Introduction

Algorand est une blockchain créée en 2017 par Silvio Micali, professeur au MIT et lauréat du Prix Turing 2012 pour ses travaux en cryptographie et en fonctions pseudo-aléatoires.
La mission d' Algorand est de résoudre le fameux trilemme de la blockchain: c'est donc un système "sans compromis" qui se veut sécurisé, décentralisé et "scalable", c'est à dire capable de gérer un nombre croissant de transactions sans compromettre les performances.

Algorand se veut aussi être une blockchain verte : une technologie pensée et conçue pour minimiser son impact environnemental et ses émission de CO2, la fondation Algorand Inc. va même jusqu’à décrire sa technologie comme étant "carbon negative", ou à émissions négatives : la blockchain Algorand contribuerait donc a éliminer plus de dioxyde de carbone qu'elle en génère.

Au cours de cet article, nous étudierons comment Algorand tente de résoudre le trilemme de la blockchain, ses applications pratiques, ses limites, sa contribution au changement climatique et ses futures évolutions.

Fonctionnement

Layer 1 et 2 (smart contract)

Au sein de l'écosystème Algorand, les nœuds se divisent en deux catégories cruciales : les nœuds de participation et les nœuds de relai. Les nœuds de relai jouent un rôle essentiel en maintenant la connectivité du réseau Algorand avec l'ensemble du système. D'autre part, les nœuds de participation fournissent une puissance de calcul déterminante pour la validation des transactions, recevant en retour des récompenses substantielles.

Les nœuds de relai agissent comme des facilitateurs pour les nœuds de participation, en les reliant et en maintenant une trace du registre des transactions. Ce modèle de coopération permet une fluidité et une stabilité accrues dans le fonctionnement du réseau Algorand.

En ce qui concerne les smart contracts, Algorand les gère en deux parties distinctes : on-chain et off-chain. Sur la layer 1, les smart contracts sont exécutés on-chain, ce qui signifie qu'ils ajoutent du trafic au réseau. Cependant, pour éviter une saturation du réseau, Algorand propose également une solution en layer 2, où les smart contracts plus complexes sont exécutés off-chain. Ces contrats n'ajoutent pas de trafic au réseau principal mais sont enregistrés de manière sécurisée dans le registre de la blockchain. Bien que les nœuds de relai ne puissent pas miner de l'Algo, un mécanisme de récompense a été instauré.

Protocole de consensus

Le trilemme de la blockchain

Le trilemme de la blockchain

Avant de s'intéresser à l'algorithme de consensus d' Algorand pour en étudier ses forces, regardons de plus près les protocoles déjà en place les plus populaires, leur avantages, et leurs inconvénients.

PoW

En premier lieu, le système de validation par preuve de travail, ou Proof of Work (PoW), qui est l'algorithme de consensus utilisé notamment par la blockchain Bitcoin : les mineurs tentent de trouver un "nonce" qui, lorsqu'il est combiné avec les données du bloc, produit un hash satisfaisant certaines conditions. Ce processus est très complexe et nécessite une puissance de calcul considérable. Une fois qu'un mineur trouve le nonce approprié, il gagne une récompense en bitcoin, et le diffuse à l'ensemble du réseau pour validation, ce qui assure la création de nouveaux blocs et la confirmation des transactions.

Ce système garantit donc la sécurité et la décentralisation du réseau, en effet, sur une blockchain suffisamment large, pour qu'un utilisateur malicieux puisse théoriquement modifier la blockchain à sa guise, il faudrait qu'il détiennent au moins 51% de la puissance de calcul du réseau bitcoin, ce qui lui permettrait d' empêcher la validation de blocs, c'est ce que l'on appelle une attaque 51%. Dans le cas du Bitcoin, l'achat de matériel demanderait un coût colossal, de l'ordre du milliard de dollar, et cela sans compter les coûts en énergie.
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Coûts de location pour une attaque 51% de 1 heure sur la blockchain Bitcoin, fourni par Crypto51

La proof of work garantit donc par la grande puissance de calcul requise un système sécurisé et décentralisé (pour une réseau suffisament large), mais comme l'explique le trilemme de la blockchain, cela se fait en sacrifiant la scalabilité. En effet, dans le cas de la blockchain Bitcoin, la complexité des calculs fait qu'un bloc (de taille limitée) est résolu environ toutes les 10 minutes, avec le nombre croissant de transactions, cela entraîne de gros problèmes de congestion, entraînant des délais dans les échanges et des coûts de transaction élevés.

Un autre problème de la proof of work est sa consommation énergétique : la complexité des calculs peut les rendre extremement couteux en énergie. Toujours dans le cas du Bitcoin, à mesure que sa popularité augmente, la compétition entre les mineurs pour résoudre ces problèmes mathématiques devient plus intense. Cela entraîne l'utilisation de matériel informatique de plus en plus puissant, ce qui contribue à une augmentation de la consommation énergétique.

