Développement d’une preuve de concept utilisant les blockchains

Le travail présenté à travers ce document traite de la conception et du développement d’unepreuve de concept utilisant la blockchain appliquée à la mobilité électrique, qui s’inscrit dan

UNIVERSITÉ NATIONALE DU VIETNAM, HANỌ INSTITUT FRANCOPHONE INTERNATIONAL

GOINT Mongetro

Développement d’une preuve de concept

utilisant les blockchains

MÉMOIRE DE FIN D’ÉTUDES DE MASTER INFORMATIQUE

HANỌ - 2019

UNIVERSITÉ NATIONALE DU VIETNAM, HANỌ INSTITUT FRANCOPHONE INTERNATIONAL

GOINT Mongetro

Développement d’une preuve de concept

utilisant les blockchains

Spécialité : Systèmes Intelligents et Multimédia

Code : Programme pilote

MÉMOIRE DE FIN D’ÉTUDES DE MASTER INFORMATIQUE

Sous la direction de :

- Rafik SAID MANSOUR, Ingénieur consultant, TRIALOG, Paris

Signature de l’étudiant

GOINT Mongetro

Nous remercions ensuite toute l’équipe de l’Institut Francophone International(IFI) pour

la transmission de toutes les connaissances durant notre formation

Nous tenons à remercier cordialement notre maitre de stage, M Rafik SAID MANSOUR ;

ma collaboratrice dans le cadre du projet du stage, Mlle Dune SEBILLEAU ; le directeur del’entreprise Trialog, M Alain MOREAU et toute l’équipe de Trialog en général, pour leur accueil

et notamment leur soutien durant la période du stage au sein de ladite entreprise

Nos sentiments de gratitude vont à l’égard de toute notre famille, spécialement à notre chèremère, Mme Monilia PRINCE GOINT ; à nos frères et sœurs et à tous nos amis et camarades

de promotion de l’Institut Francophone International

Enfin, nos remerciements vont à l’égard de toutes les personnes qui, d’une manière ou d’uneautre, ont participé à la réussite de notre parcours de master informatique

Le travail présenté à travers ce document traite de la conception et du développement d’unepreuve de concept utilisant la blockchain appliquée à la mobilité électrique, qui s’inscrit dans lecadre du projet « Développement d’une preuve de concept utilisant la blockchain » du TriLab, unlaboratoire d’innovation technologique au sein de l’entreprise Trialog de Paris, France

Nous présentons d’abord une étude de l’état de l’art de la blockchain en général, notammentcelles qui sont les plus répandues et les plus utilisées aujourd’hui : Bitcoin et Ethereum Ensuite,nous présentons un état de l’art des projets pertinents existants sur les smart grids1dans lesquels

on utilise la blockchain : Transactive Grid, Power ledger, Share&Charge et Sunchain, ainsi que lesapproches et techniques adoptées pour les réaliser Cette étude de la littérature de la blockchain etdes différents travaux ciblés nous a permis d’adopter une meilleure approche pour le développement

de la preuve de concept du projet du TriLab

À l’issue de cette étude, nous avons choisi de développer une blockchain privée en utilisant

le réseau Ethereum Le choix d’Ethereum est justifié par le fait qu’il permet de : Déployer uneblockchain privée ; développer des smart contracts2 et aussi d’implémenter un jeton pour le paie-ment de l’énergie sur le smart grid Aussi, avons-nous choisi d’utiliser l’algorithme de consensusProof of Autority(PoA) plutôt que celui du Proof of Work(PoW) Ce dernier est beaucoup plusconsommateur en terme de ressource de mémoire et d’énergie, il est aussi celui utilisé par le réseaupublic Ethereum Cette approche a été justifiée en raison des faibles ressources de mémoire desraspberrys pi3 utilisés pour le développement de notre preuve de concept En effet, nous avonsdéveloppé notre système en mettant en place un réseau de blockchain privée, puis développé notreapplication

Suite aux expérimentations de notre preuve de concept, nous avons obtenu des résultats faisants qui reflètent le fonctionnement normal d’une blockchain privée et qui répond aussi commeune solution à la problématique du sujet d’étude : sécurité, transparence et fiabilité des transactions

satis-de recharge satis-de véhicule électrique sur un réseau électrique intelligent

Les résultats obtenus sont normalement sujet d’amélioration, notamment en utilisant des pareils avec beaucoup plus de ressources mémoire et aussi en augmentant le nombre de noeuds duréseau pour améliorer sa performance

ap-Mot-clés : Blockchain, Smart contracts, Mobilité électrique, Smart grid

1 Smart grid : Nom anglais utilisé couramment pour désigner les réseaux électriques intelligents

2 Smart contract : Programme autonome qui, une fois démarré, exécute automatiquement des conditions définies au préalable et inscrites dans la blockchain

3 Raspberry Pi : Nano-ordinateur monocarte à processeur ARM

a better approach for the development of the proof of concept of the TriLab’s project.

At the end of this study, we chose to develop a private blockchain using the Ethereum network.The choice of Ethereum is justified by the fact that it allows to : Deploy a private blockchain,develop smart contracts and also implement a token for the payment of energy on the smart grid.Also, we have chosen to use the consensus algorithm Proof of Autority (PoA) rather than that

of the Proof of Work (PoW) which is much more consumer in term of resource of memory andenergy and which is the one used by the Ethereum public network This approach was justifiedbecause of the poor memory resources of the pi raspberrys used for the development of our proof

of concept So, we developed our system by setting up a private blockchain network, then developour application

Following the tests of our proof of concept, we obtained satisfactory results which reflect thenormal functioning of a private blockchain and which also answers as a solution to the problematic

of the subject of study : security, transparency and reliability of the recharging transactions ofelectric vehicles on a smart grid

The results obtained are normally subject to improvement, notably by using devices with manymore memory resources and also by increasing the number of nodes of the network to improve itsperformance

