Les bases de la blockchain

Imagine qu'une classe tienne une page partagée où l'on note qui a payé qui. Comment empêcher quelqu'un d'effacer discrètement une ligne pour y écrire un autre montant ? Une blockchain répond avec des mathématiques plutôt qu'avec un responsable. Ce lab est un jouet : quelques petits fichiers Python qui montrent les idées, sans monnaie, sans réseau et sans valeur.

• Hachage (hash) : une empreinte de longueur fixe calculée à partir de données. Change une lettre et l'empreinte est complètement différente.
• Bloc : un groupe d'enregistrements, avec le hachage du bloc précédent.
• Chaîne : des blocs en ordre, chacun contenant le hachage du précédent.
• Nonce : un nombre qu'on change encore et encore jusqu'à ce que le hachage ait l'aspect demandé par les règles.
• Minage : essayer des nonces jusqu'à ce que le hachage d'un bloc commence par assez de zéros.
• Signature : la preuve qu'un message vient de celui qui détient une clé secrète.

ls liste le dossier de travail : trois petits fichiers Python, le notebook et le dossier steps. Le premier script construit trois blocs. Chaque ligne montre le numéro du bloc, le hachage du bloc précédent et son propre hachage, raccourcis. Le bloc 0 n'a rien avant lui : son hachage précédent est fait uniquement de zéros. Le hachage précédent de chaque autre bloc est celui de la ligne du dessus. Tous les hachages commencent par 000, ce que le minage les a obligés à faire.

Le script vérifie la chaîne, change un montant dans le bloc 1, puis vérifie de nouveau. La première réponse est (True, None) : valide, aucun bloc en cause. Après le changement, c'est (False, 1) : non valide, et le bloc 1 est l'endroit. L'empreinte du bloc 1 ne correspond plus à son contenu. Falsifier l'empreinte n'y change rien. Miner de nouveau le bloc 1 le rend juste, mais la réponse devient (False, 2), car le bloc 2 contient toujours l'ancien hachage du bloc 1.

Pour ajouter un bloc, les règles demandent un hachage qui commence par quelques zéros. Le seul moyen d'en trouver un est d'essayer un nonce, puis le suivant, puis le suivant. Le script mine le même bloc à quatre difficultés. Il a fallu 15 essais pour un zéro, 835 pour deux, 7992 pour trois et 109028 pour quatre. Chaque zéro de plus coûte beaucoup plus de travail, et la réponse est la même à chaque fois, car le bloc et le départ sont fixés.

Personne ne stocke un solde. Le script donne 10 à Asha, 5 à Ben et 0 à Cara, puis rejoue quatre paiements dans l'ordre. La dernière ligne dit que le paiement de 8 de Cara à Asha a été refusé, car Cara n'avait que 6 à ce moment-là. Les soldes sont Asha 6, Ben 0 et Cara 9.

N'importe qui peut écrire « Asha pays Ben 5 ». Une signature montre qu'Asha l'a écrit. Celle-ci n'est faite que de hachages : une clé secrète de 256 paires, une clé publique qui est le hachage de chacune, et une signature qui révèle un secret de chaque paire. Le message signé est vérifié : True. Change une lettre du message, garde la même signature, et la vérification donne False. Une clé comme celle-ci ne signe qu'un seul message : c'est une leçon, pas quelque chose à utiliser.

Deux personnes peuvent ajouter des blocs différents à la même chaîne au même moment, et il y a alors deux chaînes. Le script construit les deux à partir des deux mêmes premiers blocs. La chaîne A a 3 blocs et la chaîne B en a 4. Les deux sont valides. La règle est de suivre la chaîne qui a le plus de travail, ici 768 contre 1024 : B gagne et le bloc en plus de A est abandonné.

Ouvre JupyterLab depuis la barre et double-clique sur start.ipynb. Il construit une chaîne, la vérifie, change un bloc et vérifie de nouveau. Clique sur une cellule et appuie sur Maj et Entrée pour l'exécuter. La dernière cellule attend ta propre question, et chain.py est assez court pour être lu en entier.