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COMPRENDRE LA BLOCKCHAIN
Réalisé par Amine HAMOUDA
Comprendre et anticiper le potentiel de disruption de la Blockchain
Ce document constitue un DRAFT
et est amené à évoluer
2
1. Contexte & genèse de la Blockchain
2. La Blockchain
3. Concepts de
4. Glossaire de Blockchain
5. Annexes et Sources
CONTEXTE
4
 Dans un contexte de crise économique (2008-2009), de scandales financiers et monétaires, de perte
de confiance en les institutions bancaires, un groupe de hackers a crée une crypto-monnaie émise par un
système d’échange entre pairs et dénué de tout système de contrôle centralisé. C’est ainsi que Satoshi
Nakamato pose les principes fondateurs de Bitcoin dans en 2009 (lien)
 Blockchain est l’architecture et le paradigme sous-jacent au Bitcoin.
o Bitcoin est le use-case monétaire de Blockchain (et accessoirement le use-case le plus connu)
 Blockchain est souvent victime de préjugés négatifs et de l’amalgame avec Bitcoin
o Origine nébuleuse de Bitcoin
• Satoshi Nakamato (Craig Wright de son vrai nom) est-il une personne physique? Est-ce un groupe de hackers? Pour qui agissent-ils? Qui
maitrise les nœuds du réseaux?...)
o Quelques scandales : Achats illégaux, blanchiment d’argent et vols
 En 2014, vol de l’équivalent de 400 M$ en bitcoin à Mt.Gox
 En 2015, BitPay
 Découverte régulière de malwares
1 – ÉLÉMENTS DE CONTEXTE
BLOCKCHAIN
6
 La Blockchain est une technologie de stockage et de transmission d’informations, transparente,
sécurisée, et fonctionnant sans organe central de contrôle
 La Blockchain constitue une base de données (Ledger ou registre) qui contient l’historique de tous* les
échanges (transactions) effectués entre les utilisateurs depuis sa création. Cette base de données est
sécurisée (chiffrage), distribuée (à tout les utilisateurs) et sans intermédiaire
 Blockchain peut est assimilée à un grand livre comptable public, anonyme et infalsifiable.
QUÈSACO
Block 3
Transaction 14
Transaction 15
Transaction 16
Transaction 17
Transaction 18
Transaction 19
Header Block 3
Block 4
Transaction 20
Transaction 21
Transaction 22
Transaction 23
Header Block 4
Block 5
Transaction 24
Transaction 25
Transaction 26
Transaction 27
Transaction 28
Transaction 29
Header Block 5
Block 7
Transaction 35
Transaction 36
Transaction 37
Transaction 38
Transaction 39
Transaction 40
Header Block 7
Block 6
Transaction 30
Transaction 31
Transaction 32
Transaction 33
Transaction 34
Header Block 6
(*) Tous les échanges en théorie car avec l’explosion du nombre de transactions, des systèmes de type clients légers, notamment
destinés au applications mobile, est en train de voir le jour
7
 Toute Blockchain publique fonctionne nécessairement avec une monnaie ou un token (jeton)
programmable
 Les transactions effectuées entre les pairs (aussi appelé nœuds du réseau) sont regroupées par blocs.
 Chaque bloc est validé par les nœuds du réseaux via un mécanisme de consensus (voir slide
mécanismes de consensus). Dans le cas de la blockchain de bitcoin, cette technique est appelée le
« Proof of Work » (ou minage) (voir partie concepts pour plus de détail)
 Concrètement, le premier nœud qui mine le bloc s’attribue la Proof-of-Work et, est donc rétribué. Des mécanismes de consensus
permettent de gérer les doubles minages et d’arriver à un consensus rapidement (mise en compétition des miners qui augmente
la puissance de calcul du réseau)
 Un fois validé, le bloc est horodaté et ajouté à la chaine de bloc et partagé à l’ensemble des nœuds du
réseau. La transaction est alors visible de tout le réseau.
COMMENT CA MARCHE?
