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We study the rational behaviors of participants in committee-based blockchains. Committee-based blockchains rely on specific blockchain consensus that must be guaranteed in presence of rational participants. We consider a simplified blockchain consensus algorithm based on existing or proposed committee-based blockchains that encapsulate the main actions of the participants: voting for a block, and checking its validity. Knowing that those actions have costs, and achieving the consensus gives rewards to committee members, we study using game theory how strategic participants behave while trying to maximize their gains. We consider different reward schemes, and found that in each setting, there exist equilibria where blockchain consensus is guaranteed; in some settings however, there can be coordination failures hindering consensus. Moreover, we study equilibria with trembling participants, which is a novelty in the context of committee-based blockchains. Trembling participants are rational that can do unintended actions with a low probability. We found that in presence of trembling participants, there exist equilibria where blockchain consensus is guaranteed; however, when only voters are rewarded, there also exist equilibria where validity can be violated., LIPIcs, Vol. 184, 24th International Conference on Principles of Distributed Systems (OPODIS 2020), pages 12:1-12:16

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.