Chapitre 3 : Les aspects techniques de Bitcoin

Dans ce troisième chapitre, nous allons explorer Bitcoin sous un angle technique. Nous allons regarder le chemin d’une transaction, qui sont les acteurs et essayer de comprendre le rôle des nœuds et des mineurs.

Section n°1 – Explication d’une transaction

Bitcoin agit comme un réseau en pair-à-pair sans intermédiaire de confiance.
Tous les acteurs ne peuvent qu’être honnêtes pour continuer à utiliser le réseau.
Regardons ensemble en détail le chemin d’une transaction.

1. Création de la transaction

Le portefeuille de Bob crée la transaction :
– Envoi de 1 BTC pour l’adresse publique d’Alice
– 1 Sat/bit pour les frais de transaction

2. Signature via le portefeuille

Bob utilise sa clé privée pour signer la transaction.
Ceci autorise les bitcoins à être déplacés.

3. Propagation 

La transaction se diffuse dans le réseau Bitcoin à travers les nœuds.
Ce déversement de l’information permet à tous les acteurs d’avoir la transaction dans leur serveur et ainsi garder une base de données à jour des transactions non confirmées par les mineurs.

Si le portefeuille de Bob a diffusé une transaction frauduleuse, les nœuds ne la partageront pas à leur pair. Les transactions non confirmées sont stockées dans la MemPool de chaque nœud.

4. Création d’un bloc

Une fois les transactions propagées dans les MemPools, ce sont aux mineurs de les inclure dans un nouveau bloc de Bitcoin.

Les mineurs vont créer un bloc candidat et y inscrire un maximum de transactions, tout en commençant à travailler sur la preuve de travail.

Les mineurs valident les transactions et sécurisent le réseau grâce à leur puissance de calcul.

5. Preuve de travail

Afin de rendre le bloc valide, les mineurs doivent résoudre la preuve de travail.

Elle consiste à résoudre un problème mathématique difficile à trouver mais facile à vérifier à l’aide d’une puissante machine dédiée à ce genre de tâche (ASICS).

Le premier mineur à trouver la preuve de travail gagne la compétition en diffusant le bloc et le résultat.

6. Ajout d’un bloc

Le mineur ayant gagné la preuve de travail inscrit le nouveau bloc dans la chaîne et touche une récompense monétaire.

– Des nouveaux bitcoins
– Les frais de transaction des utilisateurs

Seul le mineur gagnant touche des bitcoins. Afin de pallier cette irrégularité de revenu, les petits mineurs peuvent s’allier dans des pools de minage.

7. Propagation du Block

Ça y est !

Mon nœud vient de recevoir le dernier bloc, qui contient la transaction de Bob validée.
J’ai donc bien reçu l’argent dans mon portefeuille !

Dans Bitcoin, la triche n’est pas tolérée :

– On ne peut pas signer une transaction sans la clé privée
– On ne peut pas propager une transaction non valide
– On ne peut pas propager un bloc frauduleux

Les tricheurs sont expulsés du réseau.

Section n°2 – Les nœuds Bitcoin

Les nœuds Bitcoin sont au centre du protocole. Ils servent à communiquer dans le réseau et ainsi garantir la décentralisation du protocole.

Combien ça coûte ?

Un nœud demande peu de puissance de calcul, mais devra stocker 500 GB de données (notre blockchain Bitcoin) et disposer d’une connexion Internet.

Afin de faire tourner votre nœud 24h/7j, une solution Raspberry Pi est idéale. Le coût total serait de 200€ et la consommation de 30 GB/mois.

 Sinon, vous pouvez télécharger Bitcoin Core sur votre ordinateur !

Un nœud ne rapporte pas d’argent.

À quoi sert un nœud ?

Un nœud est un logiciel qui se connecte au réseau Bitcoin. C’est votre serveur privé qui se connecte à Bitcoin et communique avec les autres utilisateurs.

Il garde une copie de la base de données, des règles utilisées, vérifie les transactions et propage les blocs.

L’ensemble des nœuds forment le réseau Bitcoin et garantissent un aspect crucial de sa décentralisation.

Ce sont les nœuds qui rendent Bitcoin robuste, incensurable et impossible à bannir ou à arrêter.

