Epochs et les Checkpoints dans Ethereum

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Les Epochs et les Checkpoints sont des concepts clés dans le système de consensus Proof of Stake d'Ethereum 2.0, en particulier en ce qui concerne le rôle de la Beacon Chain.

Les Epochs (époques) et les Checkpoints sont des concepts clés dans le système de consensus Proof of Stake (PoS) d’Ethereum 2.0, en particulier en ce qui concerne le rôle de la Beacon Chain. Ces mécanismes sont essentiels pour garantir la finalité des transactions et la sécurité du réseau.

Epochs (Époques)

Une epoch (époque) est une période de temps dans laquelle un certain nombre de blocs sont validés sur la Beacon Chain. Dans le système de Proof of Stake d’Ethereum 2.0, le réseau est divisé en ces périodes fixes pour organiser la validation des blocs et la gestion des validateurs.

Fonctionnement des Epochs

  • Durée d’une Epoch
    Une epoch dure 32 blocs. Chaque bloc est produit toutes les 12 secondes environ, donc une epoch dure environ 6 minutes et 24 secondes.
  • Responsabilité des validateurs
    Les validateurs sont responsables de proposer des blocs et de voter pour la validité des blocs dans chaque epoch. Lors de chaque epoch, un nouveau groupe de validateurs est choisi pour proposer et attester les blocs suivants.
  • Sélection des validateurs
    À chaque epoch, les validateurs sont organisés en groupes (appelés “attestations committees”) et sont responsables de la validation des blocs. Ces groupes sont dynamiques et changent d’epoch en epoch, ce qui permet de répartir les responsabilités et d’éviter la centralisation de la validation des blocs.

Pourquoi les Epochs sont importantes

  • Rotation des validateurs
    À chaque epoch, les validateurs sont régulièrement réassignés à de nouveaux rôles, ce qui réduit le risque de manipulation ou de collusion entre les validateurs.
  • Suivi de la progression du réseau
    Les epochs permettent également de suivre l’état d’avancement du réseau Ethereum 2.0, facilitant ainsi la gestion et la sécurisation des transactions.

Checkpoints

Un checkpoint est un moment clé dans le processus de validation des blocs sur la Beacon Chain. C’est un point spécifique dans le temps où le réseau marque que certaines transactions sont désormais finalisées et qu’elles ne peuvent plus être modifiées.

Fonctionnement des Checkpoints

  • Quand se produit un checkpoint ?
    Un checkpoint se produit à la fin de chaque epoch, c’est-à-dire tous les 32 blocs. Chaque checkpoint contient des informations sur les blocs validés durant cette époque et sert de référence pour la finalité des blocs.
  • Finalité des transactions
    Lorsqu’un checkpoint est atteint, les blocs validés jusqu’à ce moment sont considérés comme finalisés. Cela signifie que, une fois qu’un bloc est validé à un checkpoint, il ne peut plus être annulé ou modifié, ce qui protège l’intégrité du réseau. Les transactions dans ces blocs sont considérées comme irréversibles.
  • Casper FFG (Friendly Finality Gadget)
    Ce mécanisme est utilisé pour déterminer la finalité des blocs à travers les checkpoints. Le système nécessite un consensus majoritaire (66%) des validateurs pour valider un checkpoint. Si les validateurs sont d’accord sur le checkpoint, celui-ci devient finalisé, et les blocs précédents sont définitivement intégrés à la chaîne.[1]

Pourquoi les Checkpoints sont importants

  • Finalité rapide
    Contrairement au Proof of Work, qui nécessite plusieurs confirmations de blocs pour assurer leur sécurité, le PoS permet de finaliser rapidement les transactions après quelques blocs. Les checkpoints permettent donc une finalité rapide des transactions, ce qui est crucial pour garantir que les transactions ne soient pas réversibles.
  • Sécurité renforcée
    Un checkpoint assure que même si un validateur tente de tricher, il doit corrompre une majorité de validateurs pour réécrire l’historique, ce qui est extrêmement difficile et coûteux. En cas de déviation de la chaîne (par exemple, une attaque ou une fraude), le réseau peut revenir à un point de contrôle antérieur.

Relation entre Epochs et Checkpoints

  • Un checkpoint marque la fin d’une epoch
    À la fin de chaque epoch, les validateurs déterminent si le bloc de cette epoch est valide et finalisé. Ce processus aboutit à la création du checkpoint.
  • Les checkpoints sont essentiels pour assurer la finalité du réseau
    En utilisant le mécanisme de Casper FFG, chaque checkpoint devient une “ancre” qui sécurise les blocs précédents. Cela permet au réseau d’avoir une finalité rapide, contrairement à Ethereum 1.0 (PoW), où il fallait attendre plusieurs confirmations pour être sûr qu’une transaction ne serait pas inversée.

Exemple de scénario

  • Imaginons qu’une transaction A se produise dans un bloc sur la Beacon Chain. À chaque epoch, les validateurs votent pour attester ce bloc. Après la fin de l’epoch (32 blocs), un checkpoint est atteint. Si la majorité des validateurs atteste ce checkpoint, la transaction A est alors finalisée.
  • Si quelqu’un tente de modifier la transaction A ou d’effectuer un réorganisation de la blockchain (comme c’était possible avec le PoW dans Ethereum 1.0), cela serait impossible une fois le checkpoint atteint et validé, car le bloc et la transaction sont désormais considérés comme irréversibles.

Conclusion

  • Les Epochs sont des périodes fixes dans le processus de validation des blocs, permettant de gérer les validateurs et la progression du réseau.
  • Les Checkpoints marquent les moments où les blocs sont validés et où les transactions deviennent finalisées.

Ensemble, ces mécanismes garantissent la sécurité, la finalité rapide et la décentralisation du réseau Ethereum 2.0, tout en permettant aux validateurs de participer à la gestion du réseau de manière équitable et organisée.

  1. Si plus de 2/3 des validateurs ne parvient pas à s’entendre sur un bloc, celui-ci reste en attente de finalisation ; il faut alors attendre l’epoch suivante où une nouvelle tentative de validation aura lieu.
    Même si un checkpoint n’est pas immédiatement finalisé, les blocs peuvent continuer à accumuler des attestations au fur et à mesure des epochs, et il devient de plus en plus difficile pour une faction malveillante de manipuler les blocs précédents car l’histoire devient de plus en plus sécurisée à chaque epoch successive.
    Le mécanisme de « fuite d’inactivité » s’active lorsque la chaîne échoue à finaliser plus de deux epochs consécutifs. Il pénalise progressivement les ETH des validateurs qui ne participent pas à la majorité, ce qui aide le réseau à retrouver un consensus et à finaliser les blocs.
    Pour plus de détails sur ce processus, on peut consulter cet article en anglais sur la finalité qui décrit plus en profondeur le fonctionnement des checkpoints dans Ethereum. ↩︎