Comment fonctionne l’exploitation de crypto-monnaie ?

Tandis que les crypto-monnaies et les Bitcoins dans des approches spécifiques sont largement adoptés et reconnus, son modèle de sécurité fondamental, qualifié d’exploitation minière, est de plus en plus mis en avant et examiné de plus en plus chaque jour. Souvent, la preuve de travail est décrite comme un ‘puzzle cryptographique’, mais en quoi consiste réellement ce puzzle? Cet article explore tous les composants et éléments mobiles de la preuve de travail et leur synchronisation parfaite entre eux pour permettre à Bitcoin de devenir la plate-forme décentralisée qu’elle est aujourd’hui. Toutefois, si vous ne souhaitez posséder que Bitcoin, vous devriez probablement l’acheter auprès d’un échange tel que Bitvavo au lieu de l’exploiter.

Fonctions de l’exploitation

Les crypto-monnaies sont essentiellement des monnaies virtuelles peer to peer qui ne nécessitent aucun intermédiaire de confiance pour assurer l’authenticité des transactions. C’est un concept fascinant que nous avons abordé plus tôt dans Blockchain Basics – Cryptoconnaie. Les crypto-monnaies sont considérées comme aussi sûres, sinon plus, que les meilleurs systèmes financiers du monde. L’extraction de crypto-monnaie est l’un des mécanismes permettant ce type de sécurité.

Exemple:

Si un utilisateur, disons Alice, envoie une transaction crypto-monnaie à un autre utilisateur, disons Bob, celle-ci est immédiatement diffusée sur des centaines de milliers d’ordinateurs ou « nœuds » exécutant un logiciel spécialisé pour la crypto-monnaie en question. Certains de ces nœuds enregistrent la transaction conformément à des règles prédéfinies.

Les règles de consensus sont les règles qui doivent être appliquées pour que la transaction d’Alice soit validée et enregistrée de manière permanente dans un enregistrement que toutes les crypto-devises doivent conserver. Cet enregistrement de toutes les transactions (à ce jour) s’appelle la blockchain.

Différentes crypto-devises peuvent avoir différentes règles de consensus. Les règles de consensus garantissent essentiellement que la transaction envoyée par Alice à Bob est valide. En termes simples, ils vérifient si:

  • a. Alice a suffisamment de fonds pour envoyer à Bob; et
  • b. Alice n’a jamais envoyé les fonds à un autre utilisateur, c’est-à-dire qu’elle n’essaie pas de « doubler » ses fonds disponibles. 

Qu’est-ce que l’exploitation de crypto-monnaie?

Tous les nœuds qui reçoivent la transaction d’Alice sont responsables de l’application des règles de consensus. Cela signifie qu’ils vont simplement rejeter toute transaction qui ne les satisfait pas. Toutes les transactions qui suivent les règles de consensus seront transmises aux autres nœuds du réseau. La transaction se propage rapidement sur l’ensemble du réseau.

Certains des nœuds ont une responsabilité supplémentaire. Ils valident les transactions et les regroupent dans des paquets numériques appelés « blocs ». Chaque bloc contiendra potentiellement des milliers de transactions valides initiées par des milliers d’utilisateurs du monde entier. Ils écrivent ensuite ce bloc dans le grand livre de transactions distribué (la chaîne de chaînes publique) géré pour la crypto-monnaie en question. C’est pourquoi ce registre s’appelle blockchain – c’est simplement une chaîne de blocs de données de transaction. De plus, les nœuds qui écrivent des transactions dans la blockchain sont appelés mineurs de crypto-monnaie. Les mineurs de crypto-monnaie touchent de petits « frais de transaction » pour chaque transaction écrite dans la blockchain. 

Récompense de bloc

Toutefois, il n’est pas aussi simple d’écrire un bloc dans la blockchain – même s’il s’agit d’un bloc valide avec des transactions valides. En effet, lorsqu’un bloc est ajouté à la blockchain, le mineur qui l’a ajouté reçoit une ‘récompense en bloc’ en plus des frais de transaction susmentionnés. Pour le Bitcoin, cette prime globale est actuellement de 12,5 BTC (valeur approximative de 84 300 USD au 24 août 2018). Cette récompense de bloc est payée à partir de la crypto-monnaie générée NEWLY. Ainsi, l’action de valider les transactions selon les règles du consensus et de les écrire dans la blockchain génère ou « mine » une nouvelle crypto-monnaie. 