Keywords : Blockchain, Smart contracts, Electric mobility, Smart grid

Table des matières

1.1 Context et cadre d’étude 1

1.2 Présentation de la structure d’accueil 1

1.2.1 Missions de Trialog 1

1.3 Problématique 1

1.4 Objectif du stage 2

1.5 Plan de travail 2

1.6 Structure du mémoire 2

2 État de l’art 4 2.1 Introduction 4

2.2 La blockchain et ses domaines d’application 5

2.2.1 La blockchain et la finance 5

2.2.2 La blockchain et les assurances 5

2.2.3 La blockchain et l’identité numérique 5

2.2.4 La blockchain et la musique 5

2.2.5 La blockchain et l’Internet des Objets (IdO) 6

2.2.6 La blockchain et l’énergie 6

2.3 Les blockchains les plus répandues et les plus utilisées 7

2.3.1 Bitcoin 7

2.3.2 Ethereum 9

2.4 Quelques autres blockhains existantes 11

2.4.1 Hyperledger 11

2.4.2 Ripple 13

2.4.3 Litecoin 13

2.4.4 Monero 13

2.5 Smart Contract 13

2.6 Les algorithmes de consensus 14

2.6.1 Proof of Work(PoW) 14

2.6.2 Proof of Autority(PoA) 14

2.6.3 Proof of Stake(PoS) 14

2.6.4 Proof of Elapsed Time (PoET) 15

2.6.5 Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT) 15

2.7 Projets existants sur les smart grids utilisant la blockchain 15

2.7.1 Transactive Grid (Brooklyn Microgrid) 15

2.7.2 Power Ledger 17

2.7.3 Share&Charge 20

2.7.4 Sunchain 22

2.8 Conclusion 23

3 Conception de la preuve de concept 24 3.1 Introduction 24

3.2 Conception du réseau blockchain 24

3.3 Conception de l’application 25

3.3.1 Architecture générale de l’application 25

3.3.2 Exigences logicielles 26

3.4 Conclusion 28

4 Approches et techniques retenues 29

4.1 Introduction 29

4.2 Choix de la blockchain 29

4.2.1 Justification du choix de la blockchain Ethereum 29

4.3 Choix de l’algorithme de consensus 29

4.4 Choix des outils de développement blockchain 30

4.4.1 Geth 30

4.4.2 Ganache 30

4.4.3 Nodejs 30

4.4.4 Truffle 30

4.5 Conclusion 31

5 Mise en place de la preuve de concept 32 5.1 Ressources matérielles 32

5.2 Ressources logicielles 34

5.3 Mise en place de la blockchain 35

5.4 Développement de l’application distribuée 37

5.5 Contraintes liées aux projet 39

5.5.1 Contraintes liées à l’interconnexion des noeuds blockchain 39

5.5.2 Difficultés de version avec truffle 40

5.5.3 Difficultés avec le langage solidity 40

5.5.4 Difficultés en terme de ressources matérielles 40

5.6 Conclusion 40

6 Expérimentations et résultats 41 6.1 Introduction 41

6.2 Expérimentations et résultats côté blockchain 41

6.3 Expérimentations et résultats côté smart contracts avec truffle 42

6.4 Conclusion 49

Table des figures

1.1 Macro planning du projet TriLab 2

2.1 Illustration d’une transaction blockchain 7

2.2 Exemple de genesis bloc dans une blockchain 9

2.3 Truffle suite 11

2.4 Système de Brooklyn Microgrid 16

2.5 Eco-système de Power Ledger 20

2.6 Illustration de l’initiative « Oslo2Rome » de Share&Charge 22

3.1 Modèle d’infrastructure de smart grid existant 24

3.2 Architecture du réseau blockchain 25

3.3 Architecture générale du système 25

3.4 Diagramme des classes 27

5.1 Modèle Raspberry Pi 3 32

5.2 Écran tactile Officiel 7 pour raspberry pi 3 33

5.3 SmartiPi Touch case pour les raspberrys pi 34

5.4 Micro USB 10 cm 34

5.5 Contrat Migration 38

5.6 Script de déploiement de Migrations 38

5.7 Configuration du fichier truffle-config.js 39

6.1 Présentation d’un noeud blockchain démarré 41

6.2 Présentation d’une console geth attachée à un noeud blockchain démarré 42

6.3 Expérimentation avec le smart contract EVToken 43

6.4 Expérimentation avec le smart contract EVToken 43

6.5 Expérimentation avec le smart contract EVToken 43

6.6 Expérimentation avec le smart contract StationManagement 44

6.7 Expérimentation avec le smart contract StationManagement 44

6.8 Expérimentation avec le smart contract StationManagement 45

6.9 Expérimentation avec le smart contract StationManagement 45

6.10 Expérimentation avec le smart contract UserChargeSession 46

6.11 Expérimentation avec le smart contract UserChargeSession 46

6.12 Interface d’accueil de l’application client web 47

6.13 Interface d’enregistrement d’utilisateur 47

6.14 Interface de connexion d’utilisateur 48

6.15 Interface de choix de station de recharge 48

6.16 Une station de recharge avec plusieurs bornes 48

Liste des tableaux

3.1 Liste des smart contracts implémentés 26

3.2 Exigences fonctionnelles du système blockchain 26

3.3 Exigences non-fonctionnelles du système blockchain 27

5.1 Caractéristiques de l’ordinateur utilisé pour la mise en place du réseau 32

5.2 Caractéristiques des raspberrys pi utilisés pour la mise en place du réseau 33

5.3 Tableau des outils logiciels utilisés 34

Liste des sigles et acronymes

API : Application Programming Interface

DApp : Decentralized Application

DLT : Distributed Ledger Technology

ERC : Ethereum Request for Comment

EVT : Electric Vehicule Token

IdO : Internet des Objets

IHM : Interface Homme-Machine

IoT : Internet of Things

IP : Internet Protocol

NFC : Near Field Communication

PBFT : Practical Byzantine Fault Tolerance

PC : Personal Computer

PoA : Proof of Authority

PoET : Proof of Elapsed Time

PoS : Proof of Stake

PoW : Proof of Work

USB : Universal Serial Bus

La thématique abordée dans le cadre du stage se rapporte à la technologie blockchain, unetechnologie de stockage et de transmission d’informations, transparente, sécurisée, et fonctionnantsans organe central de contrôle(définition de blockchain France).

Créée à la base pour le secteur financier avec la monnaie numérique Bitcoin, la technologieblockchain aiguise décidément aujourd’hui l’intérêt de beaucoup de secteurs, surtout en ce qui àtrait à la sécurisation, la transparence et la traçabilité des données

Dans le cadre de notre stage, nous nous fixons sur l’application de la blockchain à la lité électrique, plus spécifiquement l’utilisation de celle-ci sur les réseaux électriques intelligentspour l’enregistrement, la sécurisation et la traçabilité des transactions de recharge de véhiculesélectriques

Située au 25 rue du Général Foy, 75008 Paris, France, Trialog est une société indépendante

de conseil et d’expertise en systèmes d’information industriel, fondée en 1987 Ses clients sontdes grands comptes européens Son nom est la contraction de TR(Informatique, Temp Réel),IA(Intelligence Artificielle) qui sont ses domaines de compétence originels et de LOG pourdonner l’idée de dialogue entre ces compétences dans le but de construire des systèmes complexes

1.2.1 Missions de Trialog

Proposant conseil et expertise en logiciel, sa stratégie est orientée vers la construction puisl’intégration de l’innovation vers les industriels et les organisations institutionnelles, dans des do-maines tel que l’énergie, la mobilité électrique, la cybersécurité, la vie privée, le social et la santé.Elle aide les industriels à gérer la complexité croissante des systèmes et des logiciels Elle leurtransfère l’innovation et les aides à l’intégrer dans leurs produits, services et systèmes Elle fournitégalement des outils et délivre des formations

Comme pour beaucoup d’autres systèmes de gestion de données, la sécurité, la transparence

et la traçabilité des transactions de recharge de véhicule sur un réseau électrique intelligent reste

un facteur clé pour la fiabilité de ce dernier Dans notre contexte, nous avons imaginé le scénariod’un système électrique intelligents mis en place par des investisseurs dans un éco-quartier enFrance Composé de plusieurs stations de recharge de véhicules électriques sur lesquelles sontconnectées plusieurs bornes, le système est alimenté par trois sources d’énergie(cf FIGURE 3.1) :Une source photovoltạque (chaque station de recharge est liée à une installation d’énergie solaire) ;une source de stockage sur des batteries et aussi le réseau de distribution publique d’énergie Sur

ce système, les gens du quartier peuvent s’abonner, recharger leurs véhicules électriques et payerleur consommation d’énergie par carte bancaire

En effet, la problématique réside dans la sécurité, la transparence et la fiabilité des transactionsconcernant la consommation et le paiement de l’électricité sur le réseau, car les données sontstockées sur un serveur informatique centralisé, géré par un administrateur avec la possibilité defalsifier ces données D’ó la nécéssité de la blockchain qui est une technologie de stockage et detransmission d’informations de façon sécurisée et fonctionnant sans organe central de contrơle

Notre objectif dans le cadre de ce travail est de développer une preuve de concept utilisant latechnologie blockchain pour la mobilité électrique concernant le paiement de l’énergie d’une part,d’autre part pour l’enregistrement, la sécurisation, la traçabilité des transactions concernant larecharge des véhicules électriques

L’objectif fixé s’inscrit dans le cadre des besoins de l’entreprise Trialog à savoir : Assurer uneveille technologique sur les blockchains, explorer, vulgariser la technologie et aussi se préparer pourson avenir Ensuite, il s’agit de développer une preuve de concept pour concrétiser cette vision Eneffet, au cours de ce stage, nous tenons d’abord à faire un état de l’art sur la technologie blockchain

en général et aussi sur les différents projets smart grids pertinents dans lesquels on utilise cettetechnologie Enfin, implémenter une preuve de concept : Appliquer la blockchain sur un réseau destations de recharge de véhicule électrique

Dans le cadre de notre travail, nous faisons d’abord un état de l’art sur la blockchain en général,sur les algorithmes de consensus et aussi sur les projets de réseaux électriques intelligents danslesquels on applique la blockchain Ensuite, nous rédigeons un cahier des charges en définissant lesbesoins, puis concevoir notre preuve de concept Plus loin, nous faisons des choix techniques ennous basant sur l’étude de la littérature des solutions existantes Enfin, nous implémentons, d’unepart et expérimentons d’autre part notre preuve de concept Dans la figure ci-dessous(cf FIGURE1.1) nous présentons un macro planning pour notre travail

Figure 1.1 – Macro planning du projet TriLab

Ce document de mémoire est divisé en six(6) chapitres :

Chapitre I : Le premier chapitre traite de l’introduction générale du mémoire, la présentation

de l’entreprise, l’objectif, la problématique et le plan de travail pour notre stage

Chapitre II : Le deuxième chapitre concerne l’état de l’art de la technologie blockchain, lesalgorithmes de consensus et les projets de systèmes électriques intelligents utilisant cette techno-logie

Chapitre III : Dans le troisième chapitre nous présentons les différents travaux de modélisation

et de conception de notre preuve de concept

Chapitre IV : Le quatrième chapitre englobe les différentes approches et techniques retenuespour développer notre preuve de concept, en nous basant sur l’état de l’art réalisé Aussi, nousprésentons les différents outils matériels et logiciels utilisés dans le cadre de notre travail

Chapitre V : Dans l’avant dernier chapitre, nous présentons le processus de la mise en place

de notre système

Chapitre VI : Le dernier chapitre concerne les différents scénario de test et les résultatsobtenus suite à l’expérimentation de notre preuve de concept