Conserver une copie du registre des transactions (la blockchain)

Participer à la décentralisation et l’anti-fragilité du réseau

Communiquer et partager les informations avec le réseau

Prendre part au consensus et ne plus faire confiance

Qui doit faire tourner un nœud ?

Tout le monde a une bonne raison de faire tourner un nœud ! Le prix et les efforts sont minimes pour le bénéfice obtenu.
Il faut simplement se lancer dans l’aventure et rejoindre des milliers d’autres bitcoiners. Ensemble nous formons le réseau Bitcoin.

Section n°3 – Les mineurs

Les mineurs servent à sécuriser le réseau et rajouter les transactions dans les blocs. Ils utilisent de l’électricité via des machines ASICS pour résoudre la preuve de travail Bitcoin.

Généraux byzantins et double dépense

Étant de pair à pair, Bitcoin a besoin d’une solution sûre et sans intermédiaire de confiance pour valider les transactions des utilisateurs. Le problème principal ici est d’éviter la double dépense ; à savoir qu’un bitcoin soit utilisé deux fois.

Ce vieux problème informatique s’appelle le problème des généraux byzantins ; il n’avait jamais été résolu avant Bitcoin et on peut tous remercier Satoshi Nakamoto de nous avoir donné la solution grâce à la preuve de travail (PoW).

Le problème est d’être sûr qu’une information soit honnête et connue de tous au même moment. Pour ce faire, Bitcoin utilise un système de serveur timestamp “blockchain” qui rend immuables les informations une fois inscrites dans les blocs.

En utilisant de l’électricité pour sécuriser le réseau, les mineurs prouvent avoir utilisé une ressource réelle et coûteuse lors de la création du bloc. Ils n’ont donc pas intérêt à mentir ou tricher car il est plus rentable d’être honnête. Également, un attaquant souhaitant modifier la blockchain Bitcoin devra gaspiller des ressources considérables, rendant l’opération non rentable.

Explication de la Preuve de Travail

La Preuve de Travail, alias “Proof of Work” (POW), est le consensus de sécurité du protocole Bitcoin. C’est la règle qui permet de faire tourner Bitcoin et de garantir sa robustesse. Le POW est à la base de tout et joue un rôle crucial dans la théorie des jeux de Bitcoin.

Pensez-le comme une loterie géante où tout le monde peu participer. Le but est de trouver un numéro spécifique qui permettra de signer un bloc valide, le gagnant touche une récompense en bitcoin. Ce nombre est très simple à vérifier, mais compliqué à trouver. En effet, la vérification facile se fait au travers de la fonction de hachage SHA-256 qui est inclue dans l’algorithme de minage. Afin de trouver ce chiffre les participants (mineurs) vont tenter des milliards de milliards de possibilités 1, 52, 2648, 26874615, 15344854131318631, etc.

Si le nombre choisi est le bon : Jackpot ! Sinon, on continue de chercher. Pour optimiser le nombre d’essais, ils vont utiliser des machines spécifiques ASICS qui ont pour seul rôle de calculer des milliards de possibilités par seconde. La quantité totale d’essais se nomme le HashRate et permet de quantifier la sécurité du protocole Bitcoin. Pour faire tourner ces machines, c’est donc de larges quantités d’électricité qui doivent être consommées. Le POW transforme donc l’énergie en monnaie, il relie le monde réel et le monde numérique afin de créer la première monnaie énergétique.

Les machines tournent et au bout de 10 minutes en moyenne, un gagnant va émerger. Il aura trouvé le hash correct sous la barre de difficulté. Le grand et unique gagnant va donc signer le nouveau bloc du serveur timestamp et ainsi continuer la chaîne de blocs. Le gagnant touche ses récompenses et retourne tenter sa chance pour le prochain bloc. Le processus se répète depuis 12 ans et toutes les 10 minutes, un gagnant confirme les transactions Bitcoin tout en continuant de sécuriser les transactions du passé. Rendant notre blockchain Bitcoin plus robuste et plus sécurisée.

Ajustement de la difficulté de minage

Que peut-on trouver dans un bloc ?

Le bloc header comporte plusieurs éléments comme l’heure, la cible de difficulté, le numéro du dernier bloc, la version utilisée, et le Merkel Root des précédentes transactions.

La transaction coinbase est toujours la première ; elle comprend la récompense reçue pour avoir réalisé le travail de validateur. S’en suivent les transactions validées. Le mineur va choisir les transactions qui rapportent le plus et essayer de créer un bloc qui maximise son revenu, à savoir des transactions de petite taille avec un maximum de frais.

