Bitcoin : qu’est-ce que le Proof of Work ?

La caractéristique la plus remarquable de Bitcoin est sa décentralisation. Il fonctionne en toute sécurité sans l’intervention d’une autorité centrale. Un réseau distribué d’utilisateurs stocke et met à jour le grand livre numérique qui enregistre les transactions – appelé la blockchain – sur leur propre matériel informatique.

Cela soulève toutefois une question importante : Sans autorité centrale pour jouer le rôle d’arbitre final, comment Bitcoin peut-il garantir que personne ne manipule la blockchain à ses propres fins ? La réponse est la preuve de travail ou « proof of work ».

La preuve de travail est un mécanisme de consensus utilisé pour confirmer que les participants au réseau, appelés mineurs, calculent des codes alphanumériques valides – appelés hachages – pour vérifier les transactions Bitcoin et ajouter le bloc suivant à la blockchain. Pour ce faire, les autres participants du réseau vérifient que la puissance de calcul requise a été utilisée par le mineur à qui l’on attribue le calcul du hachage valide.

A quoi sert le Proof of Work ?

La preuve de travail consiste à créer une incitation positive pour que les gens investissent dans les ressources nécessaires afin de valider les transactions de crypto-monnaies sur la blockchain.

« Le défi d’une blockchain comme le bitcoin est de maintenir un enregistrement des transactions convenues sans avoir une autorité centrale », explique William J. Knottenbelt, professeur au département d’informatique de l’Imperial College de Londres. « La question clé est donc de savoir comment un groupe de pairs de même statut peut se mettre d’accord pour déterminer lequel d’entre eux doit être autorisé à ajouter à l’enregistrement commun des transactions. »

Le processus de calcul d’un hash est intentionnellement rendu extrêmement difficile sur le plan informatique. En obligeant les participants à investir des sommes considérables dans des ressources informatiques, le mécanisme de preuve de travail dissuade de tenter de porter atteinte à l’intégrité de la blockchain. Il réduit également le risque qu’un seul bitcoin soit dépensé simultanément plus d’une fois – ce que l’on appelle la double dépense – ce qui détruirait la confiance dans la crypto-monnaie.

« La preuve de travail est la façon dont les mineurs (validateurs de transactions) prouvent au monde qu’ils ont fourni le travail nécessaire pour créer un bloc de transactions bien formé à ajouter à la blockchain », explique Knottenbelt. « Du point de vue des mineurs, ils transforment l’énergie qu’ils mettent dans la recherche de blocs valides (pour laquelle ils achètent généralement du matériel spécial à haute performance) en argent (sous la forme des récompenses qu’ils obtiennent et des frais de transaction). »

Le minage de bitcoins est en fait une compétition où les mineurs font tous la course pour être les premiers à résoudre des énigmes cryptographiques extrêmement complexes, leur permettant d’ajouter le bloc suivant à la blockchain et de recevoir un paiement sous la forme de nouveaux bitcoins. Le mineur gagnant ne reçoit la récompense qu’après que les autres systèmes du réseau, par le biais du protocole de preuve de travail, ont vérifié que la solution est correcte et valide.

Cela implique une quantité importante de calculs, l’équipement utilisé par les mineurs devant procéder à de nombreux essais et erreurs avant de trouver le hachage correct.

« La preuve de travail utilise un mécanisme de loterie : les mineurs créent des blocs de transactions candidats (y compris une récompense pour eux-mêmes) qui doivent satisfaire à plusieurs conditions strictes », explique M. Knottenbelt. « Ils testent ensuite pour voir si ces conditions sont remplies. Dans la quasi-totalité des cas, elles ne le sont pas et le mineur doit revenir en arrière et réessayer. »

C’est parce que la plupart des blocs candidats ne réussissent pas à trouver la bonne combinaison qu’il y a tant de travail à fournir pour vérifier les transactions Bitcoin. Et de fait, la difficulté de ce processus peut augmenter ou diminuer, afin de garantir la production de nouveaux blocs à intervalles réguliers.

« La difficulté de la loterie est ajustée périodiquement, de sorte que si les blocs sont produits trop rapidement, il devient plus difficile de satisfaire aux conditions nécessaires à la production d’un bloc valide et si les blocs sont produits trop lentement, cela devient plus facile », ajoute M. Knottenbelt.

