Thèse : Passage à l'echelle de la Blockchain pour une solution de e-paiement mobile scalable et rapide F/H
Thèse Coutures (Dordogne) Infra / Réseaux / Télécoms
Description de l'offre
about the role
Effectuer un travail de recherche sur le passage à l'echelle de la Blockchain pour une solution de e-paiement mobile scalable et rapide.
Vous trouverez ci-dessous la description du contexte de ce travail de recherche.
La mission et les principaux objectifs scientifiques seront précisés sous le titre "Entité".
Bitcoin est une technologie de monnaie électronique de pair à pair telle que décrite dans un document de Satoshi Nakamoto (un pseudonyme) en 2008 [1]. Avant le Bitcoin de Nakamoto, les protocoles de consensus distribués ont longtemps été considérés comme un moyen de synchronisation adapté à des applications ayant besoin d'un haut niveau de cohérence des données et limitées à quelques noeuds. Son succès incontestable a au contraire démontré l'efficacité du consensus distribué sur des milliers de noeuds en l'appliquant au domaine complexe de la gestion des transactions financières.
Bitcoin est un système autorégulé s'appuyant sur un mécanisme de signatures électroniques faisant preuve de propriété et sur un registre public de transactions distribué : la blockchain.
Aujourd'hui avec Bitcoin, il faut compter 1 heure environ pour valider une transaction en raison du protocole de consensus actuel et un débit théorique de 7tx/s. En comparaison, un leader des cartes de paiement annonce une capacité de traitement de plus de 10000tx/s. Cette capacité est de très loin supérieure à n'importe quelle blockchain existante et ceci deviendra un challenge majeur dans les années à venir [2].
De nombreuses solutions sont proposées aujourd'hui pour tenter de résoudre ce problème de scalabilité. La tendance actuelle suivie par la communauté Bitcoin est l'augmentation de la taille des blocs, mais cela pourrait poser un problème à long terme alors que le réseau Bitcoin pourrait atteindre sa capacité maximale à traiter les transactions courant 2017. Lightning Network [4] est un protocole alternatif d'acquittement des transactions, au-dessus de la blockchain, composé de noeuds reliés par des canaux de micro-paiements. Le projet Mini-Blockchain [3] propose de séparer la blockchain en trois structures de données chacune adaptée à une tâche dédiée. Ethereum 2.0 [5] veut proposer une implémentation de type Proof-of-Stake et se focalise sur la scalabilité. Toutes ces solutions sont encore en phase d'implémentation et n'ont pas encore fait preuve de leur efficacité en situation réelle.
En tant qu'opérateur de la solution de paiement mobile Orange Money, Orange réfléchit à l'intérêt de cette technologie en tant qu'alternative potentielle à notre portefeuille mobile basée sur un réseau de type pair à pair similaire à la blockchain Bitcoin. Il n'y a pas forcément de contradiction entre la nature décentralisée des systèmes de crypto-monnaies et l'introduction d'une autorité de confiance régulant et supervisant les flux monétaires. En fait contrairement au portefeuille électronique personnel, les portefeuilles des utilisateurs de services de mobile banking sont contraints à un respect strict de la réglementation qui impose aux opérateurs de garantir les flux monétaires ainsi que l'identité des utilisateurs finaux. Prendre le meilleur des deux systèmes pourrait nous apporter un système plus fiable et plus rapide.
about you
Vous êtes diplômé(e) d'un Master recherche ou d'une école d'ingénieurs avec une spécialisation en mathématiques/informatique avec un intérêt fort pour la recherche.
Les compétences mises en oeuvre dans le domaine de la blockchain sont nombreuses. Vous devrez posséder une connaissance et/ou une maîtrise des concepts dans le domaine de l'algorithmique distribuée, des protocoles et des modèles de réseaux P2P, des algorithmes de cryptographie asymétrique et des modèles de consensus distribué. Un niveau d'excellence dans au moins un de ces domaines est requis.
De plus, des qualités comme l'autonomie, la curiosité et l'ouverture d'esprit seront particulièrement appréciées dans le cadre de nos recherches. Le dynamisme, la proactivité et de bonnes qualités de communication seront un plus pour le poste.
L'anglais sera la langue dominante durant la thèse, que ce soit pour la lecture (état de l'art), l'écriture des articles et à l'oral (présentation des résultats dans des conférences internationales), un bon niveau est donc demandé.
Expérience souhaitée dans la conception et la programmation d'applications distribuées.
Des connaissances en macroéconomie et modèles financiers sont un plus.
additional information
Travailler dans un environnement novateur et stimulant, au sein d'une entité à la pointe dans le domaine des services financiers et du paiement mobile en rejoignant une équipe de recherche reconnue dans l'écosystème d'un projet majeur Orange Money déployé dans de nombreux pays avec plus de 30 millions de clients.