Pour valider le bloc, il va falloir inclure le résultat de la preuve de travail, à savoir le hash valide sous la barre de difficulté.

Section n°4 – Minage et écologie

L’industrie du minage est, de par la nature du protocole, extrêmement compétitive. Les mineurs ne peuvent compter que sur 2 variables afin d’augmenter leur rentabilité : le prix d’acquisition des machines de minage (les ASICS) et le prix de l’électricité qu’ils utilisent pour les faire fonctionner.

Les revenus

Les frais de transaction sont payés par les utilisateurs du réseau lors de l’envoi de bitcoin. C’est le marché libre de l’offre et la demande qui décide du prix. Ce dernier est mesuré par rapport au poids de la transaction.

En fonction de l’utilisation du réseau et de votre urgence, vous allez décider de payer plus ou moins de frais.

Chaque nouveau bloc se voit attribuer de nouveaux bitcoins fraîchement injectés sur le réseau. C’est ici que l’inflation de Bitcoin s’opère avec toutes les 10 minutes les nouveaux bitcoins.

50 BTC/bloc en 2009, la récompense est divisée par 2 tous les 210 000 blocs. Ce phénomène s’appelle le Halving. Un mineur ne peut pas débloquer son argent avant au moins 100 blocs pour des raisons de sécurité.

Les coûts

Les machines ASICS (Application-Specific Integrated Circuit) sont coûteuses et conçues pour une seule tâche : miner l’algorithme Sha-256 de Bitcoin. Ces machines sont très énergivores, bruyantes et chauffent énormément. Elles doivent être déployées là où l’électricité n’est pas chère et les conditions adéquates.

Le coût le plus important pour les mineurs est la consommation d’électricité. Cela a donc un grand impact sur leur rentabilité, les mineurs cherchent des sources d’énergie au prix proche de 0.

– De l’énergie renouvelable une fois l’investissement initial rentabilisé (solaire, éolien, etc.).
– De l’énergie perdue, car inexploitable par les populations alentours (surplus hydro).
– De l’énergie en abondance en prévision de futurs besoins (centrale éléctrique en Afrique)

La nécessité d’avoir du matériel rare, complexe et coûteux pour défendre le réseau fait partie de la théorie des jeux de Bitcoin. Un acteur qui réussit à obtenir la puissance de calcul nécessaire pour attaquer le réseau (51 %) serait simplement plus rentable à miner du bitcoin au lieu de rendre son investissement obsolète en attaquant le réseau bitcoin.

À l’inverse du PoS, les nouveaux mineurs ont un avantage comparatif face aux anciens via l’acquisition de nouvelles machines ASICS. Il n’est donc pas forcément avantageux d’être arrivé sur le marché en premier. En mesurant la performance des mineurs (par le HashRate ou KW/H), on se rend compte qu’il n’est plus rentable de miner depuis son ordinateur.

La théorie des jeux des mineurs les pousse à se déplacer dans des juridictions favorables au business du minage. Les mineurs sont donc très mobiles et vont chercher l’électricité là où elle est disponible.

Le débat écologique !

Le problème du débat écologique vient du manque de connaissances et d’objectivité des deux parties. Les no-coiners cherchent à défendre leur système coûte que coûte et ne comprennent pas comment fonctionne Bitcoin. De l’autre coté, les bitcoiners ont un enjeu financier à voir Bitcoin réussir et utilisent cette technologie quotidiennement.

Vous l’avez compris le sujet est immense et il y a de nombreuses questions à prendre en compte ! Attention à ne pas se perdre.

L’impact des ASICS

  • Quels matériaux sont utilisés dans les ASICS ?
  • Les ASICS étant spécifiques au SHA 256 de BTC, quelle est leur durée de vie ?
  • Peut-on les recycler ou les exploiter ailleurs ?
  • Doit-on tolérer l’utilisation de métaux rares pour leur création ?
  • Si les machines ASICS chauffent beaucoup : ne peut-on pas exploiter ces pertes d’énergie pour le chauffage ? L’agriculture ? La climatisation ?

