Décentralisation et la Valeur Fondamentale de la Blockchain

Une des valeurs fondamentales de la technologie de la blockchain est la décentralisation. Elle garantit la sécurité du système, sa résistance à la censure et son équité en permettant que les enregistrements de transactions et le pouvoir de prise de décision soient maintenus collectivement, plutôt que d'être contrôlés par une entité centralisée unique. En revanche, les systèmes centralisés traditionnels tels que les banques, les plateformes de médias sociaux et les services cloud peuvent fonctionner avec une plus grande efficacité, mais sont vulnérables aux points de défaillance uniques (PDUs), aux monopoles de données, aux risques de censure et aux coûts de confiance élevés. Par exemple, les banques peuvent restreindre l'accès aux fonds, les plateformes sociales peuvent supprimer du contenu à volonté, et les défaillances techniques chez les fournisseurs de services cloud peuvent entraîner des interruptions de service à grande échelle.

Ces risques ont conduit à l'essor de la technologie blockchain, qui réduit la dépendance aux autorités centralisées grâce à une architecture décentralisée, améliorant la transparence et la sécurité.

Cependant, la décentralisation n'est pas binaire - elle existe sur un spectre. Certains blockchains peuvent être dominés par quelques pools de minage ou contrôlés par un petit nombre de validateurs qui détiennent la majorité des jetons mis en jeu. Cette concentration de pouvoir sape à la fois la résistance du système aux attaques et son équité. Par conséquent, mesurer avec précision le degré de décentralisation d'une blockchain devient une question critique.

Pour relever ce défi, le coefficient de Nakamoto a été introduit. Cette métrique quantifie le niveau de décentralisation dans une blockchain en indiquant le nombre minimum d'entités indépendantes nécessaires pour perturber le fonctionnement du système. Plus le coefficient est élevé, plus le pouvoir est distribué et plus le degré de décentralisation est élevé. En revanche, un faible coefficient suggère que le pouvoir est trop concentré, rendant le réseau plus susceptible de manipulation ou d'attaque. Par exemple, dans une blockchain où seulement trois pools miniers contrôlent plus de 51% de la puissance de hachage totale, le coefficient de Nakamoto serait de 3, reflétant un faible niveau de décentralisation.

Dans les sections suivantes, nous examinerons la définition du coefficient de Nakamoto, son calcul, les principaux facteurs qui l'influencent et son impact sur la sécurité et l'équité de la blockchain.

Qu'est-ce que le coefficient de Nakamoto et pourquoi est-il important ?

Définition et origines du coefficient de Nakamoto

La décentralisation dans la blockchain n'est pas un état absolu, mais plutôt un spectre d'implémentation. Pour quantifier cette caractéristique, le coefficient de Nakamoto a été introduit. Il s'agit d'une mesure clé utilisée pour évaluer à quel point une blockchain est réellement décentralisée. Le concept a été proposé par Balaji Srinivasan (ancien directeur technique de Coinbase) et Leland Lee, et est nommé d'après Satoshi Nakamoto, le créateur de Bitcoin.

Le coefficient de Nakamoto représente le nombre minimum d'entités indépendantes nécessaires pour perturber ou contrôler les composants les plus critiques d'une blockchain, tels que :

• Pools miniers dans les chaînes de preuve de travail (PoW)
• Les validateurs dans les chaînes de Proof of Stake (PoS)
• Opérateurs de nœuds
• Participants de la gouvernance (par exemple, membres de DAO ou détenteurs de jetons)

En d'autres termes, le coefficient de Nakamoto répond à la question : Combien de participants indépendants doivent collaborer pour compromettre la blockchain ? Plus le nombre est élevé, plus le réseau est décentralisé et sécurisé. Un nombre plus faible indique que le pouvoir est concentré, rendant le réseau plus vulnérable à la manipulation ou aux attaques.

