Projet TrustShare, cryptomonnaie : débloquons les chaînes (Carnot Télécom & Société numérique)
Le projet TrustShare : blockchain-oriented innovation chair est développé à Télécom Paris, composante du Carnot Télécom & Société numérique. Le chercheur regroupe des données à grande échelle afin de résoudre ces problématiques à forte complexité et aux enjeux importants pour l’avenir des systèmes d’informations décentralisés.
Les cryptomonnaies
Les cryptomonnaies comme le Bitcoin sont basées sur le système de la blockchain qui permet de décentraliser les informations entre les serveurs et les différents participants. Si cette technologie numérique permet de garantir la sécurité et l’intégrité des transactions, cela nécessite des modèles algorithmiques lourds et associés à une dépense d’énergie élevée.
Les recherches menées dans le consortium TrustShare : blockchain-oriented innovation chair ont notamment pour objectif :
- d’alléger les opérations liées aux blockchains
- tout en maintenant leurs aspects techniques de sécurité.
La blockchain
La blockchain est une technologie numérique déployée en 2008 avec l’apparition du Bitcoin. Cette cryptomonnaie visait notamment à répondre à la perte de confiance envers les institutions financières et gouvernementales associées à la crise économique. Bien que non exclusives, les principales applications actuelles des blockchains concernent les transactions associées aux systèmes financiers.
Le principe de cette confiance consiste à décentraliser les informations en utilisant un réseau pair à pair. Au lieu de stocker celles-ci sur un même serveur et que les opérations soient contrôlées par un tiers de confiance, des algorithmes sont utilisés pour les distribuer entre les différents internautes qui peuvent être serveur ou receveur d’un autre.
La fiabilité de la blockchain
La fiabilité d’une blockchain dépend de la robustesse de celle-ci face aux erreurs accidentelles et aux attaques intentionnelles, dites byzantines, visant à falsifier des informations. Le problème principal de sécurité des cryptomonnaies est lié à la temporalité de validation des transactions dans l’ensemble du système.
Le double spending correspond au fait qu’un participant effectue deux transactions avec le même argent, profitant du fait que la première transaction n’ait pas été encore prise en compte par l’ensemble du système pour effectuer la deuxième. Des protocoles de synchronisation sont donc mis en place pour garantir l’intégrité des informations partagées. Ils utilisent des méthodes dites de consensus entre les participants, ce qui signifie que ces derniers doivent être en accord sur une version identique de la blockchain.
De nombreuses méthodes de consensus ont été mises en place avec le temps. A titre d’exemple, la première méthode existante employée dans le cas du Bitcoin, s’appelle proof of work. Avec cette approche, l’ajout d’un bloc nécessite de résoudre des problèmes cryptographiques très lourds qui impliquent une puissance de calcul importante. Ce système vise à ralentir l’ajout des nouveaux blocs afin de garantir la synchronicité des informations disponibles aux participants. Cela empêche un utilisateur malhonnête d’effectuer un double spending avant que la blockchain soit mise à jour pour l’ensemble des utilisateurs. Ces contraintes technologiques et algorithmiques permettent de rendre les attaques difficiles. D’autres modèles de consensus fonctionnent avec des conceptions de preuves de confiance différentes, mais dans l’ensemble ces modèles ne sont pas toujours optimisés.
Alléger le protocole de calcul
Afin de concevoir des systèmes de protection plus optimisés, les recherches menées par le consortium TrustShare : blockchain oriented innovation chair consistent à effectuer des hypothèses et concevoir des modèles sur les attaquants, qui sont notamment basés sur le degré de confiance entre les participants dans le système. Celle-ci dépend de leur facilité d’accès à la blockchain et donc du niveau d’ouverture des environnements. Les environnements ouverts à tous les participants, comme celui du Bitcoin, ont une probabilité plus élevée de contenir des participants malveillants comparés aux environnements où l’accès est contrôlé. Les environnements ouverts sont ceux qui comportent le plus d’incertitudes quant aux participants et nécessitent des modèles de résolution de consensus plus coûteux.
Une première approche pour alléger les calculs consiste à améliorer la confiance dans l’environnement en développant des modèles qui prennent en compte des espaces plus localisés au sein même des blockchains. Dans ce cas, malgré le fait que le degré de confiance dans le système général ne soit pas élevé dans l’ensemble du système, celui-ci peut être plus élevé dans des sous-ensembles. Ainsi, il serait possible d’implémenter des validations de transactions moins lourdes, qui auraient théoriquement des garanties de sécurité plus faibles dans le système global mais qui fonctionnent parfaitement dans un espace plus local. Avec l’arrivée du Bitcoin, l’innovation de la blockchain a basé son fonctionnement en adressant des calculs très compliqués dans des environnements hostiles où il n’y a pas de modèles intégrant des hypothèses de confiance. Bien que fonctionnel, il serait rentable de renforcer ces modèles en y ajoutant des hypothèses ainsi que de réduire certains calculs non optimaux.
L’étude de la structure des blockchains en fonction des participants et de leurs liens entre eux permet aussi d’alléger certains mécanismes. Il serait ainsi possible de ne pas avoir recours au système de consensus sur l’ordre absolu des blocs mais sur des ordres partiels. En effet, entre différentes parties d’une blockchain, certaines transactions n’ont parfois aucune influence entre elles et il n’est pas nécessaire de déterminer quelle est la transaction qui a lieu en premier par rapport à une autre. Le consensus sur un ordre absolu est nécessaire lorsque ce qui est implémenté dans un système donne lieu à des conflits potentiels entre différentes parties. Mais dans beaucoup de cas, certains blocs peuvent être ordonnés arbitrairement sans que cela n’affecte le système.
Des recherches actuelles dans le domaine vise à identifier les cas où des conflits peuvent survenir et où il faut absolument maintenir un consensus par rapport aux cas où ce n’est pas nécessaire. La méthode de consensus, qui est considérée comme la manière principale de résoudre les problématiques de sécurité des cryptomonnaies, présente des désavantages importants en termes de dépenses non optimisées d’énergie et de temps. Avec une compréhension plus fine de l’environnement des blockchains, ces méthodes pourraient être ajustées selon les cas.
