Introduction au NPoS

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La blockchain Polkadot mettra en œuvre une preuve de participation nommée (Nominated Proof of Stake), un type de système relativement nouveau utilisé pour sélectionner les validateurs autorisés à participer au protocole de consensus.

Les efforts de recherches effectuées relative à ce nouveau protocole ont été entrepris par la web3 Foundation.

Validateurs et nominateurs

Plusieurs fois par jour, le système élit un groupe d'entités appelées validateurs, qui joueront un rôle clé dans des protocoles extrêmement sensibles, tels que la production de blocs. Leur travail est exigeant, car ils doivent gérer des opérations coûteuses, assurer une grande réactivité coté communication et se bâtir une réputation de fiabilité à long terme. Ils doivent également mettre en jeu ou participer (stake) avec leurs DOT, le jeton natif de Polkadot, comme gage de bon comportement. Ils seront pénalisés par réduction (slash) de leur participation (stake) à chaque fois qu’ils dévient du protocole. Par contre, ils bénéficient d'une bonne rémunération tant que les règles sont respectées. Tout nœud peut prétendre publiquement à un rôle de validateur à condition que ce dernier soit à la hauteur de la tâche. Toutefois, pour des raisons opérationnelles, seul un nombre limité de validateurs peuvent être élus. Ce nombre avoisinerait des centaines voire des milliers.

Le système encourage également tout titulaire de DOT à participer en tant que nominateur. Ce dernier publie une liste de candidats de confiance à la validation et participe (stake) avec un nombre de DOT pour les soutenir. Les paiements, ou les sanctions, en DOT seront proportionnellement partagées ; selon la participation (stake) initial du nominateur, si certains de ces candidats sont élus en tant que validateurs. Contrairement aux validateurs, un nombre illimité de partis peuvent participer en tant que nominateurs. Tant que la personne proposant la candidature (nominateur) est assidue dans son choix et ne soutient que les candidats validateurs avec de bonnes pratiques de sécurité, son rôle est peu risqué et constitue une source de revenus continue. Il existe d’autres rôles spéciaux dans le réseau Polkadot, mais nous nous concentrons uniquement sur la relation entre ces deux rôles.

Le schéma NPoS

Cet arrangement nominateur-validateur offre de fortes garanties de sécurité. Il permet au système de sélectionner des validateurs avec des quantités massives de participation global (aggregate stake) et d’éliminer les candidats à faible participation. Selon toutes vraisemblance, une fraction considérable de l'ensemble des DOT en circulation serait mise en jeu (staked) dans le système NPoS. De ce fait il serait très difficile voire impossible qu'une entité douteuse d'une part fasse élire des validateurs, car ils ont besoin de bâtir une bonne réputation pour obtenir le support requis, et d'autre part rendrait une attaque contre le système très onéreuse, puisque toute attaque entraînera une pénalité qui prendra la forme d'une réduction importante de DOT (slashing).

Le système NPoS est beaucoup plus efficace que la preuve de travail (PoW) et plus rapide que la preuve de participation standard (PoS) : il permet à pratiquement tous les acteurs détenant des DOT de participer en permanence, maintenant ainsi des niveaux de sécurité élevés.

  

La procédure d'élection

Comment élire les validateurs, compte tenu des votes des nominateurs ? Contrairement aux autres projets basés sur le protocole de consensus PoS dans lesquels les validateurs sont pondérés par participation, Polkadot donne aux validateurs élus un pouvoir de vote égal dans le protocole de consensus. Pour refléter ce fait, l’enjeu des nominateurs doit être réparti aussi uniformément que possible entre les valideurs élus, tout en respectant les préférences des nominateurs. Au sein de l'équipe de recherche Web3 Foundation, des outils allant de la théorie électorale à la théorie des jeux, en passant par l'optimisation discrète, sont utilisé afin de développer un processus électoral efficace offrant une représentation équitable ainsi qu'une sécurité, et pouvant être appliqué à l'avenir à toute blockchain utilisant le protocole de consensus NPoS.

Représentation juste. À la fin du XIXe siècle, le mathématicien suédois Lars Edvard Phragmén a proposé une méthode pour élire les membres du Parlement de son pays. Il a remarqué que les méthodes d'élection de l'époque avaient tendance à donner tous les sièges au parti politique le plus populaire. Au contraire, sa nouvelle méthode garantissait que le nombre de sièges attribués à chaque parti était proportionnel aux votes qui leur étaient attribués, ce qui donnait une plus grande représentation aux minorités. La propriété obtenue par sa méthode est officiellement appelée représentation justifiée proportionnelle (proportional justified representation) et convient parfaitement à l'élection du NPoS, car elle garantit que tout pool de nœuds n'est ni sur-représenté ni sous-représenté par les validateurs élus ; proportionnel à leur participation.

 

 L'illustration représente un apport typique au processus électoral, les nominateurs à gauche ayant des montants différents pour participer (stake), sont reliés aux candidats validateurs à droite auxquels ils font confiance (pour des raisons de simplicité, les validateurs n'ont pas de participation propre dans cet exemple, bien qu’ils le soient dans un scénario réel). Supposons que nous devions élire n = 4 validateurs. La propriété de représentation équitable se traduit approximativement par la règle selon laquelle tout nominateur qui détient au moins un nième de la mise totale, à la garantie de faire élire au moins un de ses validateurs de confiance. La mise totale étant de 40 DOTS et un quart de 10 DOTS, les deux premiers nominateurs sont assurés d'être représentés par un validateur. Dans l'image ci-dessous, nous voyons trois résultats d'élection possibles : un qui viole la propriété de représentation équitable et deux qui l'atteignent.

Sécurité. Si un nominateur propose deux ou plusieurs de ses validateurs de confiance, sa participation (stake) doit être répartie, de manière à ce que le soutien des validateurs soit aussi équilibré que possible. Le but étant de rendre aussi difficile que possible pour un groupe mal intentionné d'élire un validateur ; ils ne peuvent y parvenir que s'ils bénéficient d'un soutien suffisant. Par conséquent, le niveau de sécurité d’un résultat d’élection est assimilé au soutien minimum de tout validateur élu. Pour les résultats des deux dernières élections avec une représentation équitable, les distributions de participation fournis montrent qu'elles atteignent des niveaux de sécurité de respectivement 6 et 9.

Le résultat de l’élection à droite permet d’obtenir un niveau de sécurité plus élevé et permet manifestement de diviser la participation des nominateurs en un support de validateurs d'approximativement la même part. L'objectif du processus d'élection NPoS est donc de fournir un résultat permettant d'obtenir une représentation équitable et un niveau de sécurité aussi élevé que possible.

Source

https://medium.com/web3foundation/how-nominated-proof-of-stake-will-work-in-polkadot-377d70c6bd43

Ressource Polkadot

http://research.web3.foundation/en/latest/

http://wiki.polkadot.network/en/latest/

https://twitter.com/polkadotnetwork