Coefficient de Nakamoto vs Attaque des 51%

Alors que le coefficient de Nakamoto est conceptuellement similaire à l'attaque des 51 %, il est plus large dans sa portée.

Une attaque de 51% s'applique principalement aux blockchains de preuve de travail. Si une entité contrôle plus de 50% du taux de hashage, elle peut valider unilatéralement les transactions, effectuer des doubles dépenses ou réorganiser l'historique de la blockchain.

En revanche, le coefficient de Nakamoto prend en compte non seulement la puissance de hachage, mais aussi le contrôle des nœuds, l'influence sur la gouvernance, le poids du jalonnement et d'autres facteurs. Il s'applique aux blockchains PoW, PoS et DeleGate.iod PoS (DPoS) de manière similaire.

Par exemple, dans un réseau PoS typique, si un petit groupe de validateurs contrôle plus de 33,33 % des jetons mis en jeu, ils peuvent bloquer la formation du consensus, empêchant l'ajout de nouveaux blocs et influençant éventuellement les décisions de gouvernance. Si le coefficient de Nakamoto d'une blockchain est de 10, cela signifie qu'au moins 10 validateurs indépendants devraient coordonner leurs actions pour compromettre le système. Un faible coefficient implique une centralisation et un risque systémique accru.

Pourquoi le coefficient de Nakamoto est-il important ?

La décentralisation est l'une des valeurs fondamentales de la blockchain. Elle permet une sécurité renforcée, une plus grande résistance à la censure et une réduction de la dépendance à la confiance. Cependant, si un petit groupe d'acteurs peut facilement contrôler le réseau, plusieurs risques émergent :

• Sécurité réduite
  Lorsque le coefficient de Nakamoto est faible, quelques pools de minage ou validateurs peuvent coordonner des attaques telles que des attaques de 51% ou retarder intentionnellement les confirmations de transactions.

• Résistance à la censure affaiblie
  Si une poignée de nœuds contrôlent la validation des transactions, ils peuvent bloquer sélectivement les transactions, sapant ainsi l'ouverture et la neutralité.

• Point unique de défaillance (SPOF)
  Si le pouvoir est concentré entre quelques entités, tout compromis tel que le piratage, une action réglementaire ou une panne technique pourrait arrêter l'ensemble du réseau.

• Gouvernance injuste
  Si la gouvernance est dominée par un petit nombre de validateurs ou de détenteurs de jetons, ils peuvent orienter les changements de protocole pour servir leurs propres intérêts plutôt que ceux de la communauté.
  Ces risques soulignent que mesurer la décentralisation n'est pas seulement un exercice théorique, c'est essentiel pour garantir que les systèmes blockchain sont justes, sécurisés et durables.

Le coefficient de Nakamoto n'est pas le seul indicateur de décentralisation

Bien qu'un coefficient Nakamoto élevé implique une structure de contrôle plus distribuée, cela ne garantit pas une décentralisation totale. Plusieurs autres facteurs doivent être pris en compte lors de l'évaluation du niveau de décentralisation d'une blockchain :

• Concentration Géographique
  Si la plupart des mineurs, validateurs ou opérateurs de nœuds se trouvent dans un seul pays ou une seule région, même un coefficient de Nakamoto élevé ne peut pas protéger le réseau contre la réglementation régionale, les pannes d'infrastructure ou les interférences politiques.
  Par exemple, de nombreux validateurs d'Ethereum sont basés aux États-Unis. Si les régulateurs américains imposent des règles plus strictes aux validateurs de PoS, cela pourrait affecter le fonctionnement du réseau.

• Centralisation de l'infrastructure
  Si la plupart des nœuds s'exécutent sur quelques fournisseurs de cloud (par exemple, AWS, Google Cloud), le réseau reste vulnérable aux SPOF au niveau de l'infrastructure, même si le contrôle est largement distribué.
  Par exemple, une panne AWS pourrait mettre hors ligne une partie importante des nœuds de la blockchain, perturbant le réseau.

