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Qu’est-ce que la Blockchain ?

3 juillet 2019

temps de lecture 9 minutes

avatar-auteurJulien Moretto

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Qu’est-ce que la Blockchain ?

 

Depuis 2017, la blockchain est souvent mise en avant comme la solution miracle à tous les maux du monde. À cette époque, la hype était au plus fort et les projets blockchain naissaient par milliers, portés par le phénomène des ICOs. Cependant, nombreux sont ceux qui parlent de blockchain sans vraiment comprendre de quoi il retourne. Nous tentons dans cet article d’expliquer le plus simplement possible la blockchain, ses principes basiques et ses fonctionnements pour arriver à la définition la plus communément admise : une « base de donnée immuable ».

 

Qu’est-ce qu’une blockchain ?

 

Impossible de parler de crypto, de mineurs ou de minage sans évoquer la fameuse blockchain. Elle joue un rôle clé dans l’univers des monnaies virtuelles. Mais les applications de la blockchain ne se résument pas à la cryptomonnaie, elles sont bien plus vastes, puisqu’elle permet de tracer tout type d’actifs et produits. Elle peut ainsi être utilisée par des organismes et entreprises dans de nombreux secteurs : énergie, finance, santé, divertissement, commerce… Elle sert alors pour des certifications, des hedge funds, la traçabilité de produits alimentaires… 

 

Avant d’aborder le fonctionnement de la blockchain, voici un rappel de sa définition et toutes les informations de base à connaître sur ce système. 

 

La blockchain : définition

 

Qu’est-ce que la blockchain ? Pour résumer la blockchain de manière simple et concise, il s’agit d’un réseau virtuel permettant de stocker et échanger de la valeur (par exemple, du bitcoin), sans intermédiaire, en toute sécurité. Toutes les transactions y sont inscrites, de manière inaltérable. 

 

Bien sûr, la définition approfondie de cette technologie indissociable des cryptomonnaies est en réalité plus complexe. 

 

À quoi sert la blockchain ?

 

Une blockchain est un livre de comptes numérique — un registre — qui utilise des méthodes cryptographiques afin de structurer des données en blocs. Chaque opération au sein d’une blockchain est appelée transaction et est déclenchée par des utilisateurs, qu’il s’agisse d’une transaction simple, conditionnelle, ou de l’appel d’une fonction dans un smart-contract.

 

Une empreinte numérique unique de chaque bloc est générée via un hash qui représente l’intégralité de l’information que celui-ci contient. Cette empreinte est copiée dans le bloc qui le suit. Chaque bloc est donc relié cryptographiquement au suivant, d’où le nom « chaîne de blocs ».

 

Ainsi, si une donnée quelle qu’elle soit est modifiée, l’empreinte numérique de ce bloc change, ce qui impacte l’intégralité des empreintes numériques des blocs suivants. On se rend donc compte instantanément qu’une information a été modifiée. Cela apporte de la sécurité aux cryptomonnaies, un élément essentiel puisqu’il n’y a pas de tiers de confiance intermédiaire, comme une banque, pour contrôler les transactions. Un réseau de blockchain peut suivre les transactions (commandes, paiements), mais aussi les comptes, la création de crypto… de manière transparente. Toutes les informations enregistrées sur la blockchain peuvent être vues par tous les utilisateurs.

 

Les blockchains sont donc des registres tamper-evident. Cela veut dire que si une information est modifiée, tout le monde s’en rend compte. Cela n’assure cependant pas que l’information ne puisse être modifiée.

 

Pour atteindre le niveau de tamper-proof, c’est à dire un registre immuable ou l’information ne peut être modifiée, il faut alors introduire des mécanismes plus complexes en termes de mécanisme de consensus.

 

Comment fonctionne la blockchain ?

 

La blockchain est bien plus qu’une base de données ou une succession de lignes de code. Au sein de la blockchain, chaque transaction est enregistrée sous la forme d’un bloc. Ce sont les mineurs qui s’en chargent. C’est un système chaîné. Chaque bloc contient des informations sur la transaction concernée, comme son horodatage. Il est relié au précédent et donc au suivant, chaque nouveau bloc vient renforcer la sécurité du précédent. Ils forment ainsi une chaîne de données sécurisée. Il n’est pas possible d’insérer de nouveaux blocs entre deux autres déjà créés.

