Le minage de Bitcoin est l’un des aspects les plus connus et pourtant les plus controversés de Bitcoin. Pour certains, c’est une innovation révolutionnaire en matière de sécurité des réseaux ; pour d’autres, ce n’est rien d’autre qu’un gaspillage d’énergie et de ressources. Mais comment le fait de « miner du Bitcoin » fonctionne-t-il vraiment ?

Comme Bitcoin est un réseau décentralisé, auquel tout le monde peut participer, il n’existe aucune autorité centrale pour contrôler la création de nouveaux blocs contenant de nouvelles transactions. Il n’y a donc personne pour contrôler l’émission de nouvelles pièces.

Résoudre des énigmes mathématiques complexes

Expliquer des concepts techniques complexes avec des mots plus simples demande souvent une analogie. La plus courante est déjà dans le nom lui-même : le minage, un processus coûteux et épuisant qui consiste à extraire des éléments rares, comme l’or, par exemple. Étant donné que les réserves d’or sur Terre sont limitées et s’épuisent, son extraction devient encore plus difficile et coûteuse à mesure que davantage de personnes s’y essaient. Mais comment cela peut-il aussi s’appliquer à Bitcoin, qui, à proprement parler, n’est rien de plus que des nombres invisibles sur quelques milliers d’ordinateurs ?

Presque chaque article de journal ou documentaire télévisé sur Bitcoin tente d’expliquer le minage de Bitcoin en comparant ce processus à des « énigmes mathématiques complexes » que de puissants ordinateurs résolvent. Cette image est non seulement un peu trompeuse d’un point de vue technique, mais elle paraît aussi assez mystérieuse et soulève probablement encore plus de questions qu’elle n’apporte de réponses. Qu’est-ce qui est exactement résolu, et pourquoi cela serait-il si difficile ?

Pour répondre à ces questions, laissons de côté les analogies courantes et les explications techniques que vous avez peut-être déjà entendues. Le minage de Bitcoin n’est pas aussi complexe qu’on pourrait le croire : il est en fait assez simple d’en comprendre le mécanisme de base.

Lancer les dés

Connaissez-vous la sensation d’être coincé en prison dans une partie de Monopoly et de devoir faire un double pour en sortir ? Eh bien, c’est essentiellement le même défi auquel font face les mineurs de Bitcoin. Ils doivent continuer à lancer les dés en espérant obtenir un résultat valide, ce qui est une question de probabilité, car les résultats sont en pratique aléatoires et imprévisibles. Regardons cela d’un peu plus près en gardant ce principe de base en tête.

Le minage de Bitcoin est évidemment un peu différent du fait de faire un double au Monopoly. Le véritable objectif est de sortir un nombre inférieur à une valeur cible. Avec un dé classique numéroté de un à six, vous pourriez fixer cette valeur à trois, ce qui signifie que la première personne à obtenir un un ou un deux gagne une manche. Ce qui est intéressant avec cette valeur cible, c’est que nous pouvons modifier la difficulté du jeu en l’ajustant. Par exemple, si la cible passait à six, il serait bien plus facile de gagner, car obtenir un, deux, trois, quatre ou cinq suffirait alors.

Imaginez maintenant jouer à ce jeu avec d’autres personnes, chacun lançant son dé aussi vite que possible pour être le premier à obtenir un résultat valide. Dans notre exemple précédent, les manches seraient plutôt courtes, puisqu’il n’existe au départ que six résultats possibles. Mais bien sûr, nous pouvons changer cela en ajoutant plus de dés ! Si nous utilisions quatre dés, par exemple, tout en gardant la cible à six, il serait plus difficile d’obtenir un quatre ou un cinq, car les nombres monteraient alors jusqu’à 30.

Si vous avez compris ce jeu de dés — certes assez étrange —, vous êtes prêt à bien comprendre le fonctionnement du minage de Bitcoin, car nous allons maintenant appliquer cette analogie à la réalité technique du réseau Bitcoin.

La réalité technique

Sans surprise, si vous avez déjà observé un mineur ASIC (le matériel spécialisé utilisé pour les opérations de minage), vous aurez remarqué qu’il n’y a pas de vrais dés en jeu. Ce que nous utilisons dans le réseau Bitcoin, ce sont des fonctions de hachage.

Fonctions de hachage

Les fonctions de hachage cryptographiques peuvent prendre n’importe quelle donnée qu’on leur soumet (par exemple un bloc Bitcoin) et la compresser en une donnée de longueur fixe à l’apparence aléatoire. Tout comme avant de lancer les dés, vous ne pouvez pas prédire le résultat d’une fonction de hachage avant de l’avoir réellement calculé. C’est comme une empreinte numérique des données en entrée.

Si un ami vous dit au téléphone qu’il a fait un un, vérifier cette affirmation est très difficile. Même si vous êtes avec lui, le résultat peut être manipulé si le dé est pipé. En revanche, vérifier les résultats de fonctions de hachage est facile, car la même entrée produira toujours la même valeur de hachage, ce qui rend les résultats vérifiables. Puisque tout le monde peut calculer des valeurs de hachage sur son propre ordinateur, toute affirmation à leur sujet peut être vérifiée indépendamment en recalculant le résultat avec la même valeur d’entrée. Vous pouvez l’essayer vous-même ici et vérifier si la valeur de hachage ci-dessous pour « BitBox » est correcte !