L’impact des alternatives traditionelles

  • L’empreinte énergétique de Bitcoin est connue de tous, qu’en est-il de l’industrie de l’or ? Minage, transport, exploitation.
  • Quelle est la quantité d’énergie requise pour maintenir le système traditionnel ? Serveurs, bureaux, êtres humains, sécurité ?
  • Quelle quantité d’énergie est considérée juste pour sécuriser et permettre un système financier mondial sain et ouvert ?
  • Peut-on arrêter, taxer ou limiter le minage non écologique au même titre que les exploitants d’or ?
  • Y a-t-il du minage de bitcoin non éthique au même titre que les mines d’or exploitant des enfants ?

L’impact de l’impression monétaire

  • Le crédit facile et l’impression monétaire infinie poussent-ils à la surconsommation ?
  • Le surinvestissement mène-t-il à une surexploitation des ressources naturelles ?
  • Est-il éthique de s’endetter sur le futur au détriment des ressources présentes ?
  • Limiter le crédit peut-il limiter notre empreinte carbone ?
  • Peut-on réaliser la transition écologique avec une planète aux ressources limitées, mais de l’argent en illimité ?

Une technologie encore mal comprise

 

  • Peut-on vraiment considérer un coût énergie/transaction si les mineurs continuent la chaine la plus longue et rajoutent de la sécurité à chaque nouveau bloc ?
  • Comment peut-on prendre en compte les transactions du lightning network dans le débat écologique ?
  • Segwit, Taproot et d’autres solutions vont constamment améliorer Bitcoin, les projections actuelles peuvent-elles tenir ?
  • Peu de mineurs sont prêts à communiquer leurs chiffres pour garder leur avantage compétitif, peut-on donc réellement être objectif sans donnée fiable ?

Je pense personnellement que Bitcoin est un net positif pour l’environnement au long terme.

La logique derrière Bitcoin pousse à une exploitation économiquement rentable de l’énergie renouvelable ou perdue. Bitcoin peut permettre un boom écologique grâce au marché libre et non aux subventions, poussant ainsi la R&D dans ce milieu et permettant l’innovation : une nouvelle révolution verte.

De plus je ne vois pas comment une société basée sur le crédit, la dette, la consommation et le surinvestissement peut être éthiquement responsable des ressources limitées de notre planète. Nous devons revoir le modèle économique et penser long terme. Planifier sur 15-30 ans au lieu de 5 ans, il faut arrêter d’espérer des solutions des mêmes personnes qui nous ont mis dans cette situation en premier lieu.

Bitcoin continuera d’être attaqué pour son empreinte écologique car les gens au pouvoir ont trop à perdre si Bitcoin venait à être adopté. Il faut changer la monnaie pour changer le monde. Nous ne pouvons pas réussir une transition écologique sur la base du Keynésianisme et des monnaies fiduciaires. Une monnaie saine basée sur l’énergie est, à mes yeux, nécessaire pour une civilisation avancée.

Ce débat est évidemment très complexe, je t’invite donc à te renseigner sur mon site, ma chaîne ou en parler avec moi autour d’un verre.

Rogzy

Créateur de Découvre Bitcoin

Un peu de lecture

Pour commencer à coder sur Bitcoin, voici 3 livres de qualité. Certains sont même open source et traduits en français.

Tu peux les retrouver directement dans la librairie. (en plus, tu soutiens ce projet donc merci !)

Le débat écologique

L’écologie est un débat très complexe qui demande de s’y pencher. Je vous invite à écouter mon podcast « Explorons Bitcoin » et regarder la page écologique du site.

Avoir une bonne compréhension de Bitcoin via les formations 1 et 2 aide également.

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Tu peux construire ton propre nœud Bitcoin et Lightning Network. Viens jeter un œil à notre tutoriel !

Formation Lightning Network

Découvrez le Lightning Network, la couche 2 de Bitcoin. Une technologie innovante et très complexe, mais pleine de promesses. Cette formation sera plus technologique, nous regarderons comment fonctionnent le Lightning Nework, les canaux de paiement ainsi que son utilisation théorique.

Rogzy

Rogzy

Bitcoiner

Salut, je suis Rogzy le créateur de ce projet. Bitcoiner français qui a décidé d’offrir 2 ans de sa vie pour faire évoluer les mentalités françaises sur Bitcoin.

Découvrir Bitcoin est un chemin long et passionnant, j’espère pouvoir vous accompagner le plus loin possible.