IOTA (cryptomonnaie et technologie)

Au lieu d'utiliser une blockchain, le protocole de IOTA utilise un Graphe orienté acyclique (Directed acyclic graph, DAG), appelé « Tangle » (entrelacs). C'est une généralisation de la chaîne de blocs (blockchain[3]). Il n'y a pas de « blocs », et il n'y a pas de « chaîne » linéaire dans l'entrelacs. Cette architecture supprime la nécessité de la validation des blocs, ce qui permet un débit de transactions théoriquement plus rapide à mesure que le nombre de transactions du réseau augmente. Cependant, de nombreux facteurs influent également sur le temps de confirmation, tels que la topologie du réseau et l'emplacement de ses nœuds.

Le Tangle agit comme une base de données distribuée — actuellement, chaque nœud du réseau stocke l'intégralité de l'historique des transactions. Le Tangle utilise un protocole de vérification asynchrone (les transactions sont validées à la volée, et sélectionnées aléatoirement), ce qui lui confère des propriétés de parallélisation et de mise à l'échelle uniques pour les hauts débits de transactions, par opposition aux protocoles synchrones séquentiels de la plupart des blockchains.

À l'heure actuelle, le Tangle nécessite un « Coordinateur » qui est un élément qui valide les transactions. De ce fait, le IOTA n'a pas encore une architecture décentralisée. La fondation IOTA estime que cette centralisation est nécessaire en attendant un nombre suffisant de nœud pour pouvoir supprimer ce coordinateur. La fondation s'est engagée à supprimer le coordinateur dès que possible, mais a déclaré qu'il n'est pas encore possible d'estimer quand les conditions nécessaires à cet arrêt seront remplies[4].

Le « paiement » pour l'utilisation du réseau IOTA est la validation de deux autres transactions (plutôt que de payer des frais de transaction). Par conséquent, les validateurs et les utilisateurs (toute entité qui envoie une transaction) ne sont plus des entités découplées. Chaque utilisateur est également un validateur du réseau.

Le Tangle est programmé en trinaire (base 3) par opposition au code binaire, dans lequel les unités de décomposition de l'information sont le bit et l'octet (byte). Selon la fondation IOTA, le trinaire fournit un avantage d'efficacité par rapport au binaire. Aucune preuve de cette affirmation n'est avancée. Les unités de décomposition de l'information du système sont le trit (trinary digit) et le triplet (tryte). Un triplet de trits peut prendre 3³ = 27 valeurs. Chaque transaction IOTA est codée sur 2 673 triplets, soit 282 octets (27 × 2673 / 256 = 281,9).

Comme chaque transaction nécessite que l'expéditeur vérifie deux autres transactions sur le réseau, le débit de confirmation de transactions IOTA évolue proportionnellement avec le nombre de transactions sur son réseau. En comparaison, les chaînes de blocs traditionnelles ont des tailles et des temps de vérification des blocs prédéterminés, ce qui limite le débit du réseau. Les approches choisies pour atteindre un consensus sur la validité des transactions dans le cadre du projet « coordicide » accélèrent le débit de transactions maximal atteint en la présence de coordinateur.

Dans l'architecture du protocole IOTA, le transfert de valeur est réalisé sans frais de transaction. Un utilisateur sert également de validateur en effectuant la preuve de travail pour confirmer deux autres transactions sur l'entrelacs (Tangle). La preuve de travail est directement comparable à celle du système Hashcash. Le but de la preuve de travail dans IOTA est d'empêcher le spam et l'attaque Sybil. Par conception, IOTA élimine le risque de centralisation de la validation.

La difficulté de la preuve de travail IOTA est assez faible pour être exécutée par la plupart des appareils modernes, y compris les ordinateurs portables et les téléphones, et peut être effectuée par l'appareil de l'expéditeur, l'appareil du destinataire ou externalisée vers un appareil tiers spécialisé. La preuve de travail IOTA est appropriée pour les plus petits microcontrôleurs.

