Aperçu de la recherche fondamentale de Cardano

Voici le premier d’une série d’articles de blog qui examinent de plus près les recherches qui sous-tendent Cardano.

Depuis sa création en 2015, le projet Cardano avait un objectif clair : modifier la façon dont les crypto-monnaies sont conçues et développées. Comme beaucoup d’autres projets open-source, Cardano ne disposait pas d’une feuille de route définie ou d’un livre blanc faisant autorité. Il a plutôt combiné une série de principes de conception scientifique et de meilleures pratiques d’ingénierie pour produire une blockchain solide, pionnière et fondée sur la recherche. Une telle approche confère à Cardano une position unique parmi les autres plateformes blockchain.

Un ensemble de meilleures pratiques, d’idées et de contributions a constitué la base de Cardano pour construire un grand livre sécurisé, décentralisé et évolutif. Il existe désormais un corpus de recherche substantiel, représenté par la vaste bibliothèque d’articles d’Input Output Global, qui compte 139 articles au moment de la rédaction du présent document. Nombre d’entre eux ont été examinés par des pairs et acceptés dans des conférences universitaires de premier plan. Selon Google Scholar, l’article original d’Ouroboros a été cité plus de 1 200 fois.

Documents de recherche

La décentralisation impose des défis techniques majeurs aux systèmes financiers du monde entier et IOG Research s’intéresse à chacun d’entre eux.

Charles Hoskinson, PDG d’IOG

La vision d’IOG Research est d’être une institution de premier plan dans l’étude académique des infrastructures blockchain et des fintech, et, plus largement, des systèmes distribués sécurisés par des techniques cryptographiques et incités par la théorie des jeux économiques. IOG a établi sa réputation en s’attaquant à des questions de recherche difficiles en général, et en construisant des fondations formelles et fiables pour l’industrie des infrastructures fintech blockchain en particulier.

Dans ce billet de blog, nous examinons certains des documents de recherche qui ont jeté les bases de Cardano.

Ouroboros

L’article initial qui a orienté les recherches du projet était “Ouroboros : A Provably Secure Proof-of-Stake Blockchain Protocol”, qui a fait l’objet d’un examen académique par les pairs et a été publié à Crypto 2017.

Le consensus est au cœur des réseaux blockchain. Ouroboros est le protocole de consensus de preuve d’enjeu pour Cardano. Le nom ” Ouroboros ” provient d’un symbole ancien qui représente l’éternité et le retour sans fin. Pour Cardano, Ouroboros symbolise l’éternité théorique d’une blockchain.

Depuis 2017, un certain nombre de versions du protocole Ouroboros ont été produites. Chaque variante d’Ouroboros ajoute différentes caractéristiques et fonctionnalités pour soutenir l’évolution de Cardano. En commençant par Ouroboros Classic, le grand livre de comptes a subi des mises à jour régulières. Ouroboros Classic a jeté les bases d’un protocole de consensus de preuve d’enjeu économe en énergie dans un cadre fédéré (le thème de développement de Cardano à Byron). Praos, Genesis et Chronos ont été conçus pour garantir une sécurité accrue dans un environnement totalement sans permission. Alors que Genesis a amélioré le protocole Praos, Chronos rendra Genesis encore plus robuste lorsqu’il sera mis en œuvre. Cet article de blog décrit plus en détail l’évolution d’Ouroboros.

Couplé à une technologie unique et à des mécanismes mathématiquement vérifiés, Ouroboros réalise un “consensus à la Nakamoto” adapté à la preuve d’enjeu. Ouroboros offre les garanties de sécurité et de robustesse telles que nous les connaissons avec le consensus proof-of-work de Bitcoin tout en assurant une plus grande efficacité en termes de consommation énergétique. Plutôt que de s’appuyer sur les mineurs pour résoudre des problèmes complexes de calcul afin de créer un bloc, les participants à la preuve d’enjeu créent et valident les blocs en fonction de l’enjeu qu’ils contrôlent dans le réseau.