Un utilisateur A
effectue une
transaction vers B
Les transactions
sont regroupées
dans un bloc
Le bloc est validé par les
nœuds du réseau via des
mécanismes de
consensus
Le bloc miné est alors
daté et ajouté à la chaine
de blocs
L’utilisateur B reçoit
la transaction
8
AVANTAGES ET LIMITES DE LA BLOCKCHAIN
Les avantages
• Sécurité, décentralisation et
dématérialisation des
transactions et des assets
• Réduction des couts à
travers
1. La suppression du
thiers de confiance
2. Automatisation et
simplification
• Dématérialisation d’un
certain nombre de
processus
• Atténuation des risques
(risque répartie sur
l’ensemble des nœuds du
système et plus sur un
thiers de confiance)
Limites
• Problématique juridique
• Vitesse d’exécution des
transactions
• Passage à l’échelle pour de
grands volumes de
transaction
• Evolution du protocole
• Cout d’implémentation
actuel
• Sécurité (au sens
écosystème)
Blockchain
Pérennité
IntégritéSécurité
Cohérence
Non
répudiation
CONCEPTS
Quelques exemples de systèmes centralisés :
 Le système bancaire
 Le système notariale
 Le système de vote
 Une base de données standard
 Guiness Book des records
Les limites de ce système :
 Forte dépendance au tiers de confiance
 Le tiers de confiance constitue un point de défaillance
potentiel (anti-pattern : single point of failure)
 Nécessite la confiance en le tiers de confiance
 Ajout de processus supplémentaires et donc d’un surcout
économique
 Limitant en terme de passage à l’échelle
10
MODÈLE CENTRALISÉ ET RÔLE DU TIERS DE CONFIANCE
Principe :
Dans un modèle centralisé, un tiers de confiance (middle
men) joue le rôle d’intermédiaire dans les échanges entre
les différents intervenants du system
Quel rôle joue le tiers de confiance?
 Il facilite les échanges entre les intervenants
 Il est le garant de la sécurité et de l’intégrité des
échanges
Modèle décentralisé
Pas de confiance requise entre les pairs
Pas de point de défaillance
Pas de dépendance à un tiers de confiance ou à un pair
Processus supplémentaires requis pour créer le consensus,
assurer la sécurité et la transmission de l’information)
Difficulté d’accès à l’information
Difficulté à faire évoluer le protocole
Modèle centralisé
Pas de confiance requise entre les pairs
Contrôle de l’information et des échanges
Point de défaillance
Confiance en le tiers requise
Pairs dépendant du tiers de confiance
11
MODÈLE CENTRALISÉ VS. DÉCENTRALISÉ
12
 L’utilisation d’une paire clés publique/clés privée est un des principe sur lequel repose la
cryptographie asymétrique (une méthode de chiffrement).
 Principes :
1. Chaque utilisateur dispose d’une clés publique qu’il diffuse et d’une clé privée qu’il garde
2. Un utilisateur A souhaite envoyer un message m à un utilisateur B
3. L’utilisateur A chiffre le message m avec la clés publique de l’utilisateur B
4. L’utilisateur B reçoit le message m chiffré avec sa clés publique B.
5. L’utilisateur B est le seul à pouvoir déchiffrer le message m chiffré avec sa clé privée B
CLÉS PUBLIQUE / CLÉS PRIVÉE
Utilisateur A Utilisateur B
Clés privée A Clés privée BClés public B Clés public A
2 3
1 1
4 5
Clés public B Clés privée B
13
Les mécanismes de consensus sont utilisés pour s’assurer que tout les nœuds du réseau (paires)
disposent des mêmes informations et que seules les transactions valides sont enregistrées dans les
registres distribués. En d’autres termes, il s’agit de la manière de valider les blocs de la Blockchain
 Proof of Work (Preuve de travail ou PoW) constitue le processus de résoudre un défi informatique imposé par une Proof
of Work est appelé mining (on parle de mineurs). Les mineurs doivent résoudre un problème informatique ayant une
difficulté d (d est variable et évolue en fonction de la puissance de calcul du système) pour valider un block. La Proof of
Work est utilisé par la Blockchain de Bitcoin
 Proof of Stake (Preuve d’enjeu ou de possession ou PoS) constitue le processus de résoudre un défi informatique imposé
par une Proof of Stake est appelé minting (on parle de forgeurs). La Proof of Stake se base sur la probabilité qu’un
nœud parvienne le prochain block de transactions à ajouter à la Blockchain est proportionnelle à la quantité de monnaie
que possède ce nœud. Les forgeurs doivent résoudre un problème informatique pour valider un block.