Chapitre 2

État de l’art

Depuis plus d’une dizaine d’années, la blockchain est apparue dans le monde technologique

et son usage commence à se montrer dans différents domaines La première blockchain a vu lejour en 2008 avec la monnaie numérique Bitcoin, développée par un inconnu se présentant sous lepseudonyme de Satoshi Nakamoto Elle en est l’architecture sous-jacente

Par définition, la blockchain est « une technologie de stockage et de transmission d’informations,transparente, sécurisée, et fonctionnant sans organe central de contrôle » (définition de blockchainFrance)[1] La blockchain (chaîne de blocs en français) est une liste sans cesse croissante d’en-registrement d’informations sur internet, appelés blocs, qui sont liés et sécurisés en utilisant lacryptographie Chaque bloc contient généralement un hachage cryptographique du bloc précédent,

un horodatage et des données de transaction

Par extension, une blockchain constitue une base de données qui contient l’historique de tous leséchanges effectués entre ses utilisateurs depuis sa création Cette base de données est sécurisée etdistribuée : elle est partagée par ses différents utilisateurs, sans intermédiaire, ce qui permet à cha-cun de vérifier la validité de la chaîne[1] Il existe des blockchains « publiques » (ouvertes), donc,n’importe qui peut devenir membre du réseau sans conditions d’admission ; et aussi des blockchain

« privées » (fermées), dont les membres du réseau sont sélectionnés avant de pouvoir télécharger leprotocole et donc utiliser le service proposé par le réseau, dont l’accès et l’utilisation sont limités

à un certain nombre d’acteurs

De nos jours, la technologie blockchain commence à susciter un intérêt croissant à travers lemonde, notamment au sein des entreprises et du monde de la recherche Loin de se limiter uni-quement aux bitcoins et aux cryptomonnaies, cette technologie trouve de nombreuses applications

et s’impose de plus en plus comme une solution sûre, robuste et efficace Plusieurs secteurs cléstels que la finance, les assurances, l’identité numérique, la musique, l’Internet des Objets (IdO) ouInternet of Things(IoT) en anglais), l’énergie s’y intéressent de près et voient dans cette techno-logie une nouvelle solution pour répondre aux problématiques de traçabilité, de sécurité et aussi

« Share&Charge » et « Sunchain »

1 Smart grids : Nom anglais utilisé couramment pour désigner les réseaux électriques intelligents.

2.2 La blockchain et ses domaines d’application

2.2.1 La blockchain et la finance

Créée à la base pour le secteur financier, la blockchain aiguise décidément l’intérêt des banquespour faciliter la réalisation des paiements internationaux Si pour beaucoup le potentiel de la block-chain pourrait servir de grandes menaces au secteur financier, de leur côté, les banques ne restent

de toute façon pas inactives, et tentent de transformer la menace en opportunité La méthoderetenue est globalement toujours la même : « s’approprier la technologie pour l’adapter au seindes systèmes actuels, en développant en interne des blockchains privées ou semi-privées, ou ens’associant avec des start-ups de l’écosystème blockchain » [1]

La banque américaine « JP Morgan » a annoncé en septembre 2018, avoir convaincu 75 banques

de tous les horizons de rejoindre le réseau Interbank Information Network (IIN) pour tirer parti decette technologie propre aux cryptomonnaies, dont le bitcoin Parmi celles-ci figurent Santander,AIB, UniCredit , mais aussi la Société Générale et Crédit Agricole SA Ce projet a été lancé en

2017 par l’établissement américain en partenariat avec Royal Bank of Canada et ANZ [2] Selon unarticle publié sur le site «Cryptonaute» le 23 Avril 2019, Plus de 220 banques utilisent désormais

le réseau d’information interbancaire (IIN) de JP Morgan basé sur la blockchain [3]

D’autre part, c’est le cas aussi de la « Banque de France » qui, depuis plus de deux ans, expérimente

un système décentralisé d’enregistrement des transactions sur la blockchain Aidée de la start-up

« Blockchain Partner », elle a choisi de développer une blockchain privée avec les banques de laplace pour gérer le registre des numéros (dits Identifiants Créanciers Sepa ou ICS) nécessaires auxentreprises qui réalisent des prélèvements directement auprès de leurs clients [4]

2.2.2 La blockchain et les assurances

Le secteur d’assurance fait partie de ceux qui convoitent et commencent à exploiter le potentiel

de la technologie blockchain « AXA » est le premier grand groupe d’assurance à proposer uneoffre utilisant la technologie blockchain via « Fizzy », une plateforme d’assurance paramétrique100% automatisée, permettant de couvrir les retards d’avion Il propose à ses souscripteurs d’êtreindemnisés directement et automatiquement en cas de retard de leur vol Si son avion a plus dedeux heures de retard, « Fizzy » rembourse le client instantanément

Quand on achète une assurance de retard d’avion sur la plateforme «Fizzy», la transaction estenregistrée dans la blockchain Ethereum, un réseau informatique inviolable, ce qui rend le contratlui-même également inviolable A l’aide d’un smart contract connecté aux bases de données dutrafic aérien mondial, dès lors qu’un retard de plus de deux heures est constaté, l’indemnisation sedéclenche automatiquement [5]

2.2.3 La blockchain et l’identité numérique

La gestion des informations d’identification numériques comme l’émission des certificats et desdiplômes, commence à bénéficier aussi du potentiel de la blockchain Des groupes de recherchemanifestent de grands intérêts pour ce cas d’usage et plusieurs projets ont déjà été mis en œuvre :

« Digital Certificates Project » est une initiative offrant un écosystème de partage et de vérification

de certificats éducatifs sur la blockchain, développée par le « MIT MEDIA LAB » en juin 2016 [6].Aussi, c’est le cas de « Block.co », qui est une plateforme résultant de l’Initiative blockchain del’Université de Nicosie (UNIC), en 2014, qui s’occupe de la gestion de certificats avec la blockchain[7]

billets de concerts.

A travers cette même étude, « Blockchain Partner » met en avance trois projets comme cas d’usage

de la technologie blockchain pour l’industrie musicale :

— Ujo Music : Une start-up utilisant la blockchain pour créer une base de données parente et décentralisée des droits d’auteurs, et automatiser les paiements grâce aux smartcontracts

trans-— Dot Blockchain Music : Une collectif qui développe en open source un nouveau format defichiers, bc, reliés à une base de données mondiale distribuée de droits d’auteurs musicaux

Au lieu de transférer des fichiers musicaux en tant que mp3 avec des métadonnées et uneimage, le format bc inclura tous les fichiers médias, métadonnées étendues, et les contratsdigitaux qui stipulent leurs usages

— MUSE : Un réseau pair-à-pair spécialement conçu pour l’industrie musicale Cette sation vise à « constituer la fondation d’un nouvel écosystème pour le secteur, en servant à

organi-la fois de base de données mondiale pour les copyrights, de moyen de paiement pour toutesles transactions liées à l’univers musical, et d’outil pour simplifier les licences de travauxmusicaux »

2.2.5 La blockchain et l’Internet des Objets (IdO)

Plus connu sous son sigle anglais IoT (Internet of Things), « l’Internet des Objets (IdO) » est

la matérialisation d’Internet dans le monde réel Il concerne tous les objets, voitures, bâtiments

et d’autres éléments reliés à un réseau d’Internet physique par une puce électronique, un capteur,une connectivité réseau leur permettant de communiquer entre eux, de collecter et d’échanger desdonnées Grâce à l’IoT, ces matériaux peuvent être contrôlés et suivis à distance à travers une infra-structure réseau existante Ainsi, ils créent l’opportunité d’une intégration plus directe d’Internetdans les systèmes informatiques[9] Cependant, l’un des plus grands défis pour les personnes quitravaillent avec la technologie de l’IoT, c’est la sécurité : chaque appareil IoT agissant comme unpoint d’entrée potentiel pour les pirates En cas de violation, des informations sensibles pourraientfuiter à très grande échelle ou les appareils IoT pourraient être exposés à un risque de détournementpar des pirates C’est ce qu’il s’est produit en 2016 lorsque le botnet Mirai a bloqué l’accès à denombreux sites bien connus, dont Twitter, Airbnb et Netflix, en exploitant la puissance d’environ

100 000 appareils IoT pour lancer une attaque DDoS (déni de service distribué) [10]