La validation d'une transaction est le processus par lequel la preuve de travail est exécutée par les demandes de transactions suivantes transaction selon un algorithme de sélection aléatoire. Comme beaucoup d'autres transactions répètent ce processus les unes sur les autres, la validation de la transaction en question accumule lentement assez de vérifications pour finalement atteindre un seuil de vérification minimum acceptable, tel que déterminé par le destinataire de la transaction. Lorsque ce seuil minimum est atteint, la transaction est confirmée.

IOTA est de nature similaire à d'autres protocoles basés sur la chaîne de blocs, dans lesquels le destinataire d'une transaction peut modifier son seuil de confirmation en fonction de sa tolérance au risque de double dépense. Néanmoins à l'heure actuelle IOTA préconise d'attendre la validation par le « Coordinateur » pour considérer la transaction comme acceptée par le réseau.

L'offre totale de IOTA est encodée sur 33 trits, ce qui équivaut à la valeur décimale 3³³. Le nombre total de IOTA en circulation est de (3³³-1)/2 ≈ 2,8 × 10¹⁵. L'offre totale de IOTA est similaire en nombre à la plus petite fraction de Bitcoin, le satoshi : il y aura finalement un total de 2,1×10¹⁵ satoshis. Contrairement au bitcoin, IOTA n'utilise pas de décimales ou de fractions d'un jeton et ne traite que des valeurs entières. Un avantage du traitement des unités IOTA sous forme de nombres entiers est d'éviter les problèmes d'arrondi décimal, ce qui peut conduire à des erreurs à virgule flottante dans un logiciel mal conçu. Malgré l'utilisation de jetons indivisibles, l'offre totale importante de IOTA et son absence de frais de traitement le rendent particulièrement adapté aux microtransactions.

Un portefeuille stocke les informations nécessaires pour effectuer des transactions sur le réseau. Il contient les informations d'identification numériques qui permettent l'envoi et la réception de IOTA. Les jetons IOTA sont inscrits dans des adresses qui n'existent que sur le réseau Tangle, générées à partir d'un germe aléatoire (seed) : une succession de 81 caractères. La donnée d'un germe donne accès aux informations d'identification qui permettent d'envoyer ou de recevoir des IOTA vers / depuis les adresses qui lui sont associées.

Un germe aléatoire est la clé par laquelle les utilisateurs peuvent accéder au réseau IOTA, en générant des adresses et des transactions. Les germes sont composés de 81 caractères pour une sécurité optimale. Ces 81 caractères doivent être générés de manière aléatoire par l'utilisateur et se composent des lettres A-Z et du nombre 9, ce qui donne 27 possibilités par caractère. Dans le système ternaire, 81 = 3⁴ et 27 = 3³. Le nombre de germes de 81 caractères possibles est de 27⁸¹ ≈ 8,7 × 10¹¹⁵.

IOTA utilise la signature Winternitz (une variante de la signature de Lamport) au lieu de la cryptographie sur les courbes elliptiques (ECC). Non seulement les signatures basées sur le hachage sont plus rapides que l'ECC, mais elles simplifient grandement le processus de signature et de vérification et réduisent la complexité globale du réseau.

L'algorithme de Grover montre qu'un ordinateur quantique serait très efficace pour mener des attaques par force brute. Le processus de recherche d'un nonce cryptographique pour générer un bloc Bitcoin est particulièrement vulnérable à de telles attaques. À ce jour, une moyenne d'environ 2⁶⁸ nonces doit être vérifiée pour trouver un hachage approprié, et cette tendance augmente avec le temps. Un ordinateur quantique n'aurait besoin que des opérations O(√N) pour résoudre un problème du type ci-dessus qui nécessite des opérations O(√N)sur un ordinateur classique. Par conséquent, un ordinateur quantique serait de l'ordre de √2⁶⁸ ≈ 17 milliards de fois plus efficace à l'exploitation minière Bitcoin qu'un ordinateur classique. Cela illustre la sensibilité de Bitcoin (et les chaines de blocs homologues) à l'informatique quantique.

