Proof of Work ou Proof of Stake: quelles différences?

Proof of Work ou Proof of Stake : à quoi servent-ils ?

Une blockchain est un registre partagé par des milliers d'ordinateurs, sans chef d'orchestre. Il faut donc une règle pour que tout le monde soit d'accord sur les transactions valides, et pour empêcher quelqu'un de tricher, par exemple en dépensant deux fois la même somme. Cette règle s'appelle un mécanisme de consensus.

La preuve de travail (Proof of Work, ou PoW) et la preuve d'enjeu (Proof of Stake, ou PoS) sont les deux mécanismes les plus connus. Ils répondent à la même question : qui a le droit d'ajouter le prochain bloc de transactions, et pourquoi lui faire confiance ? Mais ils y répondent de manière très différente.

Dans le premier cas, on prouve un effort de calcul. Dans le second, on prouve qu'on a mis de l'argent en garantie. Comprendre cette nuance explique presque toutes les autres différences entre les deux : consommation d'énergie, matériel nécessaire, coût d'une attaque et centralisation.

La preuve de travail : le minage de Bitcoin

Bitcoin utilise la preuve de travail. Des ordinateurs, appelés mineurs, font la course pour trouver un nombre qui, une fois passé dans une fonction mathématique, donne un résultat inférieur à un seuil fixé par le réseau. Il n'y a pas de raccourci : il faut essayer des milliards de fois. Le premier qui réussit ajoute le bloc et reçoit une récompense.

Le réseau ajuste la difficulté tous les 2 016 blocs, soit environ toutes les deux semaines, pour maintenir un bloc toutes les dix minutes en moyenne, que beaucoup ou peu de mineurs participent. Si la puissance de calcul augmente, le problème devient plus difficile. Si elle baisse, il devient plus facile.

Ce travail a un coût réel en électricité et en matériel. C'est justement ce qui fait la sécurité : pour réécrire l'historique, il faudrait refaire tout le travail déjà accompli, plus vite que le reste du réseau. Selon la documentation de Bitcoin, cela demanderait autant de puissance de calcul que tout le réseau en a dépensé depuis le bloc concerné.

La preuve d'enjeu : les validateurs d'Ethereum

Dans la preuve d'enjeu, il n'y a plus de course de calcul. Les participants, appelés validateurs, immobilisent des cryptomonnaies en garantie, c'est la mise (le « stake »). Le réseau choisit parmi eux ceux qui proposent les blocs et ceux qui les vérifient. Ils reçoivent des récompenses quand ils font bien leur travail.

Ethereum a basculé de la preuve de travail à la preuve d'enjeu le 15 septembre 2022, lors de « The Merge ». Pour lancer son propre validateur, il faut déposer 32 ETH et faire tourner trois logiciels. Le réseau avance par créneaux de 12 secondes. On peut aussi participer avec de plus petites sommes via des services intermédiaires, au prix d'un risque supplémentaire lié à ces services.

La sécurité repose ici sur un principe économique : un validateur qui triche peut perdre une partie de sa mise. On appelle cela le slashing. Contrairement au minage, ce n'est pas la puissance de calcul qui protège le réseau mais la valeur immobilisée par les validateurs. Notre guide sur le staking détaille ce fonctionnement.

Énergie et matériel : la différence la plus visible

C'est le point le plus souvent cité. La preuve de travail consomme beaucoup d'électricité, car des machines tournent en permanence pour faire la course. Selon ethereum.org, avant sa bascule, Ethereum consommait environ 70 TWh par an, soit à peu près autant que la République tchèque. Le minage de Bitcoin est lui aussi critiqué pour sa consommation, même si les débats portent sur la source d'énergie utilisée.

Selon ethereum.org, le passage à la preuve d'enjeu a réduit la consommation d'énergie d'Ethereum d'environ 99,95 %. Un validateur peut tourner sur du matériel standard, alors que le minage de Bitcoin demande aujourd'hui des machines spécialisées très coûteuses.