Si tous les mineurs pouvaient ajouter de façon arbitraire des blocs à la blockchain, le taux de génération de Bitcoin serait tellement élevé qu’il aurait effectivement une valeur nulle en raison d’une offre excédentaire. C’est la raison pour laquelle l’ajout de blocs et la génération de nouveaux bitcoins via des récompenses en blocs doivent être réglementés.

Temps du bloc

Chaque crypto-monnaie a un concept de temps de bloc. C’est un mécanisme qui garantit qu’un nouveau bloc ne peut être ajouté UNIQUEMENT à la blockchain que toutes les ‘x’ minutes en moyenne. Dans le cas de Bitcoin, un nouveau bloc peut être ajouté à la chaîne de blocs environ toutes les 10 minutes. Il s’agit d’une valeur moyenne et non d’une limite de temps fixe. Cela signifie simplement que, pour une période suffisamment longue, un bloc sera généré en moyenne toutes les 10 minutes. Cela ne signifie pas qu’il y a une fenêtre fixe de 10 minutes entre deux blocs.

Difficulté du bloc

Pour récapituler, les mineurs ne peuvent pas ajouter arbitrairement des blocs à la blockchain, car cela impliquerait un nombre illimité de blocs, un nombre illimité de récompenses pour les blocs et, par conséquent, une absence de rareté de la crypto-monnaie en question. Si l’offre est illimitée, personne ne paiera pour la crypto-monnaie et n’aura donc aucune valeur. Pour éviter cela, il existe un concept de temps de bloc qui garantit qu’un seul bloc en moyenne peut être généré toutes les « x » minutes. 

Pour appliquer le temps de blocage, l’extraction doit être associée à certaines difficultés. C’est ce qu’on appelle la difficulté en bloc. En termes simples, l’exploitation minière est si difficile qu’il faut un certain temps pour générer un bloc et réclamer sa récompense de bloc associée. Plus la puissance informatique derrière l’exploitation augmente (à mesure que de plus en plus de mineurs dans le monde commencent à exploiter), plus cette difficulté de bloc augmente – de sorte que pas plus d’un bloc n’est exploité dans une période donnée (le temps de blocage). 

Matériel d’exploitation de cryptomonnaie

Dans les premières années de Bitcoin, il était possible de commencer à exploiter des ordinateurs simples et efficaces. Mais l’envie de rendre l’exploitation minière de plus en plus rentable, l’afflux progressif de mineurs et, finalement, l’augmentation de la complexité de l’exploitation minière de Bitcoin (un paramètre intégré dans le protocole BTC) – ont amené les mineurs à se rendre compte qu’il devait y avoir un meilleur moyen faire des choses. 

L’exploitation de CPU

Dans les premiers temps (de 2010 à 2014 environ), les ordinateurs portables normaux ou les ordinateurs de bureau dotés de CPU (unités de traitement centrales) génériques pouvaient être utilisés efficacement pour l’exploitation minière. Il y avait peu de mineurs dans le monde à ce moment-là et la difficulté de l’exploitation était donc assez faible. 

L'exploitation de CPU

L’exploitation de GPU

Cependant, avec la montée en valeur des crypto-monnaies, de plus en plus de personnes ont commencé à s’impliquer dans les mines. Cela a entraîné une augmentation drastique des difficultés d’exploitation minière, à un point tel que les ordinateurs normaux n’étaient plus en mesure de trouver des blocs en temps voulu en raison de l’énorme quantité de calculs nécessaires. Afin de gérer ces calculs complexes, des cartes graphiques ou des unités de traitement graphique (GPU), précédemment utilisées exclusivement pour les jeux et certaines applications scientifiques, ont commencé à être utilisées à la place des processeurs standard. Un ordinateur équipé de cartes graphiques, à des fins d’exploitation minière, est appelé « appareil d’exploitation minière crypto-monnaie ».  

L’exploitation de GPU

Circuits intégrés spécifiques à l’application (ASIC’s)

Alors que la rentabilité de l’exploitation minière augmentait encore, certaines entreprises ont commencé à fabriquer des machines informatiques sur mesure, exclusivement conçues pour l’exploitation minière. Ces machines sont appelées ASIC – Circuit intégré à application spécifique. Les ASIC sont beaucoup plus efficaces dans l’extraction que les GPU et ne peuvent être utilisés à d’autres fins. L’introduction de l’exploitation des GPU par ASIC n’est pas rentable pour de nombreuses monnaies cryptographiques telles que Bitcoin, Bitcoin Cash, Bitcoin SV, Ethereum, Ethereum Classic et Litecoin.