La réponse au problème de sécurité de l’Internet des objets pourrait bien être la gie blockchain Le résultat de la combinaison de ces deux tendances technologiques influentes estconnu comme l’« Internet des objets Blockchain » ou « BIoT » (bien que le terme BIoT ait déjàété utilisé pour faire référence à Building Internet of Things (Internet des objets des bâtiments)

technolo-ou technologie des bâtiments intelligents) L’utilisation de la technologie blockchain comme basepour les appareils IoT réduit le risque de piratage informatique en diminuant les points d’entréepotentiels En renonçant à une autorité centrale dans les réseaux de l’Internet des objets, la techno-logie blockchain pourrait permettre à ces réseaux de se protéger Les appareils IoT dans un groupecommun pourraient automatiquement cesser de fonctionner ou bien d’alerter l’utilisateur si on luidemande de réaliser toute tâche qui semble suspecte parce qu’elle est en dehors de ses attributionshabituelles [10]

2.2.6 La blockchain et l’énergie

Le secteur énergétique commence, lui aussi, à comprendre le potentiel de la blockchain et aussi

à exploiter les bienfaits de cette technologie, surtout dans le déploiement des réseaux électriquesintelligents (Smart grids) Plusieurs projets, dont nous aurons à parler plus tard dans ce documentrésument aujourd’hui une partie du potentiel de la technologie blockchain pour ce cas d’usage.Parallèlement, depuis quelques années, la mobilité électrique commence à s’imposer à travers lemonde, notamment dans les pays de l’Europe L’utilisation des véhicules électrique s’accroit aufur et à mesure, d’une année à l’autre Il a atteint 2% des immatriculations en France en find’année 2018, tout comme en Allemagne L’année 2019 démarre sous les mêmes auspices, puisqu’aupremier trimestre, les ventes de véhicule électrique et des hybrides atteignent 14 500 unités, uneaugmentation de 37% par rapport au premier trimestre 2018 [11] Donc, cette émergence de lamobilité électrique propulse par ailleurs la croissance des réseaux de stations de recharge électriques

2.3 Les blockchains les plus répandues et les plus utilisées

Actuellement, Bitcoin et Ethereum restent les deux blockchains les plus répandues et les plusutilisées En effet, dans le cadre de notre état de l’art, nous allons présenter en premier lieu cesdernières qui sont notamment des blockchains publiques, ensuite nous aurons à présenter quelquesHyperledger, qui est une plateforme open source visant à promouvoir le développement d’appli-cation blockchain Enfin, nous aurons à présenter trois autres blockchains : Ripple, Litecoin etMonero

2.3.1 Bitcoin

Bitcoin est la toute première monnaie virtuelle à avoir été créée par Satoshi Nakamoto en 2008,déclenchant alors une véritable révolution dans le monde des transactions financières Son nom «Bitcoin » est la contraction des mots anglais « bit », qui correspond à une unité de mesure binaire,

et de « coin » qui signifie « pièce de monnaie »

La crypto-monnaie Bitcoin s’appuie sur un système de paiement virtuel peer-to-peer Chaquetransaction est stockée dans un registre public sécurisé, la blockchain, et ne nécessite aucun inter-médiaire : il s’agit donc d’un fonctionnement décentralisé, s’appuyant sur un système de nœuds.Chaque nouveau bloc ajouté à la chaîne doit être vérifié, sécurisé puis enregistré : c’est ce qu’on ap-pelle « le minage » Les utilisateurs qui effectuent ces contrôles, les mineurs, sont ensuite rémunéréspour chaque nouveau bloc enregistré [12]

Les transactions effectuées entre les utilisateurs du réseau Bitcoin sont regroupées par blocs.Chaque bloc est validé par les nœuds du réseau appelés les « mineurs », selon la technique de Proof

of Work2, preuve de travail, et consiste en la résolution de problèmes algorithmiques Une fois lebloc validé, il est horodaté et ajouté à la chaîne de blocs (cf FIGURE 2.1) La transaction estalors visible pour le récepteur ainsi que l’ensemble du réseau [1]

Figure 2.1 – Illustration d’une transaction blockchainSource : https ://blockchainfrance.net/decouvrir-la-blockchain/c-est-quoi-la-blockchain/

Les Avantages de bitcoin :

— Un consensus mondial

De par sa nature libre et décentralisée, le réseau bitcoin fonctionne grâce à ses utilisateurs

et sans autorité centrale Toute mise à jour sur le système nécessite l’accord d’une quantité

2 Proof of Work(preuve de travail en français) : Algorithme de consensus permettant de dissuader, sur un réseau informatique, des attaques par déni de service et autres abus de service tels que le spam en requérant de la puissance de calcul et de traitement par ordinateur au demandeur de service.

suffisante d’utilisateurs ou de mineurs [13].

— Une monnaie conçue pour Internet

Bitcoin introduit les libertés de la monnaie physique dans le monde du web tout en rendantles paiements plus faciles et sécuritaires dans les deux mondes [13]

— Protection des droits et libertés individuelles

Bitcoin permet de stocker et échanger de la valeur de manière sécurisée sur un réseau qui

ne peut être saisi, manipulé ou stoppé par aucune organisation ou individu [13]

— Rapidité et prix des transactions par rapport aux systèmes bancaires

Une transaction en bitcoin est quasiment instantanée si celle-ci est faite sans confirmation Ilest possible au marchand de demander une confirmation ce qui prend 10 minutes, mais quireste toujours plus rapide et aussi moins chère qu’un virement bancaire de type classique [14]

— La première devise globale et neutre

Bitcoin est une cryptomonnaie libre de toute influence politique ou de toute économie tionale Donc il traverse les barrières entre les nations, les politiques et les cultures pour lebénéfice du bien commun [13]

na-— Promotion de la transparence

Toutes les transactions Bitcoin sont publiques depuis sa création jusqu’à l’heure actuelle.Cependant les propriétaires et les destinataires de ces transactions restent inconnus [13]

— Sécurité monétaire

Grâce à la cryptographie, Bitcoin est très sécurisé Sa devise est non seulement impossible

à contrefaire ou à usurper mais le protocole est aussi conçu pour être très résistant contredes attaques informatiques, incluant les attaques par déni de service distribué [13]

— Solution aux problèmes de confiance vis-à-vis des banques

Bitcoin offre des solutions contre plusieurs problèmes de confiance entre les banques avec

la transparence comptable sélective, les preuves par signature cryptographiques et les sactions irréversibles [13]

tran-Limites de Bitcoin

— Durée des transactions

Recevoir un paiement avec Bitcoin est presque instantané Toutefois, il peut y avoir un délai

de 10 minutes avant que le réseau confirmer votre transaction en l’incluant dans un bloc etavant que vous ne puissiez dépenser les bitcoins que vous recevez [13]

— Instabilité La valeur d’un bitcoin évolue un peu comme le marché boursier et elle changeconstamment Si le prix n’est pas stable, vous obtiendrez peut-être moins en convertissantvotre devise en bitcoins Au contraire, si le prix d’un bitcoin augmente par rapport à votredevise, vous devrez alors dépenser plus de dollars pour obtenir un montant fixe en bitcoin[15]

— Une monnaie volatile

La plupart des gens ne sont pas prêts et pas suffisamment formés pour mettre leurs mies dans un portemonnaie virtuel qui, si on ne sait pas le sécuriser, peut disparaître du jour

écono-au lendemain (mort du support, perte de données, piratage .) En outre, les transactionssont irréversibles et il n’y a pas de recours possible [15]

— Une technologie énergivore

De nombreuses recherches ont été effectuées sur la consommation énergétique de Bitcoin.Certains chercheurs ont comparé les résultats de leurs recherches aux consommations éner-gétiques de pays ou de foyers entiers C’est le cas du site comparatif des tarifs énergétiquesBritannique « PowerCompare » qui, en fin 2018 constate que, pour l’année en cours, seuls

« 38 pays consomment nettement plus d’électricité que l’exploitation totale de Bitcoin» [17].