 Il existe d’autres mécanismes de consensus comme le Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT) basé sur le problème
des généraux byzantins (métaphore informatique) et le Zero Knowledge Proof (un fournisseur de preuve prouve
mathématiquement à un vérificateur qu’une proposition est vraie sans toutefois révéler d’autres informations que la
véracité de la proposition)
MÉCANISMES DE CONSENSUS
NB : Voir annexe pour le détail des problèmes informatiques PoS et PoW
14
 Les ledgers (registres) de la plupart des blockchains reposent sur des assets
digitaux appelés Tokens (jetons)
 Dans la blockchain Ripple, les tokens sont nommés XRP
 Dans la blockchain d’Ethereum, les tokens sont nommés Ethers
 Les Tokens servent deux objectifs principaux
 Rémunérer les nœuds du réseaux lors du processus de minage et donc encourager la
définition d’un consensus
 Prévenir des SPAM et attaques de types Deni de Services
LE CONCEPT DE TOKENISATION
GLOSSAIRE
16
Altcoin : Abréviation de l’expression « Alternative Coin ». Une altcoin est une cryptomonnaie autre que le bitcoin (e.g Citicoin,
ether, amazoncoin…)
Bitcoin (BTC) : Cryptomonnaie électronique décentralisée conçue en 2009 par Satoshi Nakamato
Blockchain : ou « Chaine de block » est un paradigme de stockage décentralisé et de transmission d’informations à cout
réduit, sécurisé et transparent. Blockchain peut être assimilée à une base de données sécurisée et distribuée et à un grand
livre comptable public, anonyme et théoriquement infalsifiable
Fonction de Hachage : On nomme fonction de hachage une fonction particulière qui, à partir d'une donnée fournie en
entrée, calcule une empreinte servant à identifier rapidement, bien qu'incomplètement, la donnée initiale. Les fonctions de
hachage sont utilisées en informatique et en cryptographie
Hash : Résultat que produit une fonction de Hachage
Ledger : Registre dans lequel sont enregistré les transactions d’un systeme
Minage : utilisation de la puissance de calcul informatique afin de traiter des transactions, sécuriser le réseau et permettre à
tous les utilisateurs du système de rester synchronisés
Noeud : ordinateur relié au réseau et utilisantun programme relayant les transactions
UTXO : Etat du système à un instant t ou encore un » collection d’outputs de transactions non dépensées
LEXIQUE DE LA BLOCKCHAIN
ANNEXES & SOURCES
ECOSYSTÈME BLOCKCHAIN
18
Source :
FirstPartner
19
 Proof of Work
 Pour faire référence à un bloc spécifique de la blockchain, on fait le hash (SHA-256) de son header
deux fois. L’entier résultant appartient à l’intervalle [0, 2^256 – 1]
 Dans la PoW, pour qu’un bloc soit considérée valable, cet entier ne doit pas excéder le seuil :
hash(B) ≤ M/D D représentant la difficulté de la tache D ∈ [1,M]
 Il n’y a aucune façon connue de prédire à l’avance quel argument B va satisfaire cette équation
 Proof of Stake
 Prenons un utilisateur A avec un solde bal(A). Une fonction de PoS utilisera cette condition
 hash( hash(Bprev), A, t) ≤ bal(A) M / D
 Bprev représente le bloc sur lequel l’utilisateur est en train de construire
 T est le timestamp
POS VS. POW
20
Livres :
 Blockchain, Blueprint for new economy, Melanie SWAN – O’Reilly
Blogs et sites web :
 Principes fondateurs de Bitcoin de Satoshi Nakamoto - https://bitcoin.org/bitcoin.pdf
 Blogchaincafe - http://blogchaincafe.com/ - David TERRUZI
 Finyear - http://www.finyear.com/
 Blockchain France - https://blockchainfrance.net/
 Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT) - http://pmg.csail.mit.edu/papers/osdi99.pdf
Whitepapers :
 Bitcoin : A Peer-to-Peer Electronic Cash System
 Comprendre la Blockchain – édite par U – plateforme de transformation digitale
SOURCES
www.niji.fr @Niji_Digital
PARIS RENNES LILLE NANTES
MERCI DE VOTRE ATTENTION
AMINE.HAMOUDA@NIJI.FR
06.25.25.31.65
@AMINE_HAMOUDA86