*Consommation énergétique du Bitcoin, fournie par Digiconomist

PoS

La proof of stake, ou preuve d'enjeu, et quant à elle la méthode de consensus utilisé notamment par la Blockchain Ethereum 2.0. Son fonctionnement détaillé sera détaillé ultérieurement dans la description de sa variante la pure proof of stake, ou PPoS, l'algorithme de consensus utilisé par Algorand.

Pour l'instant, contentons nous d'une brève explication du principe général : dans le consensus Proof of Stake, les utilisateurs choisis pour valider les blocs sont choisis de manière aléatoire, mais leurs chances d'être choisis augmente en fonction de la quantité de crypto-monnaie qu'ils détiennent, ces utilisateurs vont ensuite voir une certaine quantité de leur crypto-monnaie bloquée et utilisée comme une sorte de caution (stake) afin de dissuader les comportements malveillants, enfin, lorsque le bloc est vérifié, les validateurs récupèrent leur stake et reçoivent une récompense.

Ici, la sécurité est garantie par la mise en jeu de cryptomonnaies comme garantie lors de la validation des nouveaux blocs, ce qui assure la sécurité, et la scalabilité et l'impact environnemental faible est assurée par l'absence de calculs complexes présents dans les algorithmes de consensus par preuve de travail.

Le trilemme blockchain de la proof of stake est donc ici celui la scalabilité: en effet, dans les systèmes de PoS, ceux qui possèdent déjà une grande quantité de la crypto-monnaie native ont un avantage, car ils peuvent augmenter leurs chances de valider des blocs et d'obtenir des récompenses. Cela peut conduire à une centralisation des richesses, où un petit groupe de participants contrôle une grande partie du réseau, de plus, les participants doivent bloquer une certaine quantité de crypto-monnaie pour participer au processus de validation des blocs. Cela peut créer des barrières à l'entrée pour les nouveaux participants ou les petits détenteurs de crypto-monnaie, ce qui pourrait limiter la diversité et la décentralisation du réseau. Nous verrons par la suite comment Algorand essaie de pallier a ce problème.

Preuve d'enjeu, preuve de participation (Pure Proof of Stake - PPoS)

Algorand repose sur la Pure Proof of Stake (PPoS) avec un processus de production de bloc en deux phases. Les validateurs sont sélectionnés aléatoirement pour confirmer les transactions grâce a une VRF.

Une VRF (Fonction Aléatoire Vérifiable) est une fonction qui prend en entrée une clé secrète et un message, et produit une sortie qui semble aléatoire, mais qui peut être vérifiée par des tiers sans avoir besoin de la clé secrète.

Les fonctions VRF sont conçues pour fournir une manière de générer des informations aléatoires tout en permettant à des tiers de vérifier l'authenticité de ces informations. C'est une VRF qui est utilisée lors de la selection des vérificateurs de la blockchain Algorand (en fonction de la quantité d'Algo qu'ils détiennent), afin de montrer que les tirages n'ont pas été "truqués".

Tout ajout de bloc commence donc par la phase de proposition de blocs. La VRF va parcourir tous les comptes en ligne participant et va déterminer si le compte est sélectionné pour proposer un nouveau bloc. Une fois qu’un compte est sélectionné, le bloc proposé par celui est partagé par le nœud. L’étape qui en suit est la phase de vote ou encore «Soft Vote».
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Cette étape va permettre de ne garder au final qu’une seule proposition de bloc.
En cas de détection d'activité malveillante, le réseau entre en mode de récupération et élit un nouveau leader de bloc.

Chaque nœud lancera la VRF pour déterminer les comptes choisis pour participer au commité de vote. Ces votes seront propagés dans le réseau.
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L’étape finale est la phase de certification «Certify Vote». Un nouveau commité vérifiera la proposition de bloc à la fin et votera pour le certifier. Si le quota minimum n’est pas atteint par le commité au bout d’un certain délai, le réseau entre en mode «Recovery».
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Cette approche PPoS garantit une participation équitable et diversifiée grâce à la sélection aléatoire des validateurs en fonction de leurs enjeux. Par exemple, un utilisateur détenant 3 % des jetons peut valider 3 % des transactions, assurant que les participants les plus engagés sont responsables de la validation des transactions mais aussi cela résout en principe qu’un utilisateur ne prend aucun avantages à obtenir plusieurs comptes.. Les avantages incluent la simplicité, la sécurité robuste, l'efficacité opérationnelle et un faible impact environnemental, éliminant la nécessité d'une structure réseau complexe. Ces spécificités d’Algorand lui permettent d’avoir une vitesse de production de blocs très élevée. Algorand produit des blocs toutes les 3,3 sec ouvant contenitr jusqu’à 25000 transactions, soit 7500TPS. Pour les preuves de travail, le forking peut exister entrainant un délai dans les exécutions. Ce n’est pas le cas pour Algorand (6000 Finalized TPS). En fin de compte, la PPoS contribue à une blockchain performante et économe en énergie.