— Restriction sur l’offre de monnaie

Il ne peut pas exister sur le marché plus de 21 millions de bitcoins [16]

2.3.2 Ethereum

Inventé par le russo-canadien Vitalik Buterin en 2013, Ethereum est un protocole d’échangesdécentralisés permettant la création par les utilisateurs de contrats intelligents (Smart contracts)grâce à un langage Turing-complet3 Ces contrats intelligents sont basés sur un protocole infor-matique permettant de vérifier ou de mettre en application un contrat mutuel Ils sont déployés etconsultables publiquement dans une blockchain

Le réseau Ethereum utilise une unité de compte dénommée « Ether » comme moyen de ment de ces contrats Son sigle correspondant, utilisé par les plateformes d’échanges, est « ETH ».Ethereum est la deuxième plus importante monnaie cryptographique décentralisée avec une capi-talisation supérieure à 13 milliards d’euros en janvier 2019

paie-Le tout premier bloc d’une blockchain est appelée genesis bloc (cf FIGURE 2.2)

Figure 2.2 – Exemple de genesis bloc dans une blockchainSource : https ://www.researchgate.net/figure/An-example-of-blockchain-which-consists-of-a-

continuous-sequence-of-blocks-see-online_fig1_328271018

Le premier block du réseau Ethereum est créé le 30 juillet 2015 Les 60 millions d’Ethers de laprévente ainsi que 12 millions d’Ethers ont été distribués aux développeurs Depuis, l’émission denouveaux Ethers n’est possible que par le « minage »des blocs, processus par lequel les transactionssont vérifiées, enregistrées et sécurisées dans la blockchain Le logiciel rétribue les mineurs4à raison

de 5 Ethers par bloc miné, c’est-à-dire en moyenne toutes les 15 secondes, soit une émission de 10millions de nouveaux Ethers par an

Il est prévu en 2018, dans une version ultérieure du logiciel prenant le nom de Serenity, de changer

le procédé de minage actuellement de type Proof of Work en un minage de type Proof of Stakeafin de limiter la consommation d’électricité du réseau Ethereum Cette mise à jour comporteraégalement des changements concernant l’émission des Ethers La rémunération des mineurs devraitprobablement diminuer, mais la question n’a pas encore été tranchée par les développeurs

Avantages d’Ethereum

— Développement d’application décentralisée

Contrairement à beaucoup d’autres blockchains conçues pour effectuer un ensemble trèslimité d’opération, Ethereum fournit aux développeurs des outils nécessaires à la créationd’applications décentralisées

— Implémentation de « smart contracts »

Ethereum permet d’implémenter des smart contrats, des programmes autonomes qui, unefois démarrés, exécutent automatiquement des conditions définies au préalable

3 Turing-complet : Système formel ayant une puissance de calcul au moins équivalente à celle des machines

de Turing.

4 Mineur : Utilisateurs de la blockchain dont le rôle est de valider les transactions qui circulent à l’intérieur

— Création de jetons

Ethereum est également utilisé comme plateforme pour lancer d’autres crypto-monnaies.Grâce à la norme ERC5, notamment ERC20 qui est le plus connu et le plus répandue,d’autres développeurs peuvent émettre leur propre version de jeton

— Sécurité

Sans point central de défaillance et sécurisé par cryptographie, les applications sur reum sont protégées contre les attaques de piratage et les activités frauduleuses

Ethe-— Rapidité des transactions par rapport à d’autres blockchains

vitesse à laquelle un bloc peut être miné sur la blockchain Ethereum est de 14 secondes,

ce qui paraỵt extrêmement rapide par rapport à une blockchain comme Bitcoin qui met 10minutes pour la validation d’un bloc

— Offre de monnaie

Ethereum peut mettre en circulation sur son réseau jusqu’à 100 millions d’Ether

— Taille des blocs

Ethereum n’est pas limité en termes de taille maximale de bloc Chaque bloc a cependantune « limite d’essence » « gas limit » : l’essence correspondant au cỏt requis en termesd’Ether pour assurer l’exécution d’une transaction ou d’un script est limitée Cette limitepeut être augmentée à chaque fois qu’un nouveau bloc est créé, c’est à dire toutes les 14secondes Ceux sont les mineurs qui votent afin d’accroỵtre cette limite

Limites d’Ethereum

— Complexité du langage de programmation « solidity »

Le développement d’applications décentralisées sur la blockchain Ethereum par les peurs nécessite l’apprentissage de « solidity », qui est le langage par excellence d’implémen-tation de smart contracts sur le réseau

dévelop-— Une technologie énergivore

Un peu moins par rapport à Bitcoin, le réseau Ethereum consomme lui aussi beaucoupd’énergie En 2018, l’Ethereum a consommé environ autant d’électricité que l’Islande Eneffet, la transaction typique d’Ethereum consomme plus d’énergie qu’un ménage américainmoyen n’en consomme par jour

Outils de développement blockchain Ethereum

et des répertoires facilitant grandement le déploiement et les tests

— Ganache

« Ganache » est un simulateur local utilisé pour déployer des smart contracts, développerdes applications et exécuter des tests avant de les déployer sur le réseau principal Ethereum(Main Network )

— Drizzle

« Drizzle » est un ensemble de bibliothèques de développement qui permet l’implémentationd’application « Front end » plus facile Le cœur de Drizzle est sur basé une bibliothèqueRedux1 On a donc accès aux outils de développement autour de Redux Drizzle s’occupe

de la synchronisation des données de contrat, des données de transaction

5 ERC : Ethereum Request for Comment

Figure 2.3 – Truffle suiteSource : https ://www.trufflesuite.com/

MetaMask

« MetaMask » est un pont qui permet d’exécuter des applications distribuées sur le réseauEthereum directement dans un navigateur sans exécuter un nœud Ethereum complet L’extensionMetaMask peut-être installé dans Chrome, Firefox, Opera et le navigateur Brave.l est donc le clientweb pour le réseau Ethereum Il donne la possibilité de se connecter à différents réseaux Ethereumcomme le réseau principal Ethereum( Main Network ), des réseaux de tests comme «Ropsten6»appelés testnets ou à un réseau local comme «TestRPC7»

Remix

«Remix» est un puissant outil open source qui aide à rédiger des contrats Solidity ment à partir du navigateur8 Rédigé en JavaScript, Remix prend en charge l’utilisation à la foisdans le navigateur et localement Cet outil prend également en charge les tests, le débogage et ledéploiement de contrats intelligents et bien plus encore

6 Ropsten : Réseau de test Ethereum

7 TestRPC : Emulateur de blockchain rapide et personnalisable pour le réseau Ethereum

8 https ://remix-ide.readthedocs.io/en/latest/

9 Framework :En programmation informatique, un framework logiciel est une abstraction dans laquelle un logiciel fournissant une fonctionnalité générique peut être modifié de manière sélective par un code supplémentaire écrit par l’utilisateur, fournissant ainsi un logiciel spécifique à l’application

globale « Hyperledger » encourage la réutilisation de blocs de construction communs et permetl’innovation rapide des composants DLT10.

Hyperledger Aries (en incubation)

« Hyperledger Aries » est l’un des projets Hyperledger qui fournit une boîte à outils gée, réutilisable et interopérable conçue pour les initiatives et solutions axées sur la création, latransmission et le stockage de références numériques vérifiables

parta-Hyperledger Burrow (en incubation)

« Hyperledger Burrow » a été créé à l’origine par Monax et coparrainé par Intel HyperledgerBurrow fournit un client blockchain modulaire avec un interpréteur de contrat intelligent autorisépartiellement développé pour la spécification de la machine virtuelle Ethereum (EVM)

Hyperledger Caliper (en incubation)

« Hyperledger Caliper » permet aux utilisateurs de mesurer les performances d’une tation blockchain spécifique à l’aide d’un ensemble de cas d’utilisation prédéfinis Caliper produirades rapports contenant un certain nombre d’indicateurs de performance, tels que TPS (transactionspar seconde), la latence des transactions, l’utilisation des ressources, etc

implémen-Hyperledger Cello (en incubation)

« Hyperledger Cello » est une boite à outils de module de blockchain qui vise à intégrer lemodèle de déploiement à la demande « en tant que service » à l’écosystème de la blockchain afin

de réduire les efforts requis pour créer, gérer et mettre à la chaine de block Il fournit un service

de chaîne multi-locataire de manière efficace et automatique au-dessus de diverses infrastructures,telles que baremetal, machine virtuelle et plusieurs plates-formes de conteneur Hyperledger Cello

a été initialement fourni par IBM, avec des sponsors de Soramitsu, Huawei et Intel

Hyperledger Composer (en incubation)

« Hyperledger Composer » est un ensemble d’outils de collaboration permettant de créer desréseaux d’entreprise blockchain, qui permet aux propriétaires et développeurs de créer facilementdes contrats intelligents et des applications blockchain pour résoudre les problèmes d’entreprise.Construit avec JavaScript, exploitant des outils modernes tels que node.js, npm, CLI et des éditeurspopulaires, Composer propose des abstractions centrées sur l’entreprise ainsi que des exemples d’ap-plications avec des processus de développement faciles à tester pour créer des solutions blockchainrobustes qui permettent d’aligner les exigences de l’entreprise sur le développement technique

Hyperledger Explorer (en incubation)

Conçu pour créer des applications Web conviviales, « Hyperledger Explorer » peut afficher,appeler, déployer ou interroger des blocs, des transactions et des données associées, des informationsréseau (nom, statut, liste de nœuds), des chaînes de code et des familles de transactions, ainsi quetoute autre information pertinente stockée dans le ledger

Hyperledger Fabric (actif )