• Influences externes
  La décentralisation n'est pas uniquement technique, elle est également affectée par la réglementation, l'intervention gouvernementale et l'influence des entreprises.
  Bien qu'une blockchain puisse sembler techniquement décentralisée, si ses développeurs principaux ou les principaux détenteurs de jetons sont soumis à des pressions réglementaires ou corporatives, l'indépendance dans la prise de décision peut être compromise.
  Par exemple, le USDT (Tether) fonctionne sur des réseaux blockchain mais est géré de manière centralisée par la société Tether, ce qui le rend plus susceptible aux actions réglementaires.

Ces considérations montrent que la décentralisation est multidimensionnelle, et le coefficient de Nakamoto ne mesure qu'une partie de l'image. Pour évaluer pleinement la décentralisation d'une blockchain, il faut également examiner la distribution des nœuds, la dépendance à l'infrastructure et les influences de la gouvernance externe.

Risques d'un faible coefficient Nakamoto

Lorsque le coefficient de Nakamoto est trop faible, une blockchain devient vulnérable au contrôle centralisé, ce qui entraîne plusieurs risques potentiels :

• Attaque des 51% (dans les chaînes PoW)
  Si un petit nombre de pools de minage contrôlent plus de la moitié du taux de hash du réseau, ils peuvent manipuler la validation des transactions, exécuter des attaques de double dépense et même réorganiser l'historique de la blockchain.

• Manipulation de la gouvernance (dans les chaînes PoS)
  Dans les réseaux de preuve d'enjeu, si un petit groupe de validateurs ou de détenteurs de jetons contrôle plus de 50 % du pouvoir de vote, ils peuvent dominer les changements de protocole et mettre en œuvre des règles qui leur bénéficient.

• Confiance réduite
  L'un des avantages fondamentaux de la blockchain est d'éliminer le besoin de faire confiance à une seule autorité. Cependant, si le contrôle est excessivement concentré, les utilisateurs sont contraints de compter sur quelques entités plutôt que sur l'intégrité du réseau dans son ensemble.

• Résistance à la censure affaiblie
  Lorsqu'un petit nombre de validateurs ont le pouvoir de confirmer les transactions, ils peuvent choisir de censurer des transactions spécifiques, sapant la liberté financière et la neutralité du réseau.

Ces risques mettent en évidence l'importance critique du Coefficient de Nakamoto. Concevoir un mécanisme de consensus équitable n'est pas suffisant pour garantir qu'une blockchain reste suffisamment décentralisée. La décentralisation opérationnelle réelle du réseau doit également être quantifiée à travers le Coefficient de Nakamoto, avec un suivi continu et une optimisation basée sur des données du monde réel.

Comment le coefficient de Nakamoto est-il calculé ?

Le calcul du coefficient de Nakamoto dépend de l'identification des facteurs d'influence les plus critiques du système blockchain. Différents mécanismes de consensus (comme PoW et PoS) nécessitent des approches de mesure différentes. Le processus global peut être décomposé en les étapes suivantes :

1. Choisissez la dimension de mesure appropriée

Le mécanisme de consensus utilisé par une blockchain détermine comment le pouvoir est distribué, ce qui affecte directement le coefficient de Nakamoto :

• Preuve de travail (PoW) : mesure la concentration de la puissance de hachage à travers les pools de minage pour s'assurer qu'aucun petit groupe ne peut dominer la production de blocs.
• Preuve d'enjeu (PoS) : Évalue le poids de l'enjeu détenu par les validateurs pour évaluer leur influence sur le consensus, garantissant l'équité et la sécurité.
• Preuve d'enjeu déléguée (DPoS) : Dans des blockchains comme EOS ou Solana qui adoptent le DPoS, le nombre de validateurs est souvent fixe. Cette limitation structurelle signifie que le coefficient de Nakamoto a tendance à être plus bas par rapport aux systèmes de PoW ou de PoS.