Orange, en tant qu'opérateur mondial de référence, est appelé à contribuer à la GSMA, organisme de normalisation de premier plan dans le domaine des télécommunications. Les travaux qui seront menés dans le cadre de cette thèse sur le sujet de la blockchain pourront être versés dans un groupe de travail dédié au sein de cet organisme, et bénéficier ainsi d'une expérience et de réalisations concrètes dans le domaine.
Références :
[1]Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: a peer-to-peer electronic cash system, http://bitcoin.org/bitcoin.pdf
[2]Bonneau J., Miller A, Jeremy C, Arvind N., Joshua A. K., and Edward W. Felten. Sok: Research perspectives and challenges for Bitcoin and cryptocurrencies. In 2015 IEEE Symposium on Security and Privacy, SP 2015
[3]Bruce, J. D. The mini-blockchain scheme. Revision 2, July 2014. http://cryptonite.info/files/mbc-scheme-rev2.pdf
[4]Poon J., Dryja T. The Bitcoin Lightning Network: Scalable off-chain instant payments. Technical Report version 0.5.9.2. January 2016. https://lightning.network/lightning-network-paper.pdf
[5]Buterin V. Ethereum 2.0 Mauve Paper. White Paper. Nov 2016. http://vitalik.ca/files/mauve_paper.
department
La blockchain a bouleversé l'équilibre du monde des systèmes traditionnels des transactions financières en proposant un système basé sur un modèle distribué sans autorité de contrôle, il reste néanmoins un verrou majeur à lever qui empêche une adoption de la technologie blockchain au coeur des systèmes de paiement: la scalabilité.
L'objectif est donc de nous aider à proposer des principes d'amélioration de la scalabilité de ces systèmes. Il s'agira d'optimiser ou inventer de nouvelles solutions pour améliorer la latence et augmenter le débit de validation des transactions, et pour limiter la volumétrie des données et la puissance de calcul nécessaire tout en maintenant un niveau de sécurité maximum.
La thèse devra participer à l'enrichissement de l'état de l'art sur le problème de la scalabilité de la blockchain et nous éclairer sur le potentiel réel d'un déploiement à grande échelle d'une telle solution et d'étudier la façon d'optimiser notre positionnement en tant qu'opérateur de confiance dans le mobile banking en nous aidant à identifier les meilleures solutions à ces problématiques parfois contradictoires.
En regardant plus en détail le fonctionnement du système transactionnel basé sur une blockchain, le Proof-of-work est le procédé clé de la validation d'un bloc durant lequel des systèmes concurrents, appelés mineurs, apportent leur puissance de calcul pour la validation de nouveaux blocs et par conséquent des transactions qu'ils contiennent. Aujourd'hui, les mineurs Bitcoin ajoute un nouveau bloc toutes les dix minutes environ validant définitivement une transaction en 1h, le tout avec un débit maximum théorique de 7tx/s.
En dépit d'une apparente limitation en termes de performance, ces systèmes sont capables de surperformer le processus de validation des transferts bancaires standards qui peuvent prendre une journée dans un contexte national et jusqu'à plusieurs jours pour un transfert international. Mais aujourd'hui, les systèmes centralisés avec autorité de contrôle rendent possible la validation d'une transaction en une fraction de seconde. En comparaison, les leaders des cartes bancaires sont capables de traiter en moyenne 2000tx/s et capables de supporter des pics de trafic à plus de 10000tx/s. De tels débits sont aujourd'hui inatteignables pour la technologie blockchain.
En partant de ce constat, deux questions clés de recherche doivent être adressées :
D'un côté, les problèmes de scalabilité peuvent-ils être résolus en proposant une nouvelle solution technique basée sur une approche horizontale du réseau, plus adaptée, de type Proof-of-Stake ?
De l'autre, le modèle blockchain repose entièrement sur le concept de validation distribuée sans autorité intermédiaire de contrôle. Cette architecture entièrement décentralisée constitue un goulot d'étranglement en termes de scalabilité qui n'est pas obligatoirement fondé pour des scénarios réels.
Le chercheur devra étudier et exploiter les solutions les plus prometteuses en termes de scalabilité selon les deux axes précités au travers d'un état de l'art détaillé. Ces investigations seront complétées par la réalisation de prototypes de mise en applications des solutions techniques ou des modèles identifiés pour valider l'approche sélectionnée.
Le calendrier proposé serait le suivant:
Année 1:
· Analyse de l'état de l'art et des deux axes identifiés ci-dessus.
· Définition de modèles et de protocoles améliorant les problèmes de scalabilité
Année 2:
· Prototypage de la solution proposée
· Etude dans un environnement de simulation pour validation des modèles théoriques de la solution proposée.
Année 3:
· Finalisation des expérimentations
· Rédaction du manuscrit de thèse.
contract
Thesis