Pourquoi utiliser le Proof of Work ?

Si la preuve de travail est surtout associée au bitcoin, ses sources remontent plus loin dans le temps que 2008, lorsque le pseudonyme Satoshi Nakamoto a publié le livre blanc du bitcoin. Le concept existe dans le monde de l’informatique depuis au moins le début des années 1990, et le terme « preuve de travail » serait apparu pour la première fois dans un article des informaticiens Ari Juels et Markus Jakobsson en 1999.

Avec le Bitcoin, Nakamoto a basé le mécanisme de preuve de travail de la crypto-monnaie en grande partie sur Hashcash, une devise virtuelle qui avait été pensée par Adam Back en 1997. En particulier, Nakamoto a envisagé la preuve de travail comme un moyen de s’assurer qu’il devient exponentiellement difficile d’attaquer la blockchain du bitcoin au fur et à mesure que des blocs y sont ajoutés.

Les avantages et inconvénients de la preuve de travail

Cela nous amène à examiner les avantages et les inconvénients relatifs de la preuve de travail par rapport à d’autres mécanismes, tels que la preuve d’enjeu ou « Proof of Stake ».

Plus important encore, la preuve de travail offre sans doute un niveau de sécurité plus élevé que les autres moyens de consensus, le bitcoin fonctionnant depuis plus de dix ans sans panne ou compromis significatif.

« Du point de vue de la sécurité, il a été démontré de manière empirique que la preuve de travail fonctionne très bien depuis plus de dix ans », déclare M. Knottenbelt. « La preuve de l’enjeu n’a pas encore été établie ».

Mais si la preuve de travail offre un niveau optimal de sécurité et de décentralisation, elle a un coût important : elle consomme une quantité considérable d’énergie.

Selon certaines estimations, la preuve de travail conduit la blockchain de Bitcoin à utiliser chaque année une énergie équivalente à la consommation d’une nation de la taille de la Thaïlande. Elle produit également une grande quantité de déchets électroniques sous la forme d’unités de minage qui sont mises au rebut pour des modèles toujours plus puissants.

Pour quiconque apprécie Bitcoin et pense qu’il s’agit d’une contribution importante à l’évolution de l’argent, cette consommation d’énergie et ce gaspillage sont un prix justifiable à payer pour le seul mécanisme de consensus dont la robustesse à l’échelle a été réellement prouvée. À l’inverse, pour tous ceux qui restent sceptiques à l’égard des crypto-monnaies, c’est un véritable scandale.

Quelles crypto-monnaies utilisent le Proof of Work ?

Outre le bitcoin, pratiquement toutes les crypto-monnaies basées sur ce dernier ou qui en sont issues utilisent également la preuve de travail. Il s’agit notamment de :

Bitcoin Cash, Bitcoin SV, Litecoin, Dogecoin, Bitcoin Gold etc.

Il existe également une grande variété d’autres crypto-monnaies non basées sur le bitcoin qui utilisent actuellement la preuve de travail, notamment :

Ethereum, Ethereum Classic, Monero, Z-cash, Kadena, Ravencoin, Siacoin, Horizen, DigiByte etc.

Si la preuve de travail est populaire, un autre mécanisme de consensus connu sous le nom de preuve d’enjeu est également largement utilisé. Au lieu de vérifier la quantité de travail de calcul effectué, la preuve d’enjeu utilise le montant de crypto-monnaies déposé par les mineurs, prêté comme assurance contre leur mauvais comportement.

« Conceptuellement, cette méthode est assez attrayante, car elle permet d’éviter d’avoir à investir dans du matériel minier performant et de réduire la consommation d’énergie liée à l’utilisation de ce matériel », explique M. Knottenbelt.

Cependant, les partisans de la preuve de travail soutiennent que la preuve d’enjeu et d’autres mécanismes de consensus se prêtent inévitablement à une certaine forme de centralisation, précisément la chose que la preuve de travail a été conçue pour éviter.

« La preuve d’enjeu est fondamentalement centralisée », déclare Jimmy Song, auteur, éducateur et développeur de Bitcoin. « Il n’y a aucun moyen de savoir lequel choisir en cas de conflit ».