Les différents composants d'une blockchain peuvent avoir des niveaux de décentralisation variables, il est donc important de se concentrer sur la zone principale évaluée. Les dimensions de mesure courantes incluent :

• Opérateurs de nœuds: Évaluer le nombre minimum de nœuds nécessaires pour maintenir la synchronisation des blocs et la stabilité du réseau.
• Mécanismes de gouvernance: Déterminez le plus petit nombre de droits de vote suffisant pour influencer les résultats de la gouvernance et empêcher les monopoles décisionnels.
• Contributions au développement : Analyser l'influence des équipes de développement de base sur le code source pour s'assurer que les mises à niveau de la blockchain ne dépendent pas d'une seule organisation.

2. Calculer la Concentration de l'Influence

Une fois que la dimension appropriée est sélectionnée, la prochaine étape consiste à évaluer le degré de concentration de l'influence :

• Classer les entités par influence:
  Pour PoW, classer les pools de minage par taux de hashage; pour PoS, classer les validateurs par poids de mise.

• Influencer AggreGate.io jusqu'à ce qu'un seuil critique soit atteint :

  • Chaînes PoW : Calculer le nombre des principales pools de minage nécessaires pour dépasser 51 % de la puissance de hachage totale.
  • Chaînes PoS : Déterminez combien de principaux validateurs contrôlent collectivement plus de 33,33 % du pouvoir de mise en jeu (suffisant pour bloquer le consensus).
  • Gouvernance : Mesurer combien de grands détenteurs de jetons peuvent contrôler le résultat des propositions de gouvernance.

3. Déterminer la valeur du coefficient de Nakamoto

Une fois que l'influence de Gate.io atteint le seuil critique, le nombre minimum d'entités indépendantes requis est le Coefficient de Nakamoto (N).

Exemples :

• Si seulement 3 pools miniers contrôlent plus de 51% du taux de hashage de Bitcoin, alors le coefficient de Nakamoto = 3.
• Si 5 validateurs détiennent suffisamment de jetons mis en jeu pour dépasser 33.33% dans un système de PoS, alors le coefficient de Nakamoto = 5.
• Si les 7 principaux détenteurs de jetons dans un DAO peuvent adopter unilatéralement des propositions, alors le coefficient de Nakamoto = 7.

Plus le nombre est élevé, plus l'influence est répartie de manière uniforme et plus le degré de décentralisation est important. En revanche, un faible coefficient de Nakamoto suggère que le contrôle est excessivement concentré, augmentant le risque de manipulation et réduisant la sécurité du réseau.

Nakaflow: Un outil de visualisation pour le coefficient de Nakamoto

Nakaflowest un site web qui visualise le coefficient de Nakamoto à travers les principales blockchains de preuve d'enjeu (PoS). La plateforme calcule ces coefficients en utilisant des données publiquement disponibles sur la distribution du jalonnement de jetons, telles que les opérateurs de validation comme Chainflow et les pools de jalonnement comme Lido.

Figure: Données du coefficient de Nakamoto affichées sur le site Web de Nakaflow
(Source: https://nakaflow.io/)

Cet outil fournit un aperçu précieux des différences de décentralisation à travers différents réseaux blockchain. Par exemple, Polkadot présente un coefficient de Nakamoto relativement élevé, indiquant une distribution plus large et plus équilibrée parmi ses validateurs. Cela est en partie dû à son utilisation de la Preuve d'Enjeu Nominative (NPoS), qui favorise la diversité des validateurs.

D'autre part, Aptos a un coefficient de Nakamoto relativement plus bas, suggérant un ensemble de validateurs plus concentré. Cependant, il se classe toujours significativement plus haut que certains blockchains traditionnels, démontrant un degré plus élevé de décentralisation.

