Qu'est-ce qu'une preuve de travail ? Comment le réseau Bitcoin est maintenu
En bref
- La preuve de travail est l’algorithme de consensus qui sécurise le réseau décentralisé de blockchain Bitcoin
- Les mineurs de Bitcoin tentent de résoudre des équations mathématiques complexes avec le processus énergivore, le tout pour générer de nouveaux blocs et gagner des récompenses BTC
La technologie blockchain qui alimente Bitcoin et de nombreuses autres crypto-monnaies est essentiellement une base de données, mais elle est très différente de tout grand livre centralisé typique. Il est décentralisé et alimenté par des nœuds gérés par des pairs répartis dans le monde entier, sans aucune autorité de supervision pour prendre les devants ou définir les règles.
Alors comment sécuriser un réseau décentralisé et s’assurer que tout le monde est d’accord sur le contenu du grand livre ? C’est là qu’intervient l’algorithme de consensus de preuve de travail de Bitcoin.
En combinaison avec la cryptographie à clé publique, l’algorithme de consensus de preuve de travail sécurise le grand livre distribué et protège le réseau contre les attaques de « double dépense », tout en ajoutant de nouveaux blocs de transactions à la chaîne et en générant des récompenses BTC.
Le mécanisme de preuve de travail oblige les mineurs de Bitcoin à se faire concurrence pour résoudre des équations mathématiques complexes à l’aide de leurs ordinateurs, un processus très énergivore. C’est volontairement difficile, mais les récompenses Bitcoin qui en résultent peuvent être incroyablement précieuses.
La preuve de travail est essentielle au fonctionnement continu de Bitcoin, mais sa consommation d’énergie a fait l’objet d’un examen minutieux et certaines autres crypto-monnaies ont plutôt adopté un modèle de preuve de participation très différent. Voici comment fonctionne la preuve de travail, pourquoi elle est nécessaire pour Bitcoin et quels sont les inconvénients.
Qu’est-ce qu’un mécanisme de consensus?
Contrairement à une base de données traditionnelle supervisée par un administrateur, une blockchain publique est un réseau décentralisé peer-to-peer auquel tout participant peut potentiellement contribuer. Le consensus est essentiel pour qu’un tel réseau distribué fonctionne, compte tenu des milliers d’opérateurs de nœuds potentiels : ils doivent tous se mettre d’accord sur l’état du réseau pour qu’il fonctionne correctement.
Un mécanisme de consensus est le processus par lequel le réseau détermine de manière fiable et automatique quel bloc soumis par le participant – qui est un enregistrement des transactions récentes – sera ajouté à la chaîne, les frappant et les récompensant ainsi avec une nouvelle crypto-monnaie dans le processus.
Qu’est-ce qu’une preuve de travail et comment ça marche ?
La preuve de travail est le mécanisme de consensus conçu pour Bitcoin par son créateur, Satoshi Nakamoto. Un modèle similaire a été utilisé par Ethereum, Litecoin, Dogecoin et d’autres crypto-monnaies depuis lors. Dans le modèle de preuve de travail, les mineurs exécutent un logiciel de hachage sur leurs ordinateurs, qui exploite la puissance de leur matériel pour résoudre des équations mathématiques complexes.
En fin de compte, le calcul est arbitraire : les mineurs travaillent pour le plaisir, pour dépenser de précieuses ressources informatiques en échange d’une récompense potentielle. C’est un processus intentionnellement difficile d’empêcher des attaques potentielles sur le réseau, mais cela signifie que les ordinateurs plus puissants ont un avantage. Dès les premiers jours du réseau Bitcoin, il y a eu une « course aux armements » parmi les mineurs, qui ont d’abord utilisé le processeur de leur ordinateur pour exploiter Bitcoin, avant de passer aux cartes graphiques haut de gamme et enfin au matériel d’extraction ASIC dédié.
« La preuve de travail a la belle propriété de pouvoir être relayée par des intermédiaires non fiables. »
Satoshi Nakamoto
Les utilisateurs de Bitcoin diffusent les transactions vers la blockchain, et les mineurs les rassemblent dans un bloc et rivalisent en preuve de travail pour être les premiers à résoudre l’équation via un processus appelé hachage. Le mineur ou le pool minier dont le bloc est accepté gagne du Bitcoin en récompense. La récompense est actuellement fixée à 6,25 BTC ; il était à l’origine de 50 BTC et réduit de moitié tous les quatre ans. Ce processus se répète toutes les 10 minutes environ, à mesure que de nouveaux blocs sont écrits et que de nouveaux Bitcoins sont effectivement frappés et attribués.
Le saviez-vous?Le processus d’extraction de Bitcoin est dérivé de Hashcash, un système de preuve de travail inventé par Adam Back en 1997 pour lutter contre le spam par courrier électronique et les attaques par déni de service. Back, un des premiers Bitcoiners, a nié être le créateur de la crypto-monnaie, Satoshi Nakamoto.