« Hyperledger Fabric » est une plate-forme DLT (Open-Leded Distributed Ledger Technology)open source de niveau entreprise, conçue pour être utilisée dans des contextes d’entreprise Elle offredes fonctionnalités de différenciation essentielles par rapport aux autres plates-formes populaires deledger distribués ou de blockchains « Hyperledger Fabric » utilise la technologie de conteneur pourhéberger des contrats intelligents appelés «chaincodes», qui constituent la logique d’application dusystème « Hyperledger Fabric » a été initialement fourni par « Digital Asset » et « IBM », à lasuite du premier hackathon

10 DLT : Distributed Ledger Technology

Hyperledger Ursa (en incubation)

« Hyperledger Ursa » est une bibliothèque cryptographique partagée qui permettrait d’éviter

la duplication d’autres travaux cryptographiques et d’accroỵtre la sécurité dans le processus desprojets « Hyperledger Ursa » est constitué de sous-projets, qui sont des implémentations cohé-rentes de code cryptographique ou des interfaces avec le code cryptographique

Aux cơtés des blockchains Bitcoin et Ethereum qui sont les plus répendues, il existe aussid’autres blockchains destinées notamment à l’échange de cryptomonnaie

2.4.2 Ripple

« Ripple » est un système de paiement qui fournit une expérience sans friction permettantd’envoyer de l’argent dans le monde entier en utilisant le pouvoir de la blockchain En rejoignant leréseau mondial en expansion de « Ripple » (RippleNet), les institutions financières peuvent traiterles paiements de leurs clients partout dans le monde de manière instantanée, fiable et économique.Les banques et les prestataires de services de paiement peuvent utiliser l’actif numérique XRP pourréduire davantage leurs cỏts et accéder à de nouveaux marchés

2.4.3 Litecoin

« Litecoin » est une devise Internet peer-to-peer, qui permet des paiements instantanés, avec descỏts proches de zéro à quiconque dans le monde Litecoin est un réseau de paiement mondial opensource, qui est entièrement décentralisé sans autorités centrale Les utilisateurs peuvent maintenantcontrơler leurs propres finances, sécurisées par un système basé entièrement sur des mathématiques.Par rapport à Bitcoin, les transactions Litecoin sans plus rapides à confirmer et ont une efficacité

de stockage accrue De par son utilisation par l’industrie, le volume d’échange et de liquidité surles marchés d’échange, Litecoin est un moyen de commerce complémentaire à Bitcoin, qui a faitses preuves

2.4.4 Monero

La cryptomonnaie « Monero » utilise des signatures en anneau, des transactions confidentielles

en anneau et des adresses furtives pour masquer les origines, les montants et les destinations detoutes les transactions Monero offre tous les avantages d’une cryptomonnaie décentralisée, sansles concessions de confidentialité habituelles Les adresses d’envoi et de réception, ainsi que lesmontants en transaction, sont obscurcis par défaut Les transactions sur la blockchain Monero nepeuvent pas être liées à un utilisateur particulier ou à une identité réelle

Monero est fongible car il est privé par défaut Les unités de Monero ne peuvent pas être inscritessur la liste noire par les fournisseurs ou les échanges en raison de leur association dans des tran-sactions précédentes

En résumé, « Bitcoin » et « Ethereum », deux blockchains publiques, se basent sur deuxapproches différentes et a chacun ses avantages et ses inconvénients comme on les avait présentésdans les parties précédentes Bitcoin est destinée, à la base, à l’échange de cryptomonnaie peer-to-peer, pourtant Ethereum permet non seulement l’échange de cryptomonnaie peer-to-peer, maisaussi d’échanger de l’information et de développer des applications distribuées, notamment baséessur les smart contracts

L’un des apports essentiels d’Ethereum, comparativement aux autres blockchains, se résumedans sa capacité à être programmée à l’aide d’un langage dédié, Solidity Ce langage est dit « turing-complete », ce qui signifie qu’il permet d’exécuter l’ensemble des fonctions utilisés pour développerune application moderne : c’est un langage de programmation « complet » Les smart contractssont des programmes(portion de codes) autonome Ils sont dits « smarts », intelligents, car lorsqueles conditions d’exécution de ces engagements sont réunies, ceux-ci s’exécutent automatiquementsur la blockchain, en prenant en compte l’ensemble des conditions et des limitations qui avaient étéprogrammés dans le contrat à l’origine L’un des exemples le plus simple d’un « smart contract »

est celui d’un contrat de prestation entre deux personnes La première (A) souhaite rémunérer laseconde (B) pour l’exécution de cette prestation Cet engagement est formalisé dans la blockchainEthereum par la création d’un smartcontrat Lors de la formalisation de ce smart contract, A met

en gage sur la blockchain le montant de la rémunération prévue pour B Lorsque la prestation estréalisée, l’une des parties exécute le contrat Celui-ci vérifie automatiquement que la prestation

a bien été effectuée Si tel est le cas, B reçoit la rémunération prévue Dans le cas contraire, Arécupère le montant de son gage [27]

Le fonctionnement de la blockchain repose, entre autres, sur des algorithmes de consensus pourtrouver un accord entre les noeuds Un algorithme de consensus est un processus qui permet detrouver un accord sur une valeur unique de données entre des processus ou des systèmes distribués.Aujourd’hui il en existe beaucoup, chacun avec des approches différentes Parmi les algorithmes

de consensus on peut citer : Proof of Work(PoW), Proof of Autority(PoA), Proof of Stake(PoS),Proof of Elapsed Time(PoET) et Practical Byzantine Fault Tolerance(pBFT) [22]

2.6.1 Proof of Work(PoW)

Faisant sa première apparition en 1993, le concept de preuve de travail — Proof of Work(PoW)

en anglais a été développé pour prévenir les attaques d’altération de service et autres abus de servicetels que le spam sur un réseau en imposant du travail à l’utilisateur du service, généralement en seservant de la puissance de calcul de son ordinateur De manière succincte, le fonctionne de Proof

of Work s’explique ainsi : les mineurs d’un réseau sont en compétition pour résoudre des énigmesinformatiques complexes Ces énigmes sont difficiles à résoudre mais leur résultat est facilementvérifiable Une fois qu’un mineur a trouvé la solution à l’énigme, il pourra diffuser le bloc sur leréseau ó tous les autres mineurs vérifieront que la solution est correcte

L’un des problèmes de la preuve de travail c’est que l’extraction nécessite un matériel informatiquecỏteux, consommant beaucoup d’énergie La PoW reste l’un des algorithme de consensus les plusconnus Il est celui utilisé par les réseaux Bitcoin et Ethereum

2.6.2 Proof of Autority(PoA)

L’algorithme de consensus Preuve d’autorité, Proof of Autority (PoA) en anglais est un basésur la réputation qui introduit une solution pratique et efficace pour les réseaux blockchain (enparticulier pour les réseaux privés) Le terme a été proposé en 2017 par l’ancien directeur technique

et cofondateur d’Ethereum , Gavin Wood L’algorithme de consensus PoA met en valeur tité, ce qui signifie que les validateurs de blocs ne se servent pas de leur Coins, mais leur propreréputation Par conséquent, les blockchains PoA sont sécurisées par les nœuds de validation quisont arbitrairement sélectionnés en tant qu’entités de confiance Le modèle de preuve d’autoritérepose sur un nombre limité de validateurs de blocs, ce qui en fait un système hautement scalable.Les blocs et les transactions sont vérifiés par des participants pré-approuvés, qui jouent le rơle demodérateurs du système La PoA fonctionne sur un système de vote plutơt que sur un système deminage [23]

l’iden-2.6.3 Proof of Stake(PoS)

L’algorithme de consensus Preuve d’Enjeu ou Preuve de Participation ou Proof-of-stake (PoS)

en anglais est une méthode par laquelle une chaỵne de blocs d’une cybermonnaie vise à atteindre

un consensus distribué

Alors que la preuve de travail (Proof of Work ou PoW) demande aux utilisateurs d’exécuterplusieurs fois les algorithmes de hachage en ajoutant aux données du bloc une chaỵne alphanumé-rique aléatoire jusqu’à ce que l’empreinte de l’ensemble soit inférieur à un seuil donné, la preuved’enjeu demande à l’utilisateur de prouver la possession d’une certaine quantité de cybermonnaie(leur « participation ») pour prétendre valider des blocs supplémentaires dans la chaỵne de bloc

et de toucher la récompense Peercoin a été la première cybermonnaie à utiliser la preuve d’enjeu.D’autres implémentations ont été tentées selon différentes méthodes dont BitShares, ShadowCash,Nxt, BlackCoin, NuShares/NuBits et Qora Ethereum a prévu une transition de la preuve de travail

(PoW) vers une preuve d’enjeu (PoS) lors de son déploiement final Peercoin et Decred utilisentune méthode hybride PoW/PoS pour tenter de tirer avantage des deux systèmes et de créer unconsensus plus robuste.

