Coefficient de Nakamoto : l’arme ultime de la décentralisation ?

17/08/2022 | 10:00

Les adeptes de la cryptosphère auront reconnu dans le titre de cet article le nom de l’inventeur du Bitcoin. En examinant les écrits de Satoshi Nakamoto, nous observons que le caractère décentralisé d’un réseau blockchain est, d’après lui (ou eux), primordial pour créer une infrastructure efficace, fiable, sécurisée, inviolable tout en éliminant le besoin de confiance (trustless). D’ailleurs, au-delà du Bitcoin, la notion de décentralisation est devenue un argument marketing pour un bon nombre de projets crypto-blockchains qui veulent profiter de l’élan anarcho-libertarien insufflé par le(s) mystérieux créateur(s) de la devise numérique lancée en 2009. Mais comment calculer le caractère décentralisé d’une blockchain ?

Contre toute attente, le coefficient de Nakamoto n’a pas été évoqué par le créateur du Bitcoin. Il a été publié en 2017 par Balaji S.Srinivasan, ancien CTO (Chief Technical Officer) chez Coinbase et associé (General Partner) chez le célèbre fonds Andreessen Horowitz (connu sous le nom a16z). Ce coefficient est important car les utilisateurs et développeurs d’une blockchain doivent être certains que toute transaction valide qu’ils soumettent sur le réseau sera incluse dans un bloc puis confirmée par le consensus. Si un groupe de nœuds (validateurs sur le réseau) de consensus est compromis ou agit de manière malveillante et coordonnée, il peut essayer de modifier ou empêcher le réseau de parvenir à un consensus sur de nouveaux blocs. Le coefficient de Nakamoto est un moyen de mesurer la résilience d’une blockchain face à un tel comportement. Autrement dit, il permet d’estimer sa vulnérabilité face au risque d’un consensus malveillant.

Pour faire simple, ce coefficient à la sauce 3.0 représente le nombre de nœuds (validateurs sur un réseau) qui doivent intentionnellement vouloir empêcher de faire fonctionner une blockchain correctement. Plus ce coefficient est élevé par rapport au nombre total de validateurs, plus le risque de corruption est faible, et donc par conséquent, le réseau devient de plus en plus décentralisé. Il est calculé à partir de 6 indicateurs : 

  • Exploitation minière (par récompense)
  • Client (par base de code)
  • Développeurs (par commits logiciels)
  • Noeuds (par nombre)
  • Échanges (par volume de transactions)
  • Propriété (par adresse)

Le niveau de risque diffère en fonction du modèle de consensus sous-jacent (preuve d’enjeu ou preuve de travail) du réseau blockchain étudié. 

Coefficient de Nakamoto - Preuve de travail (Proof-of-Work / PoW)

Dans le cadre du Bitcoin, et globalement dans toutes les blockchains fonctionnant sous le consensus de la preuve de travail, toute personne, ou groupe de personnes disposant de 51% de la puissance de calcul (taux de hachage) du réseau peut contrôler celui-ci à sa guise. Autrement dit, cette personne ou ce groupe pourra effectuer une double dépense et modifier le cours de la chaîne. A titre d’exemple, sur Bitcoin, trois pools de minage (regroupement de plusieurs mineurs pour cumuler la puissance de calcul) concentrent à eux seuls 55% de la puissance de calcul.

Distribution du taux de hachage sur Bitcoin 
Source : Blockchair.com

Nous pouvons avoir plusieurs interprétations concernant le coefficient de Nakamoto sur Bitcoin. Nous pourrions dire que si Foundry USA Pool, AntPool et F2Pool (graphique ci-dessus) se réunissaient afin de coordonner une attaque sur le réseau, ils possèderaient la puissance de calcul nécessaire pour corrompre Bitcoin. Néanmoins, derrière chacune de ces pools, se trouvent des mineurs, des individus comme vous et moi, qui ont décidé de contribuer au système en mutualisant leur puissance de calcul afin d’avoir plus de chance de valider un bloc et d’être ainsi récompensés en bitcoins. S'ils valident un bloc ensemble, ils se partagent la récompense proportionnellement à la contribution de chacun. 

Cette mutualisation est rendue possible grâce à une fonction intégrée au logiciel client Bitcoin qui permet à un groupe minier d’exploiter les blocs en coopération en mettant la puissance de calcul d’un groupe de mineurs en commun.

Nous pourrions imaginer ça, pour vulgariser ce système, comme si vous vous connectiez à un serveur à l’aide d’un nom d’utilisateur, d’un mot de passe et d’une adresse de paiement et puis que vous commenciez à faire travailler votre machine afin qu’elle résolve des calculs avec d’autres machines de d’autres utilisateurs sur ce même serveur. Une fois l’équation algorithmique du bloc trouvée ensemble, la récompense est divisée aux différentes machines en fonction de la quantité de travail fournie (par preuve de travail). 

Revenons-en au coefficient de Nakamoto. Comme évoqué un peu plus haut, nous pourrions estimer que ce coefficient est de 3 en assemblant Foundry USA Pool, Antpool et F2Pool qui détiennent ensemble 55% de la puissance de calcul totale. C’est-à-dire qu’il suffirait que trois acteurs se réunissent pour pouvoir corrompre le réseau. Mais les mineurs étant libres de quitter les pools, ils ont la capacité, à tout instant, de ne pas suivre la volonté de certains autres mineurs au sein de ces pools qui voudraient corrompre le système. De ce fait, le coefficient, dans le cadre du Bitcoin, est généralement calculé par le nombre de nœuds individuels. Ils sont un peu plus de 13 000 à l’heure de la rédaction de cet article. 