Les principaux facteurs influençant le coefficient de Nakamoto

Le coefficient de Nakamoto reflète le niveau de décentralisation au sein d'un système de blockchain. Sa valeur est influencée par plusieurs facteurs clés, notamment le mécanisme de consensus, les incitations économiques et la sécurité du réseau. Au-delà du modèle de consensus (déjà discuté précédemment), les facteurs suivants ont également un impact significatif sur le coefficient de Nakamoto :

1. Incitations économiques

La conception économique d'un système blockchain affecte directement la répartition des validateurs, ce qui influence à son tour le coefficient de Nakamoto :

• Si la majorité des validateurs ou des mineurs appartiennent à un petit nombre de grandes institutions, le pouvoir de décision se concentre, ce qui se traduit par un coefficient de Nakamoto plus faible et une décentralisation réduite.
• Si le système est conçu pour offrir des incitations financières suffisantes pour attirer un large éventail de participants indépendants et soutenir des opérations de nœuds durables, la distribution des validateurs devient plus diversifiée, ce qui augmente le coefficient de Nakamoto.

2. Sécurité du réseau et risques d'attaque

La sécurité d'une blockchain est étroitement liée à son niveau de décentralisation. Les facteurs de sécurité suivants peuvent influencer le coefficient de Nakamoto :

• Risque d'attaque de 51% :
  Lorsque le coefficient de Nakamoto est trop faible, les attaquants n'ont besoin de prendre le contrôle que de quelques nœuds critiques pour perturber le réseau. Cela augmente le risque de manipulation malveillante et compromet l'intégrité de la blockchain.

• Barrières à l'exploitation des nœuds :
  Si le seuil technique ou financier pour exécuter un nœud est trop élevé, moins de participants peuvent rejoindre le processus de consensus. Cela restreint le pool de validateurs ou de mineurs, réduisant la décentralisation et diminuant le coefficient de Nakamoto.

Applications du Coefficient Nakamoto

Le coefficient de Nakamoto sert de mesure cruciale pour évaluer le niveau de décentralisation dans les systèmes de blockchain et a des applications pratiques dans divers domaines :

Évaluation de la sécurité de la Blockchain

Le coefficient de Nakamoto peut être utilisé pour évaluer la résistance d'un réseau blockchain aux attaques. Un faible coefficient indique que seules quelques entités sont nécessaires pour contrôler les décisions critiques, rendant la blockchain plus susceptible aux attaques de 51 % ou au contrôle oligopolistique.

Lors de la conception ou de la sélection d'une blockchain, l'analyse du coefficient de Nakamoto aide à déterminer son niveau de décentralisation et sa sécurité inhérente. Par exemple, en 2019, Ethereum Classic (ETC) a subi une attaque de 51% en raison de son faible coefficient de Nakamoto, ce qui a entraîné la réorganisation de millions de dollars de transactions, démontrant clairement le risque posé par une faible décentralisation.

Conception et optimisation de la gouvernance

Dans les systèmes PoS et DPoS, le pouvoir de décision repose souvent sur les poids des enjeux des validateurs ou les méthodes électorales. En surveillant le coefficient de Nakamoto, les équipes de développement et les communautés peuvent identifier les tendances de centralisation et ajuster les règles de mise en jeu, les mécanismes de vote ou les incitations économiques pour mieux répartir le pouvoir de gouvernance.

Comparaison et choix entre les chaînes publiques et les chaînes secondaires

Les développeurs et les investisseurs peuvent utiliser le coefficient de Nakamoto pour comparer la décentralisation entre différents blockchains et sidechains. Dans des domaines comme la DeFi, les NFT et le GameFi, un coefficient de Nakamoto plus élevé suggère que la plateforme est moins susceptible d'être contrôlée par une entité unique, offrant un environnement plus sûr et plus transparent pour les utilisateurs.

Évaluation de la réglementation et de la conformité

À mesure que les cadres réglementaires pour la blockchain continuent d'évoluer, les autorités peuvent utiliser le Coefficient de Nakamoto pour évaluer si une blockchain est trop centralisée et si elle répond aux normes de décentralisation.

