Introduction aux blockchains

A l’issue du module, les étudiants seront en mesure de comprendre les fondements scientifiques des chaînes de blocs et certains de leurs enjeux applicatifs.

 Les "chaine de blocs" ("blockchain" en anglais) sont des systèmes numériques qui visent à construire de la confiance entre des acteurs qui ne se connaissent pas. Elles ambitionnent de se substituer à diverses structures de nos sociétés humaines : certification de chaine logistique, enregistrement de contrat, tenue de cadastre, système monétaire, ...

 Techniquement, une chaine de blocs est un système d'enregistrement d'information, c'est-à-dire un registre, qui combine deux propriétés. D'une part, ce registre est décentralisé au sens où il est entretenu et mis à jour conjointement par un ensemble d'acteurs indépendants les uns des autres. D'autre part, ce registre est infalsifiable au sens où il est facile pour chaque acteur de déterminer si une copie donnée du registre a été altérée.

 La conception d'une chaine de blocs met en jeu de la cryptographie et du calcul distribué. Différents choix techniques (algorithmes, fonctions mathématiques, ...) conduisent à différents types de chaines de blocs et, in fine, donnent différents sens aux mots ``acteurs indépendants'' et ``infalsifiable''. Appréhender le sens de ces adjectifs dans une chaine de bloc donnée demande d'examiner ses principes de fonctionnement. Ce cours a pour objectif de vous donner les bases scientifiques pour mener une telle analyse.

 Le cours commence par trois séances de cryptographie dédiées au hachage et à la signature. Ensuite, vient une séance posant le cadre du calcul distribué et plus précisément les problèmes de l'élection et du consensus. Avec ces notions à notre disposition, on peut alors procéder à une étude de cas sur le bitcoin, plus précisément son élection par preuve de travail, son consensus probabiliste, sa  capacité sérieusement limitée et son empreinte écologique catastrophique. Suivent deux autres séances de calcul distribué dévolues respectivement aux barrières théoriques limitant l'horizon des possibles en calcul distribué et à quelques algorithmes de consensus.

La version courante du polycopié du cours est disponible à https://members.loria.fr/XGoaoc/

• les notions de base en algorithmique distribuée et en cryptographie intervenant dans les chaines de blocs,
• les principaux modèles de chaînes de blocs,
• les barrières théoriques en calcul distribué  qui limitent les solutions techniques envisageables.

• comment une chaîne de blocs concilie les objectifs a priori contradictoires de sécurité et de décentralisation,
• comment fonctionne le système bitcoin et pourquoi son coût énergétique est aussi déraisonnable.

Le coût de fonctionnement et les garanties (décentralisation et sécurité) d'une chaîne de bloc.