Cas d'utilisation, points forts, limites et évolution

Points forts

Algorand se distingue des autres blockchhain en essayant de réduire au plus son emprunte carbone. En 2022, Algorand a émis trois fois moins de CO2 qu'Ethereum et 300 000 fois moins que Bitcoin. Algorand compense régulièrement son empreinte carbone minime en achetant des crédits carbone, investissant notamment dans le projet Evergreen REDD+ au Brésil. Cette démarche renforce son engagement en tant que blockchain véritablement neutre en carbone, soulignant son rôle pionnier dans la durabilité environnementale.

Consommation moyenne par transaction, fournie par Algorand Fundation

Algorand se positionne comme une force innovante dans la technologie blockchain. Les investisseurs peuvent anticiper un avenir où Algorand redéfinit les normes avec des solutions telles que le minage écologique, le stockage cloud décentralisé, une plateforme de jeu en ligne sécurisée et des réseaux sociaux décentralisés. La possibilité d'investir dans d'autres blockchains et d'intégrer l'IA et la blockchain promet une diversité d'applications révolutionnaires.

L'Indice Algorand, prédisant les prix des cryptomonnaies en tenant compte de tous les tokens en circulation, ajoute une dimension prédictive inédite. Algorand émerge comme une pierre angulaire de l'innovation blockchain, offrant aux investisseurs des perspectives solides et un potentiel de croissance significatif. En surveillant attentivement les évolutions d'ALGO, les acteurs du marché peuvent s'attendre à participer à une révolution technologique qui redéfinira l'avenir de la blockchain et des applications décentralisées.

Utilisations

Algorand se distingue par sa polyvalence à travers divers cas d'utilisation, offrant des solutions innovantes dans des secteurs clés.

Les iles marshalles ont développé une monnaie digitale SOV utilisant Algorand afin d’amoindrir les couts de transactions de grands montants et pour faciliter les transactions internationnales.

Six Clovers tire parti d'Algorand pour des paiements transfrontaliers rapides, cherchant à surpasser SWIFT avec sa plateforme RAPID. Dans le domaine de la santé, Algorand et Koibanx introduisent VitalPass, un passeport vaccinal basé sur la blockchain, assurant la sécurité et la traçabilité des programmes de vaccination.

C’est également un acteur majeur dans la gestion de la propriété intellectuelle. SIAE tokenise des droits d'auteur sur la plateforme, permettant une gestion efficace des redevances avec des coûts de transaction réduits. Dans le domaine des médias numériques, Xfinite lance Mzaalo, une plateforme VOD gamifiée sur Algorand, offrant un accès gratuit à du contenu premium et des fonctionnalités interactives.

Cette diversité de cas d'utilisation démontre la pertinence d'Algorand dans des domaines aussi variés que la finance, la santé, la propriété intellectuelle et les médias numériques mais également bien d’autres.

Limites d' Algorand

Le réseau Algorand présente certaines faiblesses notables, notamment une centralisation apparente avec environ 140 nœuds de relais autorisés contrôlés par la Fondation Algorand.

Un autre défi majeur est la croissance rapide de la "state bloat" d'Algorand, dépassant même des blockchains bien établies comme Bitcoin et Ethereum. Cette situation entraîne la nécessité d'un matériel spécialisé pour gérer le volume croissant des données, conduisant potentiellement à une centralisation accrue.

Malgré son lancement relativement récent en 2019, Algorand n'a pas réussi à s'imposer dans un secteur compétitif, contrairement à d'autres blockchains intelligentes telles que Solana, Terra et Avalanche. Ces faiblesses soulignent certains défis auxquels Algorand fait face dans sa quête d'adoption et de pertinence sur le marché.

Algorand est un projet mené par deux organisations : la société Algorand Inc., dont la mission est la maintenance et la mise en oeuvre open-source de la blockchain, mais aussi son adoption par les entreprises et les gouvernements, et la fondation Algorand, une organisation a but non lucratif qui s'occupe quant à elle de l'élaboration du protocole, de la gouvernance, et de l' éducation sur la blockchain Algorand.

Il est important de noter que sur les 10 milliards d'algo qui finiront en circulation, 2 milliards sont réservés par Algorand Inc. et 500 millions sont réservés par la fondation, en détenant une part aussi importante, de nombreuses critiques ont été émises quant au caractère supposé décentralisé de la blockchain: le système reposant sur la preuve d'enjeu, il est facile de comprendre comment ces deux entités pourraient avoir un pouvoir décisionnel démesuré.
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Répartition des Algos en circulation en fonction des années

On pourrait en outre craindre la possibilité non-nulle d'un rug pull, où les développeurs vendraient l'intégralité de leur Algo, déstabilisant au passage le cours de la monnaie.

Une autre critique porte quand à elle sur le trilemme de la blockchain lui-même, et donc sur la mission d'Algorand elle-même, c'est le "false scalability problem" : vouloir améliorer la scalabilité d'une blockchain, c'est vouloir augmenter le nombre de transactions par secondes, c'est donc vouloir rivaliser avec les plus grands systèmes financiers centralisés en terme de traffic, c'est donc d'une certaine manière vouloir devenir soi-même un système centralisé.

Comparaison du nombre de transactions par secondes de VISA vs. quelques crypto-monnaies, fournie par Howmuch.net

Présentation d'Algorand