Pourquoi c’est important?
La preuve de travail est un élément essentiel du réseau Bitcoin. Sans un processus aussi énergivore, il serait facile pour les mauvais acteurs d’attaquer le réseau et de « doubler » Bitcoin. C’est ce qu’on appelle une attaque à 51%, dans laquelle un groupe minier contrôle la majorité du taux de hachage total du réseau (puissance de calcul), lui permettant ainsi de manipuler des blocs et de tirer parti du système.
« La chaîne de preuve de travail est la solution au problème de synchronisation, et pour savoir quelle est la vue globalement partagée sans avoir à faire confiance à qui que ce soit. »
Satoshi Nakamoto
Cependant, parce que la preuve de travail de Bitcoin est si gourmande en ressources, il est presque impossible pour un mineur ou un groupe de contrôler autant de puissance totale.
Quelles crypto-monnaies utilisent une preuve de travail ?
La preuve de travail est le modèle de consensus dominant parmi les crypto-monnaies, avec les deux plus grosses pièces, Bitcoin et Ethereum, qui l’utilisent toutes les deux, ainsi que d’autres pièces comme Litecoin, Dogecoin, Bitcoin Cash et Monero.
Le saviez-vous?Ethereum est actuellement en train de passer d’un modèle de preuve de travail à un modèle de preuve d’enjeu avec son lancement Ethereum 2.0.
Quels sont les inconvénients de la preuve de travail?
Le plus gros inconvénient du modèle de preuve de travail de Bitcoin est la quantité d’énergie requise pour l’exploitation minière. Digiconomist suggère que l’ensemble du réseau Bitcoin a une empreinte carbone comparable à celle du pays du Maroc, et le constructeur de voitures électriques Tesla a cité l’impact environnemental de l’exploitation minière lorsqu’il a décidé de cesser d’accepter les paiements Bitcoin en mai 2021.
Compte tenu de la valeur du Bitcoin et des récompenses en jeu, il n’est pas surprenant qu’il s’agisse d’un sujet très contesté et controversé. Les défenseurs de Bitcoin suggèrent souvent que de telles estimations de sa consommation d’énergie sont trompeuses ou surestimées, ou rétorquent que les banques et les services de paiement centralisés ne reçoivent pas le même niveau de contrôle.
Certains pensent que l’exploitation minière de Bitcoin incite à l’utilisation d’énergies renouvelables, ou suggèrent que l’exploitation minière de Bitcoin utilise de l’énergie générée qui aurait autrement été gaspillée. Le débat n’est pas tellement axé sur la question de savoir si l’exploitation minière de Bitcoin développe une énorme quantité d’énergie collective – c’est le cas, et c’est par conception. Il est également essentiel de maintenir Bitcoin dans la mesure où le protocole fonctionne actuellement. Au contraire, une grande partie du débat se concentre sur les types d’énergie utilisés et si cela en vaut la peine. Les mineurs et les fans de Bitcoin, sans surprise, croient que c’est le cas.
De plus, au grand dam des joueurs, l’extraction de crypto-monnaies telles que Ethereum a suscité une immense demande de puissantes cartes graphiques PC (ou GPU), provoquant des pénuries généralisées et des augmentations de prix. Cela a conduit les fabricants à affaiblir les capacités de minage de leurs cartes graphiques pour les rendre moins attrayantes pour les mineurs.
Alors que l’immense échelle du réseau de Bitcoin signifie qu’une attaque à 51% est probablement impossible, ce n’est pas vrai pour les réseaux de blockchain de preuve de travail plus petits. Ethereum Classic et Bitcoin Cash ont tous deux été confrontés à de telles attaques en 2020, par exemple.
Preuve de travail vs preuve de participation
Au milieu des inquiétudes concernant la consommation d’énergie des réseaux de preuve de travail, un mécanisme de consensus alternatif a pris racine dans l’industrie de la blockchain : la preuve d’enjeu. Un système de preuve de participation repose sur des validateurs pour détenir une grande quantité de crypto-monnaie native au sein du réseau, et ces utilisateurs valident les transactions et gagnent des récompenses.
Des pièces comme Cardano, Algorand, Cosmos et Binance Coin utilisent toutes une forme de modèle de preuve de mise. Comme mentionné précédemment, Ethereum est actuellement en train de passer à cette approche avec sa mise à niveau Ethereum 2.0 ; on estime que le nouveau réseau consomme 99,95 % moins d’énergie que l’actuel.
La preuve de participation ne nécessite pas d’ordinateurs puissants ou de plates-formes minières, de sorte que l’ensemble du réseau utilise beaucoup moins d’énergie qu’un système de preuve de travail. D’un autre côté, les détracteurs affirment que les modèles de preuve de mise aident les «riches à s’enrichir», car les validateurs doivent miser une énorme quantité de pièces pour participer, et que cela incite les utilisateurs à ne pas dépenser leurs pièces.