Ce que l'on gagne en énergie, on le déplace ailleurs : la preuve d'enjeu demande de posséder des cryptomonnaies pour participer, alors que le minage demande surtout du matériel et de l'électricité. Les deux approches posent donc des questions d'accès, mais pas les mêmes.

Sécurité : l'attaque des 51 % et ses équivalents

Dans les deux systèmes, une attaque est théoriquement possible si quelqu'un contrôle plus de la moitié de la ressource qui protège le réseau. En preuve de travail, c'est la puissance de calcul. En preuve d'enjeu, c'est la quantité de cryptomonnaies mises en jeu. On parle d'attaque des 51 %.

Un attaquant en preuve de travail devrait réunir une énorme quantité de machines et d'électricité. En preuve d'enjeu, il devrait acquérir une grande partie des jetons mis en garantie. Selon ethereum.org, les sanctions économiques prévues pour les validateurs malhonnêtes rendent ce type d'attaque plus coûteuse, car l'attaquant risque de voir sa mise détruite.

Ces garanties dépendent de la taille du réseau. Un petit réseau est beaucoup plus facile à attaquer qu'un grand, quel que soit son mécanisme : des attaques à 51 % ont déjà frappé de petites blockchains. Il faut donc se méfier des comparaisons générales : la sécurité réelle dépend de chaque réseau et de sa taille.

Décentralisation : où se situent les risques de concentration ?

La décentralisation désigne le fait qu'aucun acteur ne contrôle le réseau. Pour chaque mécanisme, la concentration prend une forme différente. En preuve de travail, le risque vient des grandes fermes de minage et des regroupements de mineurs, les pools, qui additionnent leur puissance.

En preuve d'enjeu, le risque vient de la concentration du capital : ceux qui possèdent beaucoup de jetons peuvent miser davantage et gagner davantage de récompenses. Une grande partie du staking peut aussi passer par quelques services ou plateformes, ce qui crée une dépendance. Ethereum décrit d'ailleurs les options de staking selon le niveau de confiance qu'elles demandent.

Aucun des deux systèmes ne règle ce sujet une fois pour toutes. C'est un équilibre permanent entre accessibilité, coût de participation et répartition. Les débats sur ce point sont vifs et les avis des spécialistes divergent, ce qui est normal sur un sujet aussi nouveau.

Les autres différences à connaître

Sur le plan de la récompense, le mineur reçoit des bitcoins nouvellement créés et des frais, tandis que le validateur reçoit des récompenses du protocole et des frais. Sur la finalité, c'est-à-dire le moment où une transaction ne peut plus être annulée, Ethereum utilise des points de contrôle validés par une large majorité des mises, alors que Bitcoin repose sur l'empilement de blocs : plus il y en a après le tien, plus il est sûr.

Sur la maturité, la preuve de travail a l'avantage de l'ancienneté. Bitcoin la fait tourner depuis janvier 2009 sans changer le principe de base. La preuve d'enjeu est plus récente à grande échelle et plus complexe dans ses règles, ce qui laisse plus de place aux évolutions et, parfois, aux erreurs. Elle existe aussi dans de nombreuses variantes, selon les réseaux.

Il existe d'autres mécanismes, mais ces deux-là restent les plus répandus. Certains réseaux combinent plusieurs idées. Ne retiens pas que l'un est « ancien » et l'autre « moderne » : ce sont deux compromis différents entre sécurité, énergie, coût et simplicité.

Proof of Work ou Proof of Stake : que retenir ?

La preuve de travail sécurise un réseau par un effort de calcul coûteux. La preuve d'enjeu le sécurise par une mise en garantie qui peut être détruite en cas de triche. L'un consomme beaucoup d'énergie, l'autre beaucoup moins. L'un exige du matériel, l'autre du capital.

Aucun mécanisme n'est parfait et chacun a ses défenseurs. Ce guide ne dit pas lequel est le meilleur et ne parle d'aucun prix. Si tu t'intéresses à un projet, regarde comment il valide ses transactions, et sur le site Crypto Alerte tu peux suivre ces cryptomonnaies en direct. Reste prudent : ne mets jamais en jeu de l'argent dont tu pourrais avoir besoin.