Par exemple, une blockchain avec un coefficient de Nakamoto très bas pourrait ressembler à un système centralisé traditionnel et être soumise à des réglementations plus strictes. La SEC américaine a poursuivi une fois Ripple (XRP), arguant que le réseau était très centralisé car Ripple Labs détenait une grande part de jetons XRP et exerçait un contrôle significatif sur le réseau. Si le réseau XRP avait un coefficient de Nakamoto plus élevé avec une distribution plus large des validateurs, la SEC aurait peut-être pu ne pas le classer comme étant sous le contrôle d'une seule entité, réduisant potentiellement le risque de conformité.

Soutien au développement de la Décentralisation

Les communautés et les développeurs peuvent suivre les tendances de la décentralisation en suivant les changements du Coefficient de Nakamoto dans le temps. Ils peuvent ensuite améliorer la décentralisation en ajustant les mécanismes de consensus, en abaissant la barrière à la participation des nœuds, ou en distribuant plus largement les droits de mise en jeu, contribuant à garantir que la blockchain évolue en accord avec les objectifs de décentralisation à long terme.

Figure: Discussion communautaire sur X spéculant si Cardano deviendra la première cryptomonnaie à atteindre un coefficient Nakamoto supérieur à 100
(Source: https://x.com/adahandle/status/1900247129144385897/photo/2)

Conclusion

Le coefficient de Nakamoto est une mesure vitale pour évaluer la décentralisation dans les réseaux blockchain. Il nous permet d'évaluer des attributs clés tels que la sécurité, la résistance à la censure et l'équité dans la gouvernance. Un coefficient plus élevé indique une structure de contrôle plus largement distribuée, signifiant une décentralisation plus forte. À l'inverse, une valeur plus faible implique un contrôle concentré, rendant la blockchain plus susceptible à la manipulation et aux attaques.

Cependant, le coefficient de Nakamoto n'est pas le seul critère pour évaluer la décentralisation. Des facteurs tels que la concentration géographique, la dépendance à l'infrastructure et les influences externes sont tout aussi critiques. Par conséquent, lors de l'évaluation du niveau de décentralisation d'une blockchain, il convient d'adopter une approche holistique plutôt que de se fier uniquement à une seule métrique.

En regardant vers l'avenir, l'augmentation du Coefficient de Nakamoto dépendra de plus en plus de l'innovation technologique et de la conception de la gouvernance. Par exemple, le mécanisme de Preuve d'Enjeu Nominatif (NPoS) de Polkadot aide à décentraliser la distribution des enjeux en permettant aux nominés de déléGué.io à plusieurs validateurs, réduisant ainsi le risque de concentration du pouvoir. Le mécanisme de shardage d'Ethereum vise également à augmenter la participation des validateurs et à améliorer la diversité du réseau. En plus de cela, encourager le staking domestique et abaisser les barrières à l'exploitation des nœuds peut attirer plus de participants indépendants et réduire la dépendance vis-à-vis des grands fournisseurs de services de staking. D'autres exemples incluent l'architecture de sous-réseau d'Avalanche et la conception modulaire multi-chaîne de Cosmos, qui offrent tous deux une plus grande flexibilité en décentralisant la gouvernance et le contrôle des validateurs. Ces exemples démontrent que les améliorations des mécanismes de consensus, de la conception des nœuds, de la distribution de l'infrastructure et des cadres de gouvernance sont tous des voies pratiques pour augmenter le Coefficient de Nakamoto et renforcer la décentralisation.

Alors que ces technologies et structures deviennent plus matures et voient une adoption plus large, nous nous rapprochons de la construction d'un écosystème blockchain véritablement résistant à la censure, à l'épreuve de la manipulation et durable - réalisant l'esprit et la vision originaux de la décentralisation.

Figure: Mécanisme de Sharding d'Ethereum
(Source: https://www.gate.io/fr/learn/articles/what-is-sharding/64)