Algorithme de consensus : Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT)
Les algorithmes de consensus sont des processus qui permettent de trouver un accord sur une valeur unique de données entre des processus ou des systèmes distribués. Ces algorithmes sont conçus pour assurer la fiabilité d’un réseau impliquant plusieurs nœuds peu fiables. Parmi ces algorithmes dit de consensus, il y a le Practical Byzantine Fault Tolerance, qui caractérise un réseau distribué pour parvenir à un consensus même lorsque certains des noeuds du réseau ne répondent pas ou répondent avec des informations incorrectes. Son objectif est de permettre la défense contre les défaillances catastrophiques du système en atténuant l'influence de ces nœuds malveillants sur la fonction correcte du réseau et le consensus approprié auquel sont parvenus les nœuds honnêtes du système.
Le problème lié à cet algorithme est inspiré du problème des généraux byzantins qui signifie qu'aucun nœud du réseau ne peut totalement garantir que les informations qu'il communique seront fidèlement et intégralement retransmises par un autre nœud de ce même réseau.
Fonctionnement
Pour le bon fonctionnement de l'algorithme, l'hypothèse est que la quantité de nœuds malveillants dans le réseau ne peut pas être égale ou supérieure au tiers de l'ensemble de nœuds du système. Autrement dit, le nombre maximal de nœuds malveillants doit être strictement inférieur au nombre total de nœuds divisé par trois. L'objectif est que tous les nœuds honnêtes aident à parvenir à un consensus sur l'état du système en utilisant la règle de la majorité.
Il y a parmi les nœuds, un nœud primaire et plusieurs nœuds secondaires. Le nœud primaire est changé dans un format de type tournoi rond pendant chaque vue et peut même être remplacé par un protocole appelé changement de vue si une quantité prédéfinie de temps s'est écoulée sans que celui-ci ne diffuse une requête à ses secondaires.
Le consensus s'effectue en 4 phases :
- Le client envoie une requête au nœud primaire.
- Le nœud primaire diffuse la requête à l'ensemble des nœuds secondaires.
- Les nœuds (primaire et secondaires) assurent le service demandé, puis renvoient une réponse au client.
- La demande est servie avec succès lorsque le client reçoit des "m+1" réponses identiques de différents nœuds du réseau, où "m" est le nombre maximal de nœuds défectueux autorisés.
Avantages et Limites
PBFT présente de nombreux avantages tels que :
Efficacité énergétique : Il peut atteindre un consensus distribué sans effectuer de calculs mathématiques complexes (comme dans PoW).
Finalité de la transaction : les transactions ne nécessitent pas de confirmations multiples après avoir été finalisés et convenus. Dans certains mécanismes comme PoW dans Bitcoin, chaque nœud vérifie individuellement toutes les transactions avant d'ajouter le nouveau bloc à la blockchain. Ainsi Les confirmations peuvent prendre entre 10 et 60 minutes.
Faible variance de récompense : chaque nœud du réseau participe à la réponse à la demande du client et, par conséquent, chaque nœud peut être incité, ce qui entraîne une faible variance dans la récompense des nœuds qui aident à la prise de décision.
Mais malgré ses avantages évidents et prometteurs, le mécanisme de consensus PBFT présente des limites essentielles. Plus précisément, le modèle ne fonctionne efficacement que lorsque le nombre de nœuds dans le réseau distribué est faible en raison des têtes de communication élevées qui augmentent exponentiellement avec chaque nœud supplémentaire du réseau.
Quelques limites :
Le Sybil attack, où une entité contrôle de nombreuses identités (nœuds dans le réseau), compromettant ainsi le réseau.
Le scaling, ou la capacité d'un système à gérer une augmentation significative du nombre de transactions ou d'utilisateurs, peut être considéré comme un défi pour le PBFT. En raison de sa conception complexe et de ses exigences de communication intensives entre les nœuds, l'efficacité de PBFT peut diminuer à mesure que le réseau s'agrandit. Le processus de consensus peut devenir plus lent, entraînant des retards dans la validation des transactions. Ainsi, bien que PBFT offre une sécurité robuste, son extensibilité peut poser des problèmes dans les environnements nécessitant une mise à l'échelle rapide et importante.
Conclusion
La Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT) constitue une avancée majeure pour garantir la fiabilité dans les systèmes décentralisés, notamment dans les blockchains. En assurant la tolérance aux fautes Byzantines, elle renforce la sécurité et la résilience face aux nœuds défaillants. Cependant, il est important de noter que l'implémentation de PBFT peut entraîner une augmentation de la complexité, des coûts opérationnels et des exigences de ressources. Malgré ses avantages, ces inconvénients soulignent la nécessité d'évaluer attentivement son utilisation en fonction des besoins spécifiques du système.
Sources :
https://www.geeksforgeeks.org/practical-byzantine-fault-tolerancepbft/
https://blockonomi.com/practical-byzantine-fault-tolerance/
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