Comprendre la consommation énergétique des blockchains : un regard sur les contrats intelligents

Understanding the energy consumption of blockchain technologies : a focus on smart contracts

• Auteur / Autrice : Dimitri Saingre
• Direction : Jean-Marc Menaud, Thomas Ledoux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 13/12/2021
• Etablissement(s) : Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Software Stack for Massively Geo-Distributed Infrastructures - Département Automatique, Productique et Informatique - Laboratoire des Sciences du Numérique de Nantes - Institut national de recherche en informatique et en automatique (France). Unité de recherche (Rennes, Bretagne-Atlantique)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Marc Pierson
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Marc Menaud, Thomas Ledoux, Maria Potop-Butucaru, Romain Rouvoy, Anthony Simonet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Maria Potop-Butucaru, Romain Rouvoy

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes autonomes distribués (informatique)

Consommation d'énergie

Contrats intelligents

Blockchains

Mots clés libres

Chaînes de blocs

Contrats intelligents

Consommation énergétique

Système distribués

Systèmes pairs à pairs

Blockchain

Smart contracts

Energy consumption

Distributed systems

Peer to peer systems

Résumé

Les systèmes de chaînes de blocs sont des registres répliqués dans un réseau pair à pair. Elles ont connu un développement rapide depuis quelques années en s'illustrant dans de nombreux domaines d'activités. En permettant le traitement et la sauvegarde de données dans un contexte distribué et Byzantin, ces technologies ont le potentiel de modifier de nombreux secteurs. Par exemple, dans le cadre de la finance décentralisée, les cryptomonnaies se développement comme une alternative aux monnaies fiduciaires en proposant un système de paiement dépourvu de tiers de confiance. Cependant, une certaine inquiétude vis-à-vis de l’impact environnemental des chaînes de blocs a émergé en parallèle de leur développement. En particulier, de nombreuses recherches ont démontré le coût énergétique important des chaînes basées sur les preuves de travail. Dans cette thèse, nous proposons de contribuer à l'étude expérimentale du coût énergétique des solutions logicielles basées sur les chaînes de blocs. Face à l'enrichissement progressif de l'écosystème lié aux chaînes de blocs, nous proposons BCTMark, un nouvel outil de déploiement et d'évaluation des performances des chaînes de blocs. Partant de cet outil, nous concentrons notre étude sur l'impact des contrats intelligents sur la chaîne de blocs Ethereum. D'une part, nous proposons un modèle pour l'estimation du coût énergétique des contrats intelligents développé pour Ethereum. D'autre part, nous proposons un nouveau protocole pour l'identification et l'élimination des contrats non utilisés dans le but de proposer des chaînes de blocs plus frugales en calculs et espaces de stockages.

Blockchain systems are ledgers distributed in a peer-to-peer network. They have been developing rapidly over the past few years and have been used in many domains. By enabling the processing and storage of data in a distributed and Byzantine context, these technologies have the potential to change many sectors. For instance, in the context of decentralized finance, cryptocurrencies are developing as an alternative to fiat currencies by offering a payment system without relying on a trusted third party. However, some concerns about the environmental impacts of blockchains have emerged in parallel with their development. In particular, many studies have demonstrated the high-energy cost of proof-of-work based blockchains. In this thesis, we propose to contribute to the experimental study of the energy cost of blockchain-based software solutions. Facing the progressive enrichment of the blockchain ecosystem, we propose BCTMark, a new tool for deploying and evaluating the performance of blockchains. Based on this tool, we focus our study on the impact of smart contracts on the blockchain Ethereum. On the one hand, we propose a model for estimating the energy cost of smart contracts developed for Ethereum. On the other hand, we propose a new protocol for the identification and elimination of unused contracts in order to propose blockchains that are more frugal in computation and storage space.