Les nœuds : de nombreuses copies du même registre

Une blockchain n'est pas stockée à un seul endroit. Elle est copiée sur de nombreux ordinateurs appelés nœuds, souvent gérés par des personnes et des organisations indépendantes dans différents pays. Chaque nœud conserve sa propre copie du registre et vérifie les nouvelles transactions et les nouveaux blocs selon les règles du réseau.

Comme il existe énormément de copies, il n'y a aucun serveur unique à couper ou à modifier en douce. Si un nœud se déconnecte ou tente de tricher, les autres l'ignorent tout simplement. Sur les blockchains publiques comme Bitcoin et Ethereum, toute personne disposant du matériel adapté peut généralement faire tourner un nœud.

Le consensus : comment le réseau se met d'accord

Avec des milliers d'ordinateurs impliqués, le réseau a besoin d'une méthode équitable pour décider quel bloc vient ensuite et quelle version du registre est la bonne. Ce processus s'appelle le consensus. Les deux méthodes les plus courantes sont :

• La preuve de travail (proof of work). Les mineurs utilisent leur puissance de calcul pour résoudre une énigme le plus vite possible. Le gagnant ajoute le bloc suivant et reçoit une récompense. Le Bitcoin utilise cette méthode. Elle a fait ses preuves sur la durée, mais consomme beaucoup d'électricité.
• La preuve d'enjeu (proof of stake). Les validateurs bloquent une partie des pièces du réseau en dépôt de garantie. Le protocole choisit des validateurs pour proposer et confirmer les blocs, et un comportement malhonnête peut leur coûter une partie de ce dépôt. Ethereum utilise cette méthode depuis 2022. Elle consomme beaucoup moins d'énergie, même si ses détracteurs estiment qu'elle peut favoriser ceux qui détiennent déjà beaucoup de pièces.

Les deux méthodes visent le même résultat : rendre la triche coûteuse et récompenser ceux qui respectent les règles.

Pourquoi l'historique est difficile à modifier

Pour réécrire une transaction passée sur une grande chaîne en preuve de travail, un attaquant devrait refaire le travail de ce bloc et de tous les blocs suivants, plus vite que l'ensemble des mineurs honnêtes réunis. En pratique, cela suppose de contrôler la majorité de la puissance de calcul du réseau, ce qui, sur un grand réseau, coûterait une fortune. Ce scénario s'appelle une attaque des 51 %.

Sur les chaînes en preuve d'enjeu, un attaquant devrait contrôler une grande part de toutes les pièces mises en jeu, et les règles permettent de retirer une partie de leur dépôt aux validateurs malhonnêtes. Dans les deux systèmes, plus une transaction est ancienne, plus elle est difficile à annuler. C'est pour cela qu'on parle d'attendre des confirmations.

Les petites blockchains, avec peu de mineurs ou de validateurs, sont des cibles plus faciles, et plusieurs ont déjà subi des attaques de ce type. La taille et la décentralisation comptent.

Limites et compromis

• Vitesse et coût. Chaque nœud vérifie chaque transaction, ce qui rend les blockchains publiques plus lentes et souvent plus chères par transaction qu'une base de données de paiement classique.
• Le trilemme. Les concepteurs parlent souvent d'un équilibre entre sécurité, décentralisation et capacité à monter en charge (scalabilité). Améliorer l'un implique généralement de sacrifier un peu d'un autre.
• Données fausses en entrée, données fausses en sortie. Une blockchain peut montrer qu'un enregistrement n'a pas été modifié, mais pas prouver qu'il était exact au moment où il a été saisi.
• Des erreurs définitives. La caractéristique qui empêche la falsification empêche aussi les corrections. Un paiement envoyé à la mauvaise adresse reste en général perdu.
• Tout ne nécessite pas une blockchain. Pour de nombreuses tâches d'entreprise, une base de données classique gérée par une société de confiance est plus simple et moins chère.

Quand un projet affirme avoir besoin d'une blockchain, une bonne question à se poser est : à qui devrions-nous faire confiance sinon, et le fait de se passer de cette confiance vaut-il le coût et la complexité supplémentaires ?