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Approfondir – La preuve de travail (Proof of Work)

18 juillet 2023

Temps de lecture 4 minutes

Canelle de Balasy

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Le réseau Bitcoin fonctionne via un réseau de nœuds, des ordinateurs qui contiennent tous une copie du registre public appelé blockchain. Cette blockchain contient l’historique de toutes les transactions Bitcoin qui ont eu lieu depuis la création du réseau.

 

Mais pour que ce réseau soit digne de confiance, il est nécessaire que tous les noeuds possèdent la même information, ce qui n’est a priori pas évident, dans la mesure où tous ces ordinateurs appartiennent à des personnes ou des entreprises différentes, réparties partout dans le monde. Il est donc nécessaire de parvenir à ce qu’on appelle un consensus sur l’état de la blockchain. Ce consensus est obtenu par un mécanisme qu’on appelle la preuve de travail, et que nous allons détailler.

 

On pourrait rechercher la simplicité en ajoutant chaque transaction, une par une, sur la blockchain. Mais devoir valider et propager chaque transaction individuellement cela ralentirait considérablement le réseau et le rendrait moins sécurisé. C’est pour cela que Bitcoin a créé la notion de blocs de transactions.

 

Lorsqu’un utilisateur déclenche une transaction de paiement quelque part dans le monde, celle-ci n’est pas ajoutée immédiatement à la blockchain: elle est stockée dans ce qu’on appelle le mempool, une sorte de salle d’attente pour les transactions en attente de validation.

 

Les mineurs vont piocher des transactions dans le mempool afin de générer un bloc de transactions, qui comprend en moyenne 2000 à 2500 transactions. C’est ce bloc de transactions qui est propagé sur le réseau entre tous les noeuds, ce qui est bien plus efficace que d’envoyer les transactions une par une. 

 

On pourrait s’arrêter là, mais dans ce cas, de faux mineurs pourraient envoyer des millions de blocs invalides aux noeuds du réseau, qui passeraient tout leur temps à en vérifier le contenu, sans pouvoir valider les blocs légitimes. C’est ce qu’on appelle une attaque par déni de service.

 

C’est notamment pour empêcher ce type d’attaque que la preuve de travail a été introduite. Elle force les mineurs à résoudre un problème mathématique, ce qui prend en moyenne une dizaine de minutes. Ce n’est que si un mineur apporte la preuve qu’il a effectué ce travail (la preuve de travail, donc) que le contenu de son bloc sera examiné en détail par les noeuds et potentiellement intégré à la blockchain.

Techniquement, le travail effectué revient à générer un fichier contenant toutes les transactions à valider, plus quelques métadonnées, et générer un identifiant qu’on appelle un hash et qui identifie de façon unique le fichier en question, qu’on appelle également un bloc. Cependant, le hash obtenu doit avoir un format bien précis. Les mineurs doivent donc essayer des milliards de milliards de combinaisons pour obtenir un hash valide.

 

En simplifiant, cela revient à essayer de deviner la combinaison d’un cadenas, mais qui possèderait des milliers de chiffres. Le seul moyen de trouver la bonne combinaison est de les essayer toutes, une par une. Et il ne faut pas oublier que les mineurs sont en concurrence les uns avec les autres: le premier qui trouve un hash valide parvient à faire accepter son bloc par les noeuds, et perçoit simultanément  une récompense de 6,25 bitcoins en 2023.

 

C’est bien pour cela que les mineurs déploient des machines très nombreuses et puissantes pour faire ces calculs: car plus vous déployez de puissance de calcul, plus vous allez pouvoir essayer des combinaisons rapidement, et plus grande est la probabilité de trouver un hash valide.

 

Ce système a un dernier avantage intéressant: comme le hash identifie de façon unique le bloc des transactions généré, si un acteur malhonnête modifiait ne serait-ce qu’une transaction à l’intérieur d’un bloc, le hash ne correspondrait plus. Cet acteur serait alors obligé de recalculer un nouveau hash pour ce bloc, voire plusieurs si de nouveaux blocs étaient créés depuis. Rapidement, cela deviendrait impossible par la puissance de calcul qui serait nécessaire.

 

Le système de la preuve de travail permet donc de rendre la blockchain immuable, c’est-à-dire que n’importe quelle transaction ajoutée dans un bloc et acceptée par les noeuds est impossible à contrefaire ou à supprimer. C’est un avantage certain par rapport à d’autres méthodes de validation.

 

Le système de validation par preuve de travail a donc fait ses preuves pour garantir la sécurité du réseau Bitcoin. Il garantit à la fois une protection globale contre les attaques par déni de service, et l’immuabilité des données stockées sur la blockchain. Cependant, il présente un gros inconvénient. On l’a vu, les mineurs sont en concurrence les uns avec les autres pour être le premier à trouver un nouveau bloc, et pour cela déploient des machines de plus en plus puissantes, qui consomment des quantités d’électricité considérables.

D’un point de vue environnemental, c’est un des principaux reproches qui est fait à l’industrie des crypto-actifs, bien que depuis quelques années, de plus en plus d’énergie non-carbonée soit utilisée pour cette activité. Reste que le problème est suffisamment important pour que presque toutes les blockchains à l’heure actuelle aient choisi ou basculé vers un mode de validation différent, en particulier la preuve d’enjeu.

 

Le mécanisme de validation par la preuve de travail est un des éléments clés de la sécurisation du réseau Bitcoin. Il n’a jusqu’à présent jamais été pris en défaut et assure une bonne partie de la valeur du réseau lui-même. Même s’il présente l’inconvénient d’être particulièrement énergivore, il est à parier qu’il continuera à être utilisé à l’avenir par Bitcoin.

 

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