Dans son billet de blog intitulé “The Ouroboros path to decentralization“, le professeur Aggelos Kiayias, scientifique en chef d’IOG et titulaire de la chaire de cybersécurité et de protection de la vie privée de l’université d’Édimbourg, déclare :

Ouroboros est un protocole de grand livre décentralisé qui est analysé dans le contexte d’un comportement à la fois byzantin et rationnel. Ce qui rend le protocole unique, c’est la combinaison d’éléments de conception tels que l’enjeu, la disponibilité dynamique, le cadre sans confiance et un système d’incitation au partage des récompenses.

Délégation et pools d’enjeux

La transition d’un cadre fédéré à une décentralisation complète a nécessité quelques ajustements au protocole. Il était essentiel de fournir les moyens de gérer correctement les comptes (pour permettre une technique de délégation des enjeux) et d’encourager la participation.

L’article intitulé “Account Management in Proof of Stake Ledgers“, publié en 2020, explore les moyens de maximiser la participation des parties prenantes aux activités de maintenance du réseau.

En général, les blockchains “proof-of-stake” dépendent – par nature – de la participation active des parties prenantes. Les parties prenantes doivent être constamment en ligne pour valider les transactions du réseau et produire de nouveaux blocs. Cependant, toutes les parties prenantes n’ont pas la capacité ou le désir d’être constamment en ligne. Pour garantir la robustesse du système et sa sécurité dans de telles conditions, il est important de permettre différents types de participation des parties prenantes.

La délégation d’enjeu répond à ce problème et permet à un utilisateur de participer aux activités du réseau en déléguant son enjeu à d’autres participants. La délégation d’enjeux donne lieu à des pools d’enjeux – des nœuds, serveur détenant les droits d’enjeux de plusieurs parties prenantes. L’article analyse et définit mathématiquement la technique de délégation et met également en œuvre les propriétés essentielles des portefeuilles pour traiter les paiements sécurisés.

L’article intitulé “Reward Sharing Schemes for Stake Pools“, également publié en 2020, présente des mécanismes visant à récompenser les parties prenantes pour leurs activités.

Le pouvoir d’un pool d’enjeux provient de l’accumulation d’enjeux qui lui est déléguée. Pour éviter la monopolisation des activités de validation du réseau par un seul pool, il est essentiel que les participants au réseau soient incités à déléguer à un grand nombre de pools différents.

Le schéma de partage des récompenses décrit un moyen d’inciter correctement les opérateurs de pool d’enjeux (SPO) et les délégataires pour leurs activités telles que la validation des transactions, la création de blocs, etc. La recherche montre que le mécanisme de récompense proposé oriente le réseau vers un niveau souhaité de décentralisation et, en particulier, offre une protection contre les attaques Sybil. Ceci est rendu possible par un mécanisme dit de nantissement, qui décourage fortement la formation de plusieurs pools d’enjeux contrôlés par une seule entité du monde réel.

Le modèle d’incitation de Cardano a établi un écosystème dans lequel les participants rationnels ont intérêt à suivre le protocole, ce qui permet le fonctionnement sûr et efficace de la blockchain Cardano. Le résultat est un grand livre décentralisé au fonctionnement fiable, sécurisé par des techniques cryptographiques et des mécanismes de récompense basés sur la théorie des jeux.

Restez à l’écoute ! Dans nos prochains articles, nous examinerons de plus près certains des documents de recherche qui ont jeté les bases d’une plateforme fonctionnelle de contrats intelligents. Plus précisément, nous commencerons par les recherches qui ont permis la mise en place d’un modèle UTxO étendu, nous expliquerons ce que cela signifie et comment cela permet au grand livre de comptes de gérer des actifs et des frais multiples avec une variété d’avantages pour les utilisateurs.

Cet article est une traduction de : Cardano's foundational research overview - IOHK Blog