Le principal avantage du Proof of Stake c’est qu’il permet d’éviter la phénoménale dépensed’énergie du Proof of Work En revanche beaucoup estiment généralement que la blockchain ainsiforgée ne présente pas la même robustesse et le même niveau d’immutabilité du Proof-of-Work deBitcoin Certains efforts de recherche portent sur un mécanisme hybride Proof of Work/Proof ofStake [24]

2.6.4 Proof of Elapsed Time (PoET)

PoET est un algorithme de mécanisme de consensus souvent utilisé sur les réseaux de chaỵnes

de blocs autorisés pour déterminer les droits d’extraction ou les gagnants de blocs sur le réseau Lesréseaux de chaỵnes de blocs autorisés sont ceux qui obligent tout participant potentiel à s’identifieravant de pouvoir adhérer Fondé sur le principe d’un système de loterie équitable dans lequel chaquenœud a toutes les chances d’être gagnant, le mécanisme PoET consiste à répartir les chances degain équitablement entre le plus grand nombre possible de participants au réseau La minuterieest différente pour chaque nœud Chaque participant du réseau se voit attribuer un délai d’attentealéatoire et le premier participant qui a fini d’attendre doit valider le bloc suivant dans la blockchain[25]

2.6.5 Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT)

L’algorithme Tolérance aux pannes byzantines pratiques, Practical Byzantine Fault Tolerance(PBFT) en anglais un algorithme de réplication capable de tolérer les fautes byzantines Cetalgorithme assure la cohérence consensus tant que les 2/3 des nœuds du réseau sont sûrs (c’est-à-dire non malveillant ou défectueux) Ceci est activé en répliquant les comportements (c’est-à-direles machines à états) de génération de nœuds et d’application de protocoles pour choisir un chefparmi eux Cependant, cette méthode nécessite que tous les nœuds générateurs se connaissent autrecar ils ont besoin de communiquer En d’autres termes, tous les parties doivent s’accorder sur laliste exacte des participants [26]

block-chain

2.7.1 Transactive Grid (Brooklyn Microgrid)

« Brooklyn Microgrid (BMG) » est un projet de système électrique décentralisé communautaire

à l’échelle d’un quartier de Brooklyn [21] Le projet est soutenu par l’Etat de New-York, viaYork State Energy Research and Development Authority (NYSERDA) Les objectifs annoncés duprojet sont de favoriser le développement de microgrids afin d’améliorer la résilience du réseauélectrique face aux catastrophes naturelles, développer localement les énergies renouvelables etfavoriser l’efficacité énergétique

Le projet est développé par la joint-venture Transactive Grid composée des deux jeunes prises : Lo3 Energy, une société de conseil développant des systèmes décentralisés dans l’énergie

entre-et l’environnement, entre-et ConsenSys, une startup qui développe des applications sur la technologieblockchain Deux autres acteurs jouent un rơle clé dans ce projet : ConEdison, fournisseur localdisposant d’un grid traditionnel auquel se rattache BMG, et CLEAResult qui propose des solutionsd’efficacité énergétique aux particuliers et entreprises

Comment ça marche ?

Le projet de réseau de distribution physique BMG se divise en deux parties :

— Producteurs/consommateurs équipés de panneaux photovoltạques (PV) pouvant êtreéventuellement couplés à des systèmes de stockage et/ou de cogénération ainsi que desgénérateurs gaz/diesel (6 MW de puissance potentielle)

— Bâtiments Consommateurs divisés en trois groupes selon leur degré de criticité : d’abordles hôpitaux ou bâtiments publiques, puis les pharmacies et commerces, et enfin les bâtimentsrésidentiels.

Dans un premier temps, BMG permettra de fournir de l’énergie en cas de coupure généralisée

et maintenir les bâtiments alimentés selon leur degré de priorité L’échange entre producteur etconsommateur se fait à l’aide de smart contrats, s’appuyant sur la blockchain Ethereum qui offre

un registre infalsifiable et décentralisé des transactions La joint-venture s’efforce de raccorder gressivement de plus en plus de bâtiments, qui s’élèvent à plus de 130 aujourd’hui

pro-Figure 2.4 – Système de Brooklyn MicrogridSource : https ://www.energystream-wavestone.com/2016/11/brooklyn-decryptage-dune-smart-

grid-utilisant-blockchain/

Le développement de «Brooklyn Microgrid» se fait en trois étapes :

La première étape, atteinte, a pour objectif de créer un marché local d’énergie

Il s’agit donc de permettre d’échanger de l’énergie et de lui attribuer un prix, de façon directe etlocale Pour cela, il a fallu multiplier les compteurs (smart meters) et valoriser l’énergie produitegrâce à un système de jetons Si un producteur/consommateur produit davantage d’énergie vertequ’il n’en consomme, alors il dispose d’un excédent d’énergie Ce surplus est revendu sur le réseau,

en échange de jetons Ces jetons sont ensuite échangeables localement Ils constituent une monnaielocale d’énergie, avec un fonctionnement similaire au Bitcoin

La deuxième étape, en cours, cherche à enrichir le système, et améliorer sa sance

puis-Le prix des jetons ne doit plus seulement prendre en compte le nombre de kWh revendus sur leréseau, mais également intégrer la part de renouvelable, et la réputation du vendeur

En plus des 150 habitations actuellement connectées, 230 habitations sont déjà en attente de cordement à la Micro Grid Cette croissance implique un volume de transactions beaucoup plusélevé John Lilic, Directeur des opérations de ConsenSys, explique qu’Ethereum est public depuis

rac-15 mois, mais reconnait que la technologie reste assez lente, et dans sa phase préliminaire Il prévoit

donc d’investir en R&D pour améliorer la rapidité de gestion des transactions À terme, il espèrequ’Ethereum sera suffisamment puissant pour traiter des centaines de milliers de transactions parseconde.

La troisième étape, à venir, disposera d’un système intelligent distribué et nome

auto-À terme, BMG semble ambitionner de proposer à ses membres et aux institutions locales unealternative face aux fournisseurs d’énergie traditionnels comme ConEdison En effet, New Yorkexpérimente aujourd’hui le « Community Choice Aggregation » Ce modèle encourage le dévelop-pement de communautés énergétiques en laissant la possibilité aux gouvernements locaux d’acheterleur électricité aux communautés locales Ce système permettrait à des initiatives comme BMG de

se poser en réel concurrent face aux acteurs traditionnels de l’énergie

D’ici là, la Micro Grid du quartier de Brooklyn aura atteint une échelle critique La communautépourra gérer elle-même le réseau de façon autonome, mais pas en autarcie Elle pourra donc ponc-tuellement acheter de l’énergie ou revendre l’excédent local au réseau régional ou national Latechnologie sera basée en open-source, générera en temps réel des données accessibles à tous lesutilisateurs, et garantira un niveau de protocole de sécurité cryptographique digne des systèmes decyber sécurité militaires

Où est l’innovation dans tout ça ?

Produire de l’énergie localement n’a rien de particulièrement nouveau, ou spécifique au cas deBrooklyn Des milliers de smart grids apparaissent dans le monde, alors en quoi Brooklyn représenteune expérience énergétique singulière ?

D’abord, la désintermédiation : Les transactions de jetons d’énergie sont réalisées directement

en peer-to-peer, sans intermédiaire centralisé, ce qui rend le système plus efficace et efficient Lescỏts de transactions sont faibles, et indépendant des volumes échangés : peu importe que latransaction corresponde à la valeur d’un panneau solaire ou à celle d’une centrale solaire de 500MWh Cela cỏte au système la même quantité d’énergie et de frais généraux

Ensuite, la transparence : Ethereum offre une vision commune et partagée d’une même réalité.Enfin, la sécurité et la fiabilité : Une fois un bloc de transaction créé, il est impossible de l’al-térer car il faudrait le consentement de tous les utilisateurs de la chaine Pour modifier le système,

il faudrait donc hacker chaque utilisateur, et de façon simultanée, ce qui est presqu’impossible

2.7.2 Power Ledger

« Power Ledger » est une entreprise australienne fondée en 2016 et spécialisée dans la gestion de

la distribution d’énergie Power Ledger permet d’acheter et de revendre de l’électricité localement,les échanges étant vérifiés par la blockchain Par exemple, un utilisateur qui a des panneaux solairessur le toit de sa maison peut vendre une partie de sa production à ses voisins, et ce, sans passerpar un fournisseur d’électricité classique Cela permet aux acheteurs de payer leur électricité unpeu moins cher tout en permettant aux « prosumers » de gagner un peu plus

La mise en œuvre de cette démarche se fait via la forme Power Ledger qui est une forme transparente de commerce d’énergie interopérable, prenant en charge une suite en constanteexpansion des applications énergétiques, avec un jeton d’échange d’énergie échangeable, « Sparkz

plate-»

Applications de « Power Ledger » :

Dans son white paper [18], Power Ledger met en avant plusieurs applications :

— P2P Trading : Les consommateurs pourront revendre de l’énergie directement entre eux,par exemple à leurs voisins

— Neo-Retailer : L’application propose une gestion intelligente de l’offre et de la demande,ainsi que des paiements quasi-instantanés

— Microgrid/Embedded network operator/Strata : Comptage de l’électricité, tion des données

acquisi-11 R&D : Recherche et Développement

— Wholesale Market Settlement : cette application facilite la gestion du commerce degros.

