Comprendre l’algorithme QBFT dans Hyperledger Besu

1. Contexte : Hyperledger Besu, une solution blockchain moderne

Hyperledger Besu est une plateforme blockchain open source développée dans le cadre du projet Hyperledger, soutenu par la Linux Foundation. Conçu pour offrir une compatibilité avec Ethereum, Besu se distingue par sa capacité à déployer des blockchains adaptées aussi bien aux réseaux publics qu’aux réseaux privés.

L’un des atouts majeurs de Besu est sa flexibilité en matière de consensus. Plusieurs algorithmes sont disponibles pour valider les transactions et sécuriser le réseau, mais l’algorithme QBFT, reposant sur le modèle Proof of Authority (PoA), est recommandé pour les blockchains privées ou d’entreprise. Grâce à des contrôles d’accès rigoureux et à sa nature open source, Besu permet aux organisations de créer des solutions blockchain sécurisées et adaptées à leurs besoins spécifiques.

2. Qu’est-ce que QBFT ?

QBFT, ou Quorum Byzantine Fault Tolerance, est un algorithme de consensus spécifiquement conçu pour les blockchains privées et les réseaux contrôlés. Il s’appuie sur le mécanisme Proof of Authority, où les décisions sont prises par un ensemble restreint et prédéfini de validateurs.

Cet algorithme est une version optimisée du Byzantine Fault Tolerance (BFT), un modèle théorique qui garantit la robustesse d’un système même en présence de certains participants défaillants ou malveillants. QBFT améliore cette approche en intégrant des mécanismes pour assurer une finalité rapide et sécurisée des blocs dans Hyperledger Besu.

3. Principe de base de QBFT

L’algorithme QBFT repose sur des principes fondamentaux qui en font une solution idéale pour les blockchains d’entreprise.

Tolérance aux fautes byzantines

L’un des aspects essentiels de QBFT est sa capacité à tolérer les fautes dites byzantines, c’est-à-dire des comportements malveillants ou inattendus de la part de certains validateurs. Dans un réseau avec un total de N validateurs, QBFT peut fonctionner correctement tant que f = (N - 1) / 3 validateurs ou moins sont compromis. Cela garantit que le système reste fonctionnel même en cas de défaillances partielles.

Finalité des blocs

QBFT offre une finalité déterministe des blocs, ce qui signifie qu’une fois qu’un bloc est ajouté à la blockchain, il est définitif et ne peut être annulé ou réorganisé. Ce niveau de certitude est particulièrement crucial pour les applications nécessitant une fiabilité absolue, comme les transactions financières ou la gestion de données sensibles.

Proof of Authority (PoA)

Contrairement aux mécanismes comme le Proof of Work (PoW), où la validation repose sur la puissance de calcul, ou le Proof of Stake (PoS), qui dépend de la quantité de jetons stakés, QBFT utilise le Proof of Authority. Ce modèle repose sur un ensemble de validateurs autorisés, spécifiés dans une liste prédéfinie. Ces validateurs sont des entités de confiance, ce qui permet de garantir la sécurité et la rapidité du réseau.

4. Le Proof of Authority

Le Proof of Authority (PoA) est un mécanisme de consensus qui diffère des approches traditionnelles comme le PoW ou le PoS en se basant sur la réputation des validateurs. Les nœuds autorisés jouent ici un rôle central, agissant comme des entités de confiance pour valider les blocs et sécuriser la blockchain.

Cette approche permet :

Un taux élevé de transactions par seconde.
Une finalité rapide des blocs (souvent en seulement 1 à 4 secondes).
Une efficacité énergétique accrue grâce à l’élimination de la compétition entre nœuds.

Cependant, ce modèle est principalement adapté aux blockchains privées, où la confiance envers les validateurs est garantie.

5. Les 5 étapes de QBFT

Le fonctionnement de QBFT s’articule autour de cinq étapes successives :

Proposition de bloc
Un validateur est désigné comme proposeur pour soumettre un nouveau bloc au réseau. Cette sélection est réalisée de manière équitable, souvent par un mécanisme de rotation où chaque validateur prend son tour.
Pré-préparation (Pre-Prepare)
Une fois le bloc proposé, il est diffusé à l’ensemble des autres validateurs. Ces derniers vérifient que le bloc respecte les règles établies par le protocole et qu’il contient des transactions valides.
Préparation (Prepare)
Si un validateur estime que le bloc est valide, il envoie un message de préparation aux autres membres du réseau pour signaler son accord. Cette étape permet de collecter des votes en vue d’atteindre un consensus.
Validation (Commit)
Lorsque le validateur reçoit un quorum de votes favorables, défini comme les ⅔ + 1 des validateurs, il valide le bloc. Le bloc est alors signé collectivement par les validateurs et ajouté à la blockchain.
Finalisation
Une fois validé, le bloc est considéré comme finalisé. Il devient impossible de modifier ou de réorganiser la blockchain à partir de ce bloc.

6. Caractéristiques de QBFT

Faible latence : validation quasi immédiate des blocs.
Rotation des validateurs : modification dynamique de la liste des validateurs.
Tolérance aux fautes : fonctionnement garanti même avec des validateurs malveillants.
Efficacité énergétique : pas de calculs intensifs, contrairement au PoW.
Sécurité renforcée : contrôle strict des validateurs.

7. Inconvénients de QBFT

Moins décentralisé : la confiance repose sur un groupe restreint de validateurs.
Risques de collusion : la sécurité est compromise si plus de ⅓ des validateurs sont malveillants.
Complexité accrue : lorsque le nombre de validateurs dépasse une dizaine, la validation devient plus longue et moins efficace.

8. Conclusion

QBFT est un algorithme de consensus performant et efficace, parfaitement adapté aux besoins des blockchains privées ou d’entreprise. En s’appuyant sur la confiance et la réputation des validateurs, il garantit :

Une validation rapide.
Une sécurité optimale.
Une faible consommation d’énergie.

Bien qu’il soit moins adapté aux réseaux publics nécessitant une forte décentralisation, QBFT est une solution idéale pour des applications où la rapidité, la finalité et la robustesse sont prioritaires.

Comprendre l’algorithme QBFT dans Hyperledger Besu

Comprendre l’algorithme QBFT dans Hyperledger Besu

1. Contexte : Hyperledger Besu, une solution blockchain moderne

2. Qu’est-ce que QBFT ?

3. Principe de base de QBFT

Tolérance aux fautes byzantines

Finalité des blocs

Proof of Authority (PoA)

4. Le Proof of Authority

5. Les 5 étapes de QBFT

6. Caractéristiques de QBFT

7. Inconvénients de QBFT

8. Conclusion

Sources