Cependant, dans IOTA, le nombre de nonces qui doivent être vérifiées pour trouver un hachage de transaction est seulement de l'ordre de 3⁸. Le gain d'efficacité fourni par un ordinateur quantique dans le cadre du IOTA serait donc 3⁴, ce qui est relativement insignifiant par rapport à l'exemple de susceptibilité Bitcoin ci-dessus. En fin de compte, IOTA est conçu de telle sorte que le temps nécessaire pour trouver un nonce n'est pas beaucoup plus grand que le temps nécessaire pour d'autres tâches nécessaires pour émettre une transaction de toute façon. La sécurité et la fonctionnalité du IOTA ne sont donc théoriquement pas menacées par l'informatique quantique.

Fin 2017, plusieurs chercheurs dont des membres du MIT ont publié un rapport dans lequel ils démontrent les faiblesses importantes du protocole de chiffrement Curl utilisé à l'époque par IOTA[14]. Cette faille ainsi que la réaction de la fondation IOTA ont suscité des interrogations quant à la sécurité du protocole. Depuis, le protocole Curl n'est plus utilisé[15].

Il a souvent été reproché à IOTA d'être un protocole centralisé, notamment à cause de l'utilisation du Coordinateur qui émet des transactions de référence sur le réseau. À plusieurs reprises le Coordinateur a du être arrêté, entraînant l’arrêt du réseau IOTA[16]. Depuis le 16 avril 2019, un nouveau coordinateur, nommé Compass, dont le code est open-source[17], émet les transactions de référence pendant la période de transition avant le passage au nouveau système de consensus ultrarapide décrit dans le projet « Coordicide »[18].

Le 12 février 2020, la fondation IOTA arrête son nœud coordinateur pendant plus d'une semaine[12], rendant de ce fait toute transaction impossible.

L’algorithme de consensus qui choisit une transaction parmi plusieurs transactions en conflit ne doit pas nécessairement converger si plusieurs transactions en conflit apparaissent à peu près au même moment et qu'un nombre approximativement égal de participants préfèrent initialement chacune d'entre elles, car les transactions en conflit ne peuvent provenir que d'acteurs malveillants. Le protocole de consensus qui choisit entre plusieurs transactions en conflit proposé pour IOTA présente des similarités avec celui présenté pour le modèle Avalanche[19]. La différence majeure réside dans la façon d'atteindre la finalité du consensus[20]. Alors que le protocole Avalanche favorise l'apparition d'un état métastable pendant de nombreuses itérations de recherche de consensus, IOTA propose une méthode basée sur un tirage aléatoire des nœuds honnêtes, qui converge plus rapidement de manière significative.

Les principales missions de la fondation sont la sécurisation de la couche du protocole IOTA, le développement de logiciels utilisant le protocole, l'éducation et la promotion, et la standardisation afin d'assurer l'adoption généralisée de IOTA pour les échanges liés à l'Internet des objets.

La fondation détient une réserve de jetons IOTA provenant de dons de la communauté et de jetons non réclamés lors de la première vente publique. Elle est en outre subventionnée par les gouvernements pour effectuer de la recherche et du développement, et jouit de dons de particuliers et d'entreprises.

La Fondation est régie par trois organes principaux : un conseil de direction pour définir et réaliser la vision de la Fondation et gérer les opérations, un conseil de surveillance pour guider et superviser la performance du conseil de direction, un comité consultatif pour fournir des conseils, une perspective et une orientation indépendants.

• (en) Site web IOTA officiel
• (en) Valorisation au prix de marché de IOTA
• (en) Portefeuille IOTA officiel, application java à installer
• (en) Portefeuille 'Trinity' IOTA officiel, application pour android et iPhone.
• (en) Academic papers[PDF], présentation de tous les whitepapers écrits par la Fondation IOTA dont le whitepaper original.

• (en) Site de la Fondation IOTA