Search

Committee-based blockchains are among the most popular alternatives of proof-of-work based blockchains, such as Bitcoin. They provide strong consistency (no fork) under classical assumptions, and avoid using energy-consuming mechanisms to add new blocks in the blockchain. For each block, these blockchains use a committee that executes Byzantine-fault tolerant distributed consensus to decide the next block they will add in the blockchain. Unlike Bitcoin, where there is only one creator per block, in committee-based blockchain any block is cooperatively created. In order to incentivize committee members to participate in the creation of new blocks, rewarding schemes have to be designed. In this paper, we study the fairness of rewarding in committee-based blockchains and we provide necessary and sufficient conditions on the system communication under which it is possible to have a fair reward mechanism., OASIcs, Vol. 82, 2nd International Conference on Blockchain Economics, Security and Protocols (Tokenomics 2020), pages 4:1-4:15

International audience; Les blockchains basées sur le consensus sont considérées aujourd'hui comme étant parmi les alternatives les plus viables aux blockchains utilisant un mécanisme de Proof-of-work (Bitcoin, Ethereum,. . .), ces dernières étant très énergivores et ne garantissent pas une cohérence forte. Elles ont pour but d'offrir des garanties de cohérence forte (pas de fourches) dans un système ouvert grâce à : (i) un ensemble de validateurs qui produit un bloc via une variante du protocole de consensus Practical Byzantine Fault Tolerant (PBFT), et (ii) un mécanisme de sélection qui choisit dynamiquement les noeuds qui seront validateurs pour le bloc suivant. Dans cet article, nous caractérisons précisément le problème que tentent de résoudre ces protocoles de blockchains. Nous étudions Tendermint. Nos contributions sont les suivantes : nous formalisons pour la première fois le protocole Tendermint, puis nous présentons le modèle et les hypothèses précis sous lesquels il atteint son objectif. Nous prouvons que dans un système ultimement synchrone et avec une hypothèse supplémentaire, une légère modification du protocole résout une variante (i) du consensus pour la production d'un bloc, et une variante (ii) du consensus répété pour construire la chaîne de bloc ; cela si strictement moins d'un tiers des validateurs est atteint de fautes Byzantines. Nous nous sommes ensuite intéressés à l'étude de l'équité du mécanisme de récompense dans ces blockchains. Cette étude préliminaire permet d'établir que garantir (ultimement) l'équité de la récompense requiert une communication (ultimement) synchrone.

Blockchains are one of the most appealing technologies over the last years, both for scientists and for the general public. Blockchains are distributed ledgers that aim to offer transparency, integrity and many more advantages over their centralised counterparts. Blockchains were “revealed” and became popular thanks to the creation and rise of the cryptocurrency Bitcoin. Over the years, blockchain technologies become more and more popular with an exceptional peak in 2017. Blockchains are becoming mainstream technologies, as there is an observatory for blockchains established by the European Commission, blockchain forums in many countries, blockchain start-ups are flourishing, scientific conferences are discussing the topic, and even some scientific conferences are now specifically dedicated to the technology, etc. The blockchain technology promises, thanks to its integrity and transparency properties to be useful and interesting in various domains, and not only for financial systems. However, many questions and doubts float around it. Is it environmentally viable? Is the technology even ensuring its promises? Can they be used in real-life settings, etc. In this thesis, using the lens of distributed systems, we study and define the properties of committee-based blockchains and their fairness; that definition allows formalising and helping correct one of the most used blockchain of that class. Furthermore, adding lenses from game theory, we propose a methodology to analyse the rational behaviours of participants in a blockchains system. Using that methodology, we show, under different mechanisms of rewards, the necessary conditions needed to ensure the blockchain properties.; Les blockchains (ou chaîne de blocs) font partie des technologies les plus attrayantes, autant dans le domaine scientifique que pour le grand public. Une blockchain est un registre distribué dont l’objectif est de garantir de la transparence, de l’intégrité des données et d’autres avantages par rapport aux registres centralisés. La technologie blockchain a été révélée et est devenue populaire grâce à l’avènement de la cybermonnaie Bitcoin. Depuis 2008 et la création de Bitcoin, les blockchains sont devenue extrêmement populaires, avec un intérêt à son pic en 2017. Les blockchains sont quasiment une technologie “à la mode”: il existe un observatoire de la blockchain initié par la Commission Européenne, des événements blockchains dans plusieurs pays, etc. La plupart des blockchains ont comme application la finance, mais les propriétés qu’elles promettent sont intéressantes et utiles pour bien des domaines (ex : médecine, notariat, etc.). Malgré les promesses et intérêts, afin d’espérer une meilleure adoption, il est nécessaire de s'assurer que la technologie est viable du point de vue environnemental, que les garanties promises sont satisfaites, qu'elle puisse être utilisée dans les environnements réels, etc. Dans cette thèse, nous définissons le problème résolu par les blockchains à comité ainsi que leur équité ; cela a permis de corriger une des blockchains les plus utilisées. Notre second apport majeur est une méthodologie permettant d’étudier le comportement des participants dans les blockchains. Grâce à cela, nous montrons les conditions nécessaires où le comportement rationnel des participants mène à des situations où les propriétés des blockchains sont satisfaites.