 

Par définition, une blockchain fait partie de la famille des registres distribués et existe en plusieurs copies. Le registre est distribué entre différents acteurs qui peuvent éventuellement prendre part à la validation des transactions en ajoutant les blocs à la blockchain à laquelle ils participent. Comme le livre est partagé, cela garantit que les transactions ne pourront être enregistrées qu’une seule fois. Cela empêche la duplication des tâches.

 

Dans une blockchain privée ou de consortium, tous les validateurs sont connus et choisis. On parle de Proof-of-Authority (preuve d’autorité). Il s’agit d’un mécanisme simple où les différents acteurs accordent un degré de confiance élevé aux autres acteurs du réseau. 

 

Alors que cela peut faire sens selon les cas d’usage, cette architecture a pour conséquence directe qu’une coalition entre les validateurs leur donne un pouvoir important qui peut leur permettre de modifier l’état de la blockchain ainsi que les données qu’elle contient sans que personne ne puisse les en empêcher. Cela peut être le résultat d’une pression par le haut d’un gouvernement ou régulateur par exemple. Les modifications seront cependant visibles aux yeux de tous les acteurs qui ont une copie de la blockchain. Une fois les données enregistrées dans le livre partagé, aucun acteur sur la blockchain ne peut les altérer sans que cela soit visible. Si une erreur survient sur une transaction, celle-ci ne peut pas être simplement modifiée. Il faut créer une nouvelle transaction pour la corriger. Les deux transactions, celle comportant une erreur et celle servant à la corriger, restent visibles sur la blockchain.

 

Afin de rendre une blockchain immuable (tamper-proof), il faut absolument introduire un mécanisme qui assure que l’on ne connaisse pas l’identité de l’intégralité des validateurs et que le coût d’une modification de la donnée dans un bloc soit le plus élevé possible. C’est le rôle des mécanismes de consensus Proof-of-Work ou Proof-of-Stake que l’on retrouve dans les blockchains publiques.

 

Nous n’entrerons pas dans le détail de la Proof-of-Stake dans cet article. Pour plus de détails, consultez l’article sur Tezos, rédigé également par les équipes de Coinhouse.

 

Plusieurs technologies sont à la base de la blockchain. Si elle a vu le jour sous sa forme actuelle en 2008 avec la naissance du bitcoin, créé par Satoshi Nakamoto, l’idée n’était pas nouvelle. Cette technologie est en réalité déjà évoquée dans les travaux de Stuart Haber et W. Scott Stornetta en 1991. Le bitcoin, qui a popularisé la blockchain, est, quant à lui, une version améliorée du concept de b-money, imaginé en 1999 par Wei Dai, et du bitgold, développé par Nick Szabo en 2005.

 

Pourquoi une preuve de travail suffisante apporte-t-elle l’immuabilité à une blockchain ?

 

Le Proof-of-Work (preuve de travail) permet de définir une quantité de travail à effectuer en allouant des ressources énergétiques sous la forme d’électricité. Cette quantité de travail est relative à chaque bloc et est définie par la difficulté de minage. Un validateur — appelé mineur — ayant fourni la preuve de travail d’un bloc donné peut diffuser le bloc sur le reste du réseau qui vérifiera rapidement la validité du bloc. Il sera récompensé pour son travail via la création monétaire du bloc et la somme des frais de transactions. Si le bloc est invalide, alors le travail fourni est perdu, il aura perdu de l’argent en utilisant des ressources énergétiques pour rien.

 

Analysons les possibilités qui s’offrent à un attaquant afin de tirer avantage du Proof-of-Work. On parle d’attaques à 51 %.

 

Modification des transactions passées

 

Pour modifier une transaction enregistrée dans un bloc passé, il est nécessaire de recalculer l’empreinte du bloc qui la contient, ainsi que toutes les empreintes des blocs générés depuis. La difficulté, les ressources informatiques, et in fine la consommation électrique nécessaire pour modifier la blockchain augmente donc proportionnellement à l’ancienneté de la transaction à modifier.

 

Ainsi, si un attaquant souhaite modifier une transaction qui a été incluse 60 blocs dans le passé, soit environ 10 h, il devra recalculer les empreintes de 60 blocs, sachant que la preuve de travail nécessaire à l’intégralité du réseau de minage pour créer une empreinte est de 10 minutes, en moyenne.