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  • 1. COMPRENDRE LA BLOCKCHAIN Réalisé par Amine HAMOUDA Comprendre et anticiper le potentiel de disruption de la Blockchain Ce document constitue un DRAFT et est amené à évoluer
  • 2. 2 1. Contexte & genèse de la Blockchain 2. La Blockchain 3. Concepts de 4. Glossaire de Blockchain 5. Annexes et Sources
  • 4. 4  Dans un contexte de crise économique (2008-2009), de scandales financiers et monétaires, de perte de confiance en les institutions bancaires, un groupe de hackers a crée une crypto-monnaie émise par un système d’échange entre pairs et dénué de tout système de contrôle centralisé. C’est ainsi que Satoshi Nakamato pose les principes fondateurs de Bitcoin dans en 2009 (lien)  Blockchain est l’architecture et le paradigme sous-jacent au Bitcoin. o Bitcoin est le use-case monétaire de Blockchain (et accessoirement le use-case le plus connu)  Blockchain est souvent victime de préjugés négatifs et de l’amalgame avec Bitcoin o Origine nébuleuse de Bitcoin • Satoshi Nakamato (Craig Wright de son vrai nom) est-il une personne physique? Est-ce un groupe de hackers? Pour qui agissent-ils? Qui maitrise les nœuds du réseaux?...) o Quelques scandales : Achats illégaux, blanchiment d’argent et vols  En 2014, vol de l’équivalent de 400 M$ en bitcoin à Mt.Gox  En 2015, BitPay  Découverte régulière de malwares 1 – ÉLÉMENTS DE CONTEXTE
  • 6. 6  La Blockchain est une technologie de stockage et de transmission d’informations, transparente, sécurisée, et fonctionnant sans organe central de contrôle  La Blockchain constitue une base de données (Ledger ou registre) qui contient l’historique de tous* les échanges (transactions) effectués entre les utilisateurs depuis sa création. Cette base de données est sécurisée (chiffrage), distribuée (à tout les utilisateurs) et sans intermédiaire  Blockchain peut est assimilée à un grand livre comptable public, anonyme et infalsifiable. QUÈSACO Block 3 Transaction 14 Transaction 15 Transaction 16 Transaction 17 Transaction 18 Transaction 19 Header Block 3 Block 4 Transaction 20 Transaction 21 Transaction 22 Transaction 23 Header Block 4 Block 5 Transaction 24 Transaction 25 Transaction 26 Transaction 27 Transaction 28 Transaction 29 Header Block 5 Block 7 Transaction 35 Transaction 36 Transaction 37 Transaction 38 Transaction 39 Transaction 40 Header Block 7 Block 6 Transaction 30 Transaction 31 Transaction 32 Transaction 33 Transaction 34 Header Block 6 (*) Tous les échanges en théorie car avec l’explosion du nombre de transactions, des systèmes de type clients légers, notamment destinés au applications mobile, est en train de voir le jour
  • 7. 7  Toute Blockchain publique fonctionne nécessairement avec une monnaie ou un token (jeton) programmable  Les transactions effectuées entre les pairs (aussi appelé nœuds du réseau) sont regroupées par blocs.  Chaque bloc est validé par les nœuds du réseaux via un mécanisme de consensus (voir slide mécanismes de consensus). Dans le cas de la blockchain de bitcoin, cette technique est appelée le « Proof of Work » (ou minage) (voir partie concepts pour plus de détail)  Concrètement, le premier nœud qui mine le bloc s’attribue la Proof-of-Work et, est donc rétribué. Des mécanismes de consensus permettent de gérer les doubles minages et d’arriver à un consensus rapidement (mise en compétition des miners qui augmente la puissance de calcul du réseau)  Un fois validé, le bloc est horodaté et ajouté à la chaine de bloc et partagé à l’ensemble des nœuds du réseau. La transaction est alors visible de tout le réseau. COMMENT CA MARCHE? Un utilisateur A effectue une transaction vers B Les transactions sont regroupées dans un bloc Le bloc est validé par les nœuds du réseau via des mécanismes de consensus Le bloc miné est alors daté et ajouté à la chaine de blocs L’utilisateur B reçoit la transaction