Blockchains are one of the most appealing technologies over the last years, both for scientists and for the general public. Blockchains are distributed ledgers that aim to offer transparency, integrity and many more advantages over their centralised counterparts. Blockchains were “revealed” and became popular thanks to the creation and rise of the cryptocurrency Bitcoin. Over the years, blockchain technologies become more and more popular with an exceptional peak in 2017. Blockchains are becoming mainstream technologies, as there is an observatory for blockchains established by the European Commission, blockchain forums in many countries, blockchain start-ups are flourishing, scientific conferences are discussing the topic, and even some scientific conferences are now specifically dedicated to the technology, etc. The blockchain technology promises, thanks to its integrity and transparency properties to be useful and interesting in various domains, and not only for financial systems. However, many questions and doubts float around it. Is it environmentally viable? Is the technology even ensuring its promises? Can they be used in real-life settings, etc. In this thesis, using the lens of distributed systems, we study and define the properties of committee-based blockchains and their fairness; that definition allows formalising and helping correct one of the most used blockchain of that class. Furthermore, adding lenses from game theory, we propose a methodology to analyse the rational behaviours of participants in a blockchains system. Using that methodology, we show, under different mechanisms of rewards, the necessary conditions needed to ensure the blockchain properties., Les blockchains (ou chaîne de blocs) font partie des technologies les plus attrayantes, autant dans le domaine scientifique que pour le grand public. Une blockchain est un registre distribué dont l’objectif est de garantir de la transparence, de l’intégrité des données et d’autres avantages par rapport aux registres centralisés. La technologie blockchain a été révélée et est devenue populaire grâce à l’avènement de la cybermonnaie Bitcoin. Depuis 2008 et la création de Bitcoin, les blockchains sont devenue extrêmement populaires, avec un intérêt à son pic en 2017. Les blockchains sont quasiment une technologie “à la mode”: il existe un observatoire de la blockchain initié par la Commission Européenne, des événements blockchains dans plusieurs pays, etc. La plupart des blockchains ont comme application la finance, mais les propriétés qu’elles promettent sont intéressantes et utiles pour bien des domaines (ex : médecine, notariat, etc.). Malgré les promesses et intérêts, afin d’espérer une meilleure adoption, il est nécessaire de s'assurer que la technologie est viable du point de vue environnemental, que les garanties promises sont satisfaites, qu'elle puisse être utilisée dans les environnements réels, etc. Dans cette thèse, nous définissons le problème résolu par les blockchains à comité ainsi que leur équité ; cela a permis de corriger une des blockchains les plus utilisées. Notre second apport majeur est une méthodologie permettant d’étudier le comportement des participants dans les blockchains. Grâce à cela, nous montrons les conditions nécessaires où le comportement rationnel des participants mène à des situations où les propriétés des blockchains sont satisfaites.