 

Pendant ce temps, le reste du réseau continue de créer de nouveaux blocs. L’attaquant devra donc rattraper puis dépasser le réseau de minage existant en termes de puissance de calcul, il lui faudra donc disposer d’au moins 51 % de la puissance totale de calcul, d’où le nom « attaque  51 % ». Il devra maintenir ce niveau de puissance de calcul jusqu’à mener son attaque à bien.

 

On estime que l’attaque décrite ci-dessus pour remonter à dix petites heures dans le passé coûterait entre six et dix millions de dollars sur le réseau Bitcoin si l’on disposait déjà de l’infrastructure informatique nécessaire. Cela n’a jamais été réalisé en dix ans d’existence du Bitcoin car les bénéfices que l’on peut en tirer sont trop faibles face aux coûts de l’attaque.

 

C’est donc bien le Proof-of-Work qui garantit l’immuabilité de la blockchain Bitcoin.

 

Modification des transactions actuelles

 

Il est plus facile de repartir du dernier bloc créé. L’attaquant devra alors modifier uniquement les transactions futures et non passées, mais ces attaques restent extrêmement coûteuses sur la Blockchain Bitcoin et exigent des ressources informatiques colossales pour obtenir plus de 51 % de la puissance de calcul.

 

Alors que l’on a pu observer ce type d’attaque sur des blockchains mineures comme Ethereum Classic, un acteur détenant plus de 51 % de la puissance de calcul sur Bitcoin n’aurait aucun intérêt à lancer ce type de d’attaque car la récompense qu’il pourrait en tirer en dupant des places de marché serait inférieure au coût d’exécution de l’attaque et néfaste pour la valeur de Bitcoin, actif qui rémunère son activité.

 

Types de blockchain

 

Toutes les blockchains publiques en PoW se valent-elles en termes d’immuabilité ? Bien entendu la réponse est non.

 

Le niveau de sécurité d’une blockchain publique en Proof-of-Work dépend directement de la difficulté à trouver la preuve de travail nécessaire. Les deux blockchains les plus sécurisées et immuables sont Bitcoin et Ethereum, qui réunissent la majorité de la puissance de minage.

 

Pourquoi une structure en blocs ?

 

Mis à part l’utilité d’une chaîne de bloc comme registre tamper-evident, la structure en bloc prend son sens pour un système distribué. L’intégralité des copies de la Blockchain, qu’on appelle des nœuds, doivent être synchronisés afin de travailler sur la même version.

 

Il faut déterminer un temps d’intervalle entre les blocs suffisamment long pour assurer la diffusion des nouveaux blocs minés. On estime qu’il faut 12 secondes pour que les blocs soient propagés à 95 % des nœuds du réseau Bitcoin. Lorsque l’on vous parle de blocktime à quelques secondes sur des blockchains soit-disant publiques, posez-vous les bonnes questions.

 

Les Sidechains, la blockchain privée sans les inconvénients ?

 

De plus en plus de projets se tournent vers l’utilisation de Sidechains. Liquid Bitcoin et POA Network par exemple. Ce type d’architecture est intéressante car elle permet de créer des ponts entre les blockchains privées en Proof-of-Authority (avec un blocktime très faible car partagé entre un nombre faible et contrôlé d’acteurs) et les blockchains publiques.

 

Cela permet notamment de séquestrer des fonds sur la blockchain publique afin d’en créer une représentation sur la sidechain. On peut ainsi partager des valeurs sûres et connues par le marché comme BTC sur des réseaux moins sécurisés mais éventuellement plus rapides, avec l’assurance de récupérer ses fonds sur la blockchain publique si une attaque de la sidechain avait lieu.

 

Via l’ajout d’empreintes numériques des blocs de la sidechain dans la blockchain publique, il est possible de faciliter la vérification de l’exactitude des empreintes pour toujours.

 

Différences entre la blockchain Bitcoin, la blockchain Ethereum et les autres

 

Les cryptos Bitcoin et Ethereum sont les plus connues dans le monde de la monnaie virtuelle. Il existe des différences fondamentales entre leurs blockchains et leur fonctionnement.