  • 8. 8 AVANTAGES ET LIMITES DE LA BLOCKCHAIN Les avantages • Sécurité, décentralisation et dématérialisation des transactions et des assets • Réduction des couts à travers 1. La suppression du thiers de confiance 2. Automatisation et simplification • Dématérialisation d’un certain nombre de processus • Atténuation des risques (risque répartie sur l’ensemble des nœuds du système et plus sur un thiers de confiance) Limites • Problématique juridique • Vitesse d’exécution des transactions • Passage à l’échelle pour de grands volumes de transaction • Evolution du protocole • Cout d’implémentation actuel • Sécurité (au sens écosystème) Blockchain Pérennité IntégritéSécurité Cohérence Non répudiation
  • 10. Quelques exemples de systèmes centralisés :  Le système bancaire  Le système notariale  Le système de vote  Une base de données standard  Guiness Book des records Les limites de ce système :  Forte dépendance au tiers de confiance  Le tiers de confiance constitue un point de défaillance potentiel (anti-pattern : single point of failure)  Nécessite la confiance en le tiers de confiance  Ajout de processus supplémentaires et donc d’un surcout économique  Limitant en terme de passage à l’échelle 10 MODÈLE CENTRALISÉ ET RÔLE DU TIERS DE CONFIANCE Principe : Dans un modèle centralisé, un tiers de confiance (middle men) joue le rôle d’intermédiaire dans les échanges entre les différents intervenants du system Quel rôle joue le tiers de confiance?  Il facilite les échanges entre les intervenants  Il est le garant de la sécurité et de l’intégrité des échanges
  • 11. Modèle décentralisé Pas de confiance requise entre les pairs Pas de point de défaillance Pas de dépendance à un tiers de confiance ou à un pair Processus supplémentaires requis pour créer le consensus, assurer la sécurité et la transmission de l’information) Difficulté d’accès à l’information Difficulté à faire évoluer le protocole Modèle centralisé Pas de confiance requise entre les pairs Contrôle de l’information et des échanges Point de défaillance Confiance en le tiers requise Pairs dépendant du tiers de confiance 11 MODÈLE CENTRALISÉ VS. DÉCENTRALISÉ
  • 12. 12  L’utilisation d’une paire clés publique/clés privée est un des principe sur lequel repose la cryptographie asymétrique (une méthode de chiffrement).  Principes : 1. Chaque utilisateur dispose d’une clés publique qu’il diffuse et d’une clé privée qu’il garde 2. Un utilisateur A souhaite envoyer un message m à un utilisateur B 3. L’utilisateur A chiffre le message m avec la clés publique de l’utilisateur B 4. L’utilisateur B reçoit le message m chiffré avec sa clés publique B. 5. L’utilisateur B est le seul à pouvoir déchiffrer le message m chiffré avec sa clé privée B CLÉS PUBLIQUE / CLÉS PRIVÉE Utilisateur A Utilisateur B Clés privée A Clés privée BClés public B Clés public A 2 3 1 1 4 5 Clés public B Clés privée B
  • 13. 13 Les mécanismes de consensus sont utilisés pour s’assurer que tout les nœuds du réseau (paires) disposent des mêmes informations et que seules les transactions valides sont enregistrées dans les registres distribués. En d’autres termes, il s’agit de la manière de valider les blocs de la Blockchain  Proof of Work (Preuve de travail ou PoW) constitue le processus de résoudre un défi informatique imposé par une Proof of Work est appelé mining (on parle de mineurs). Les mineurs doivent résoudre un problème informatique ayant une difficulté d (d est variable et évolue en fonction de la puissance de calcul du système) pour valider un block. La Proof of Work est utilisé par la Blockchain de Bitcoin  Proof of Stake (Preuve d’enjeu ou de possession ou PoS) constitue le processus de résoudre un défi informatique imposé par une Proof of Stake est appelé minting (on parle de forgeurs). La Proof of Stake se base sur la probabilité qu’un nœud parvienne le prochain block de transactions à ajouter à la Blockchain est proportionnelle à la quantité de monnaie que possède ce nœud. Les forgeurs doivent résoudre un problème informatique pour valider un block.  Il existe d’autres mécanismes de consensus comme le Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT) basé sur le problème des généraux byzantins (métaphore informatique) et le Zero Knowledge Proof (un fournisseur de preuve prouve mathématiquement à un vérificateur qu’une proposition est vraie sans toutefois révéler d’autres informations que la véracité de la proposition) MÉCANISMES DE CONSENSUS NB : Voir annexe pour le détail des problèmes informatiques PoS et PoW