Nombre de noeuds sur le réseau Bitcoin
Source : Bitnodes

Le coefficient est donc généralement estimé à 51% du nombre total de nœuds sur le réseau, soit à 6807. En revanche, ce nombre doit être pris avec des pincettes, puisque chaque nœud ne possède pas exactement la même puissance de calcul en fonction du nombre et de la qualité des machines accumulées par les mineurs qui sont derrières ces nœuds. Autrement dit, un mineur A avec 2 machines de minage possédant son propre nœud aura une puissance de calcul bien moins importante qu’un ensemble de mineur d'une pool B avec 100 machines. En prenant les nœuds possédant la plus grosse capacité de calcul, le nombre de 6807 serait donc réduit, puisque ce nombre est initialement calculé comme si chaque nœud avait la même puissance de calcul. Cependant, même en ayant cette subtilité non négligeable en tête, le Bitcoin reste le réseau le plus décentralisé, et de loin.  

Ici, nous nous sommes intéressés au coefficient de Nakamoto pour une blockchain sous preuve de travail, mais le fonctionnement est bien différent pour celles fonctionnant sous la preuve d’enjeu.

Coefficient de Nakamoto - Preuve d’enjeu (Proof-of-Stake / PoS) 

Dans les réseaux blockchains sous preuve d’enjeu, le coefficient de Nakamoto à ne pas dépasser est différent de celui vu précédemment sous preuve de travail.

Afin que le réseau sous preuve d’enjeu fonctionne correctement, un nœud ne doit pas détenir plus de 33,4%, soit un tiers, (contre 51% pour la preuve de travail) de l’offre verrouillée sur le réseau sinon il pourrait à lui seul corrompre la chaîne. Ainsi, empêcher qu’un nœud détienne plus de 33,4% des droits de vote est primordial pour maintenir le bon fonctionnement du réseau et assurer sa résistance à la censure. En revanche, par le même procédé que la preuve de travail, les nœuds peuvent mutualiser leur “mise” pour détenir ensemble plus de 33,4% des droits de vote. 

Remarque : Il est important de souligner qu’un attaquant ou un groupe d’attaquants n’a pas besoin de détenir un tiers de l’offre totale en circulation, mais plutôt un tiers de la mise active (jalonner ou “staker” sur le réseau). Effectivement, la plupart des investisseurs achètent et conservent leurs cryptomonnaies (qui fonctionnent sur une blockchain PoS) en portefeuille sans les jalonner sur le réseau (donc les verrouiller) afin de devenir validateur et obtenir des rendements. 

Exemple : imaginons que seulement 25% de l’offre totale est verrouillée (jalonnée / stakée), le montant requis pour corrompre le réseau n’est donc que de 1/12 de l’offre totale, soit ⅓ x 25%.  

Nous comprenons ici que le “poids” ou le “pouvoir” de vote d’un validateur est proportionnel au montant de la participation qui lui est associée. Par conséquent, les validateurs qui ont plus d’enjeu (donc plus de cryptomonnaies jalonnées) peuvent avoir une plus grande influence sur le résultat du processus de consensus et bloquer la production, la sécurisation et la validation des validateurs avec moins d’enjeu. 

Prenons quelques exemples concrets :

Coefficient de Nakamoto de divers blockchains PoS
Solana.com

Typiquement, en observant le graphique ci-dessus, nous pouvons constater que le coefficient de Nakamoto est de 31 pour le réseau Solana. Cela signifie que le nombre minimum de validateurs qui devraient s’entendre pour censurer le réseau est de 31. Autrement dit, il faudrait que les 31 adresses qui détiennent le plus de SOL jalonnées sur le réseau s’entendent et s’unissent pour atteindre 33,4% de l’offre totale jalonnée et ainsi pouvoir censurer le réseau. Nous pourrions avoir le même cheminement intellectuel pour le réseau Avalanche, Binance, Polygon, mais avec leur coefficient associé (voir graphique ci-dessus). 

Une augmentation de ce coefficient à travers le temps est un signe de bonne santé pour la décentralisation du réseau. Inversement à la baisse. 

Remarque : les validateurs sur un réseau n’ont aucun intérêt à se réunir pour détenir 33,4% du réseau. En effet, cela pourrait engendrer une perte de confiance totale des investisseurs envers celui-ci et donc aussi envers la cryptomonnaie sous-jacente associée. Cela pourrait créer des vagues de vente massives et faire chuter drastiquement le cours de l’actif. Ainsi, les validateurs détiendraient toujours 33,4% du réseau (par le biais de la détention de l’offre jalonnée en cryptomonnaie) mais sa valeur économique deviendrait automatiquement nulle. 

En définitive, le coefficient de Nakamoto permet d’apprécier le caractère décentralisé d’un réseau blockchain. Un caractère tant important aux yeux du créateur du Bitcoin. En revanche, les initiatives crypto-blockchains qui sont rapidement rentrées dans le sillage de la philosophie libertarienne de Satoshi relèvent de démarches entrepreneuriales. Plus de 20 000 cryptomonnaies se sont ajoutées au bitcoin en l’espace de 10 ans promettant décentralisation, révolution sociale et nouveau paradigme économique trustless. Un vernis marketing 3.0 qui, dans la plupart des cas, a été  habilement et malhonnêtement introduit dans les white-papers des projets crypto-blockchains laissant les novices avides d’argent rapide se faire purger à la sauce non fongible. Dorénavant, nous pouvons à minima, grâce au coefficient de Nakamoto, apprécier rapidement le caractère décentralisé d’une blockchain, bien qu’il faille apprécier d’autres éléments pour s’assurer de la fiabilité d’un réseau distribué. D’autres outils d’analyse “on-chain” à retrouver très vite dans les colonnes de Zonebourse.

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