— Autonomous Asset (AA) Managment : Permet de vendre et d’acheter de l’électricité

et de distribuer les revenus à divers portefeuilles assignés

— Distributed Market Management : relevage des compteurs d’électricité, collectes dedonnées importantes, règlement rapide des transactions, gestion de la charge et de la de-mande, équilibrage du réseau

— Power Port : permet une méthode de stockage mobile d’énergie

— Electric Vehicles : application dédiée à la recharge des voitures électriques

— Carbon Trading : smart contracts pour l’échange de crédits carbones L’authenticité destransactions est vérifiée grâce à la blockchain

— Transmission Exchange : mesure et transmission des données en temps réel

Le système à double jetons

Pour utiliser les services sur la plate-forme Power Ledger, chaque hôte d’application aura besoindes jetons POWR pour effectuer des transactions pour des jetons Sparkz dans sa juridiction locale.Les jetons POWR peuvent être considérés comme le jeton global qui ouvre l’accès à tous lesparticipants afin de d’intégrer le système Le jeton POWR est le jeton d’accès, semblable à unelicence de logiciel, qui permet aux hôtes d’application d’effectuer des transactions sur la plate-forme, par le biais de la négociation de jetons POWR pour des jetons Sparkz Une fois qu’unhôte d’application a épuisé tous les jetons POWR, il ne peut plus effectuer de transaction sur laplate-forme tant qu’il n’a pas obtenu de POWR lui permettant d’accéder à la plate-forme.Pour les participants au marché titulaires, le jeton POWR fournira non seulement un accès

au réseau, mais aussi aux fonctionnalités Smart Bond12 Les hôtes d’applications, tels que lesdétaillants d’énergie et les utilitaires de réseau, devront fournir les jetons POWR en tant quecautionnement pour le Sparkz qu’ils reçoivent de la plate-forme Les Sparkz sont ensuite utiliséspour transiger de l’électricité entre leurs clients sur leur marché national

Les jetons POWR seront déposés pour Sparkz dans un Smart Bond Ethereum et ne pourrontêtre déverrouillés à partir de ceclui-ci que lors du retour du Sparkz On s’attend à ce que lesutilisateurs d’applications aient besoin d’acquérir davantage de jetons POWR au fil du temps pourfaciliter l’augmentation du nombre de transactions à mesure que leur clientèle grandit et que latechnologie est de plus en plus adoptée Plus le nombre de jetons POWR réservés à Sparkz estélevé, plus la demande de produits POWR est organique

Le contrat Smart Bond assurera la protection du consommateur en cas de défaillance d’un hôted’application (c’est-à-dire une faillite) Les consommateurs P2P peuvent échanger leur Sparkzdirectement contre les jetons POWR précédemment fournis en tant que caution et le portage vers

un autre hôte d’application

Sparkz est un jeton au niveau du marché local et son prix est adapté au marché des changesdans lequel il est déployé Par exemple, en Australie, 1 Sparkz = 1 cent AUD Ils permettent unetransaction sans frottement dans toutes les applications FuseBox [18]

Echange des jetons POWR

Les jetons POWR ERC20 standardisés d’Ethereum peuvent également être utilisés sur deséchanges publics Les échanges sont indépendants et ne sont pas gérés par Power Ledger Cepen-dant, les échanges servent à décentraliser davantage et à ajouter de la transparence aux jetonsPOWR, en donnant aux détenteurs de POWR le choix de quitter ou d’entrer dans la plate-forme

de jetons

Les Producteur-consommateurs et les consommateurs de l’écosystème distribué d’énergie ront transférer et recevoir des crédits d’énergie verte propre partout dans le monde grâce au déploie-ment progressif de la plate-forme à l’échelle mondiale Si un client ou un consommateur déménagedans un autre pays, il n’est pas nécessaire qu’il ferme son compte et quitte le système L’écosys-tème Power Ledger sera une plate-forme mondiale permettant aux utilisateurs de migrer entre lesapplications et d’effectuer des transactions instantanées avec leurs jetons POWR[18]

pour-12 Smart Bond : Contrat automatisé de cautionnement utilisant une technologie de contrat intelligente, avec

un code intégré pour assurer la conformité des parties au contrat

Couches d’application technologiques utilisées [18]

Power Legdger se base sur une approche hybride de blockchain publique et de consortium Lesjetons POWR sur la blockchain publique Ethereum permet de gérer le volume élevé de transactions

du commerce d’énergie P2P Ils pourront passer entièrement à une chaîne de blocs de preuve departicipation publique en temps voulu

— Blockchain Ethereum - la couche publique

La couche publique utilise la blockchain Ethereum et constitue l’interface entre l’écosystème

et les échanges de jetons tiers Les bourses de la couche publique et tierces fonctionnent

de manière indépendante et échappent au contrôle de l’écosystème de Power Ledger etfournissent la sécurité et la décentralisation les plus avancées disponibles pour les jetonsPOWR standard ERC20

Les utilisateurs peuvent choisir d’échanger publiquement leurs jetons POWR ou de les cker, puis de les utiliser ultérieurement dans le logiciel d’application P2P FuseBox de PowerLedger, s’ils sont disponibles sur le marché énergétique local de l’utilisateur La couche pu-blique fournit un mécanisme d’interface et de transaction avec les couches de consortium etd’application via les jetons POWR

sto-— La couche principale

La couche principale de Powrer Ledger est la couche de smart contrats publics qui fournitune implémentation sans confiance et à source ouverte des composants clés de l’écosystème

de jetons POWR

— Ecochain services - blockchain de consortium

Power Ledger utilise la chaîne EcoChainTM(EcoChain), une chaîne privée avec le consensusProof of Stake (PoS), développée à l’interne et testée en direct sur les marchés de l’énergie aucours d’essais menés en 2016 et 2017 EcoChain a été soumis à des tests de résistance dansdes environnements à charge élevée et a fourni de précieuses informations sur la fonction-nalité et la compatibilité de la chaîne de blocs, avec la collecte et le traitement de donnéesénergétiques

Les lectures actuelles sont directement enregistrées dans l’interface de services EcoChain ckchain, à mesure qu’elles sont collectées à partir de compteurs d’énergie intelligents, via une suiteAPI13Power Ledger De la même manière, tous les échanges d’énergie sont immédiatement réglésvia l’interface au fur et à mesure qu’ils se produisent et fournit une piste d’audit sécurisée et digne

Blo-de confiance pour tous les participants

L’EcoChain existant a été conçu pour exécuter plusieurs blockchains privés (alloués pour couvrirdes zones géographiques) en s’imbriquant dans une blockchain publique, ce qui minimise égalementl’exploration de données pour une évolutivité maximale

13 API : Ensemble normalisé de classes, de méthodes ou de fonctions qui sert de façade par laquelle un logiciel offre des services à d’autres logiciels

Figure 2.5 – Eco-système de Power LedgerSource : POWER LEDGE, 2018 Power ledger white paper 2018.

ShareCharge utilise la chaỵne de blocs Ethereum comme couche de transaction Sur la forme, les transactions sont traitées dans une « crypto-euro » qui est sécurisée avec des euros réelsbloqués Pour le moment, le jeton ne peut pas être échangé et est réservé à une utilisation exclusivedans le cadre du projet ShareCharge Cependant, une licence de monnaie électronique demandéepar XTECH, un fournisseur de paiement faisant partie du projet, pourrait être étendue à d’autresdomaines, selon Stephan Tual, fondateur de Slock.it, une start-up blockchain qui a contribué audéveloppement de la plate-forme [11]

plate-Sur ShareCharge ont été créé plusieurs produits en direct et programmes pilotes afin d’en prendre davantage sur les défis auxquels la mobilité électronique sera confrontée à l’avenir [11] :

ap-— UK PILOT

UK PILOT est un réseau ouvert de recharge électrique à travers le Royaume-Uni qui permetaux opérateurs de point de charge de connecter facilement leur infrastructure de recharge àdes conducteurs de véhicules électriques à l’aide de la plateforme blockchain ShareCharge

14 Peer-to-Peer : (Pair à Pair en français, souvent abrégé « P2P ») est un modèle de réseau informatique proche

du modèle client-serveur mais ó chaque client est aussi un serveur.