 

La blockchain Bitcoin :

  • Repose sur le Proof of Work ; 
  • A un nombre limité de jetons qu’elle peut émettre (21 millions de coins) ;
  • Ne gère pas encore les smart contracts, même si des projets se développent en ce sens ;
  • Appartient à un réseau totalement décentralisé ;
  • Peut générer un nouveau bloc toutes les 10 minutes.

 

La blockchain Ethereum :

  • Reposait auparavant sur le Proof of Work, mais utilise de plus en plus le Proof of Stake ;
  • N’a pas de nombre limité de jetons émissibles ;
  • Peut intégrer dans son code les smart contracts dits turing complete ;
  • Appartient à un réseau décentralisé, mais ses développeurs, ainsi que la fondation Ethereum, disposent d’un fort pouvoir d’influence ;
  • Peut générer un nouveau bloc toutes les 12 secondes.

 

D’autres blockchains encore ont un fonctionnement différent. Par exemple, celle de Litecoin :

  • Repose sur le Proof of Work, mais dans une version différente de celle du Bitcoin (elle utilise la fonction de hachage Scrypt) ;
  • A un nombre limité de jetons qu’elle peut émettre (84 millions de coins) ;
  • A une difficulté de minage qui change tous les 2,5 jours, contre deux semaines pour le Bitcoin) ;
  • Ne gère pas encore les smart contracts ;
  • Appartient à un réseau décentralisé ;
  • Peut générer un nouveau bloc toutes les 2,5 minutes.

 

Blockchain publique ou privée : quelles différences ?

 

Chaque cryptomonnaie dispose de sa blockchain, mais comme nous l’avons vu, cette technologie n’est pas réservée au monde des transactions financières via crypto. Pour tout comprendre aux blockchains, il faut donc aussi différencier les différentes possibilités existantes : blockchain privée, publique, à autorisation ou par consortium.

  • Le réseau de blockchain publique : tout le monde peut le rejoindre. Il nécessite un équipement puissant pour résoudre les calculs. Il implique aussi une transparence totale, ce qui limite la confidentialité des transactions. Il est ainsi déconseillé aux entreprises ou acteurs privés ayant des besoins de confidentialité élevés ;
  • Le réseau de blockchain privé : il s’agit d’un réseau décentralisé de pair à pair. Tout le monde ne peut pas le rejoindre. Les participants et leurs actions sont contrôlés par la personne ayant créé la blockchain ; 
  • Le réseau de blockchain à autorisation : une entreprise peut mettre en place une blockchain privée. Pour la rejoindre, il faut une invitation. Elle décide qui est autorisé à participer et applique des restrictions spécifiques quant aux actions possibles des différents participants ;
  • Le réseau de blockchain par consortium : la gestion est partagée entre plusieurs organisations. Elles déterminent les participants pouvant la rejoindre, les données auxquels ils peuvent accéder.

 

Comment la blockchain est réglementée en France ?

 

L’ordonnance d’avril 2017, en modifiant l’article L 223-12 du code monétaire et financier, apporte une définition légale à la blockchain en France. Elle la définit comme un « dispositif d’enregistrement électronique partagé permettant l’authentification d’opérations sur titres spécifiques, destinés à être échangés sur les plateformes de financement participatif : les minibon ». En décembre de cette même année, une autre ordonnance est adoptée afin de permettre, en utilisant la blockchain, le transfert de propriété de différents titres financiers. Au niveau européen, la situation semble aussi aller vers une plus grande acceptation des blockchains et cryptomonnaies. En 2022, la Commission européenne doit soumettre la directive MiCA, concernant les marchés de cryptoactifs. Cette directive vise à autoriser certaines cryptomonnaies au sein de l’Union européenne.

 

En résumé, une blockchain n’est rien d’autre qu’une manière d’ordonner des données sur un réseau distribué. La blockchain en tant que telle n’apporte pas toutes les réponses pour créer un système aussi robuste que Bitcoin. Il faut alors la lier à d’autres mécanismes comme le Proof-of-Work et certaines méthodes cryptographiques pour tirer le maximum de ses possibilités en définissant un niveau encore jamais atteint en termes de sécurité de la donnée numérique. Ce type d’architecture ouvre alors des possibilités extrêmement prometteuses quant à la gestion de données et le partage de valeur sur internet.

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