  • 14. 14  Les ledgers (registres) de la plupart des blockchains reposent sur des assets digitaux appelés Tokens (jetons)  Dans la blockchain Ripple, les tokens sont nommés XRP  Dans la blockchain d’Ethereum, les tokens sont nommés Ethers  Les Tokens servent deux objectifs principaux  Rémunérer les nœuds du réseaux lors du processus de minage et donc encourager la définition d’un consensus  Prévenir des SPAM et attaques de types Deni de Services LE CONCEPT DE TOKENISATION
  • 16. 16 Altcoin : Abréviation de l’expression « Alternative Coin ». Une altcoin est une cryptomonnaie autre que le bitcoin (e.g Citicoin, ether, amazoncoin…) Bitcoin (BTC) : Cryptomonnaie électronique décentralisée conçue en 2009 par Satoshi Nakamato Blockchain : ou « Chaine de block » est un paradigme de stockage décentralisé et de transmission d’informations à cout réduit, sécurisé et transparent. Blockchain peut être assimilée à une base de données sécurisée et distribuée et à un grand livre comptable public, anonyme et théoriquement infalsifiable Fonction de Hachage : On nomme fonction de hachage une fonction particulière qui, à partir d'une donnée fournie en entrée, calcule une empreinte servant à identifier rapidement, bien qu'incomplètement, la donnée initiale. Les fonctions de hachage sont utilisées en informatique et en cryptographie Hash : Résultat que produit une fonction de Hachage Ledger : Registre dans lequel sont enregistré les transactions d’un systeme Minage : utilisation de la puissance de calcul informatique afin de traiter des transactions, sécuriser le réseau et permettre à tous les utilisateurs du système de rester synchronisés Noeud : ordinateur relié au réseau et utilisantun programme relayant les transactions UTXO : Etat du système à un instant t ou encore un » collection d’outputs de transactions non dépensées LEXIQUE DE LA BLOCKCHAIN
  • 19. 19  Proof of Work  Pour faire référence à un bloc spécifique de la blockchain, on fait le hash (SHA-256) de son header deux fois. L’entier résultant appartient à l’intervalle [0, 2^256 – 1]  Dans la PoW, pour qu’un bloc soit considérée valable, cet entier ne doit pas excéder le seuil : hash(B) ≤ M/D D représentant la difficulté de la tache D ∈ [1,M]  Il n’y a aucune façon connue de prédire à l’avance quel argument B va satisfaire cette équation  Proof of Stake  Prenons un utilisateur A avec un solde bal(A). Une fonction de PoS utilisera cette condition  hash( hash(Bprev), A, t) ≤ bal(A) M / D  Bprev représente le bloc sur lequel l’utilisateur est en train de construire  T est le timestamp POS VS. POW
  • 20. 20 Livres :  Blockchain, Blueprint for new economy, Melanie SWAN – O’Reilly Blogs et sites web :  Principes fondateurs de Bitcoin de Satoshi Nakamoto - https://bitcoin.org/bitcoin.pdf  Blogchaincafe - http://blogchaincafe.com/ - David TERRUZI  Finyear - http://www.finyear.com/  Blockchain France - https://blockchainfrance.net/  Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT) - http://pmg.csail.mit.edu/papers/osdi99.pdf Whitepapers :  Bitcoin : A Peer-to-Peer Electronic Cash System  Comprendre la Blockchain – édite par U – plateforme de transformation digitale SOURCES
  • 21. www.niji.fr @Niji_Digital PARIS RENNES LILLE NANTES MERCI DE VOTRE ATTENTION AMINE.HAMOUDA@NIJI.FR 06.25.25.31.65 @AMINE_HAMOUDA86 LIEN