ASIC Mining

Cependant, au fur et à mesure que le professionnalisme des mineurs augmente, il devient de moins en moins rentable de commencer à exploiter pour vous-même.

Mines et consommation d’énergie

Depuis sa création, les crypto-monnaies ont été critiquées pour avoir consommé de l’électricité pour leurs processus miniers. Bitcoin utiliserait encore plus d’énergie que la Suisse selon de nouvelles estimations. Cependant, la plupart de ces critiques ne partagent malheureusement pas leur raisonnement, leurs sources et leurs calculs, ce qui rend difficile la vérification de leurs affirmations.

Mines et consommation d'énergie

Bien sûr, les cryptomonnaies consomment beaucoup d’électricité. Cependant, dans la pratique, les crypto-monnaies consomment actuellement principalement de l’électricité très bon marché. Les mineurs cherchent à trouver l’électricité la moins chère, et toute personne consommant beaucoup plus d’électricité que la moyenne est forcée de mettre fin à ses activités non rentables. De ce fait, les crypto-monnaies consomment principalement de l’électricité dans des endroits où elle est abondante, ne peuvent être ni stockées ni transportées. Comme le pétrole, le gaz et le charbon sont souvent faciles à transporter, vous trouverez très rarement des activités d’exploitation minière utilisant des crypto-devises qui consomment ces ressources, car il serait plus rentable d’envoyer l’énergie à un endroit où elle pourrait être vendue plus cher. 

Comme Bitcoin continuera à rechercher ces formes d’électricité bon marché et autrement inutilisées, on peut affirmer que les Bitcoins permettent réellement d’économiser de l’énergie. Le système financier mondial a besoin de nombreuses ressources autres que l’électricité pour faire fonctionner des serveurs. Les banques se logent dans de grands immeubles climatisés, les entreprises de jets privés volent de l’or et de l’argent à travers le monde pour des clients discrets, tandis que l’impression de l’argent liquide nécessite une culture de coton. Par conséquent, la crypto-monnaie peut effectivement avoir un effet positif sur la Terre.

Dernières pensées

Donc, pour résumer, quand Alice envoie un bitcoin (ou une crypto-monnaie) à Bob, la chaîne d’événements suivante se produit:

  • L’ordinateur ou le noeud d’Alice crée une transaction pour ce transfert et l’envoie à des centaines de noeuds du réseau bitcoin.
  • Les nœuds peuvent être de deux types. Noeuds miniers et noeuds non miniers. Tous les nœuds vérifieront la validité de la transaction conformément aux règles de consensus. Si invalide, la transaction sera immédiatement rejetée. Si elle est valide, elle sera transmise à d’autres nœuds du réseau, entraînant une propagation rapide à mesure que ce processus se répète.
  • Les nœuds d’exploitation minière, gérés par Cryptocurrency Miners, prennent la transaction en charge et essaient de les écrire dans la chaîne de blocs le plus rapidement possible. Ils ne peuvent le faire que si le temps de blocage le permet. Pour appliquer le temps de blocage, ils doivent effectuer des calculs difficiles à résoudre. La difficulté est déterminée par la difficulté en bloc.
  • Le nœud d’exploration de données capable d’écrire la transaction dans le bloc suivant de la blockchain conserve les frais de transaction pour chaque transaction et la récompense de bloc pour la résolution du bloc.
  • Une fois écrite dans la blockchain, la transaction est irréversible. Le prochain bloc à écrire dans la blockchain dépend des données du bloc actuel. Par conséquent, à mesure que de plus en plus de blocs sont ajoutés, la transaction devient de plus en plus sécurisée. 

Ce guide explique l’extraction de la preuve de travail, qui est le mécanisme d’extraction le plus ancien et le plus fondamental. Il existe d’autres mécanismes d’exploitation plus récents tels que la preuve de participation, la preuve d’autorité et la preuve de capacité, mais nous traiterons de ceux-ci dans des articles distincts. Le concept de base derrière tous reste le même – ce sont tous des mécanismes consensuels pour enregistrer des transactions sur la blockchain. Ils ne diffèrent que par la façon dont ils sont exécutés.

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