En substance, la fonction de hachage SHA-256 utilisée dans le minage de Bitcoin ressemble à une représentation technique d’un dé — avec quelques avantages et propriétés supplémentaires. Elle possède un nombre de faces incroyablement élevé (et pas seulement six), les résultats ne peuvent pas être prédits (comme avec des dés de qualité casino) et, contrairement à des dés classiques, nous pouvons vérifier les résultats après coup. En même temps, il n’est pas possible d’« inverser » une fonction de hachage. Si vous ne connaissez pas l’entrée d’origine, vous ne pouvez pas la calculer simplement en regardant la valeur de hachage. En termes simples, cela signifie que vous ne pouvez pas tricher en « tournant les dés » manuellement pour obtenir le résultat que vous voulez.

Hacher, hacher, hacher…

… c’est tout ce que font les mineurs : ils continuent simplement à lancer leurs dés aussi souvent que possible et au meilleur coût possible, le matériel moderne dépassant les milliers de milliards de tentatives par seconde. En travaillant en parallèle, des fermes de minage entières peuvent atteindre des taux encore plus élevés, avec des coûts d’exploitation encore plus importants, bien sûr. Plus ce taux de hachage augmente, plus la probabilité de finir par gagner une manche augmente. Pour garder l’analogie, si vous lancez les dés deux fois plus vite que votre adversaire, vos chances d’obtenir un nombre suffisamment petit — avant lui — augmentent.

Les valeurs cibles du réseau Bitcoin sont bien plus difficiles à battre que dans notre exemple précédent. Comme les valeurs de hachage sont incroyablement grandes, il y a beaucoup de marge pour ajuster la difficulté du jeu et le garder exigeant encore très longtemps. Le réseau ajuste la difficulté une fois toutes les deux semaines afin de maintenir le temps moyen entre les nouveaux blocs Bitcoin autour de dix minutes, ce qui permet au réseau de se synchroniser et de croître de manière contrôlée — tout en émettant régulièrement de nouvelles pièces.

« Pour compenser l’augmentation de la vitesse du matériel et l’intérêt variable pour l’exécution de nœuds au fil du temps, la [...] difficulté est déterminée par une moyenne mobile visant un nombre moyen de blocs par heure. S’ils sont générés trop vite, la difficulté augmente. » – Satoshi Nakamoto dans le livre blanc Bitcoin

Construire les blocs

Bien sûr, les mineurs ne lancent pas les dés au hasard. Les données d’entrée de la fonction de hachage sont soigneusement préparées et représentent le bloc Bitcoin sur le point d’être miné ; elles incluent de nouvelles transactions, une référence au bloc précédent, et plus encore ! Au passage, c’est aussi de là que vient le terme « blockchain » : la valeur de hachage d’un bloc représente toutes ses transactions ainsi que son prédécesseur, ce qui les enchaîne effectivement les uns aux autres.

Le mineur modifie ensuite continuellement de petits éléments de l’entrée pour « relancer les dés », c’est-à-dire pour créer une nouvelle valeur de hachage. S’il a énormément de chance, cette valeur de hachage est inférieure à la cible actuelle du réseau, et le mineur vient alors de créer un nouveau bloc Bitcoin — recevant en récompense de nouvelles pièces ainsi que les frais des transactions incluses.

Tous les autres participants du réseau peuvent vérifier le nouveau bloc en calculant sa valeur de hachage, afin de voir si elle est bien suffisamment petite, et vérifier aussi si les transactions incluses sont valides. Si c’est le cas, le jeu recommence depuis le début, les mineurs construisent le bloc suivant et calculent autant de valeurs de hachage que possible — vous voyez l’idée maintenant !

Preuve de travail

L’ensemble du processus que nous venons de décrire demande beaucoup de travail. Les mineurs doivent louer des locaux, acheter du matériel coûteux et payer des factures d’électricité, simplement pour continuer à hacher à un niveau rentable, tout en étant en concurrence avec d’autres mineurs qui cherchent à être encore plus efficaces. C’est pourquoi on appelle souvent une valeur de hachage de bloc valide une preuve de travail, car trouver la bonne valeur d’entrée a demandé exactement cela : du temps et de l’énergie — ou une quantité de chance insensée. Le minage par preuve de travail est ce que nous avons de mieux pour faire en sorte que personne ne triche avec le système et, par conséquent, pour sécuriser le réseau Bitcoin. Sans lui, Bitcoin ne serait guère plus qu’une base de données ennuyeuse et inefficace.

Conclusion

En combinant le minage par preuve de travail, les signatures numériques et une architecture de réseau décentralisée, Satoshi Nakamoto a résolu un problème fondamental de l’informatique : créer une monnaie numérique sans autorité centrale. Le mécanisme simple mais élégant derrière le minage de Bitcoin stabilise le réseau grâce à des intervalles réguliers entre les blocs, laisse aux nouveaux blocs le temps de se propager dans le réseau et encourage la participation grâce à un système de récompense équitable. Alors qu’un portefeuille matériel BitBox sécurise vos fonds, le minage par preuve de travail sécurise les fonds de tout le monde, ce qui en fait sans doute l’innovation la plus importante du réseau Bitcoin.

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