Le « bitcoin mining » (Le minage de bitcoin)

Il y a de fortes chances que vous entendiez l’expression « bitcoin mining » et que votre esprit se mette à vagabonder à l’époque ou miner rimait avec chercher de l’or. Il s’avère que cette analogie n’est pas si éloignée.

Beaucoup moins glamour, mais tout aussi incertaine, l’extraction de bitcoins est effectuée par des ordinateurs très puissants qui résolvent des problèmes mathématiques complexes. La chance et le travail requis par un ordinateur pour résoudre l’un de ces problèmes sont l’équivalent numérique d’un mineur qui trouve de l’or dans le sol. Au moment où nous écrivons ces lignes, la chance qu’a un ordinateur de résoudre l’un de ces problèmes est d’environ 1 sur 1000 milliards !

Pourquoi miner du bitcoin ?

Le résultat de l’« extraction de bitcoins » est double :

  • Premièrement, lorsque les ordinateurs résolvent ces problèmes mathématiques complexes sur le réseau Bitcoin, ils produisent de nouveaux bitcoins, un peu comme lorsqu’une exploitation minière extrait de l’or du sol.
  • Deuxièmement, en résolvant des problèmes mathématiques, les mineurs de bitcoin rendent le réseau de paiement Bitcoin fiable et plus sûr, en vérifiant les informations relatives aux transactions.

Si cela n’a pas encore beaucoup de sens pour vous, et afin d’expliquer plus en détail le fonctionnement de l’extraction de bitcoins, commençons par un processus un peu plus proche de nous : la réglementation de la monnaie imprimée.

Comment le bitcoin diffère-t-il des monnaies traditionnelles ?

Les consommateurs ont tendance à faire confiance aux monnaies imprimées, parce que les monnaies fiduciaires comme l’euro sont soutenus par des banques centrales. En plus d’une foule d’autres responsabilités, une banque centraleréglemente la production de nouvelle monnaie.

Même les paiements numériques sont soutenus par une autorité centrale. Lorsque vous effectuez un achat en ligne avec votre carte de débit ou de crédit, cette transaction est traitée par une société de traitement de paiements telles que Mastercard ou Visa. En plus d’enregistrer l’historique de vos transactions, ces sociétés vérifient que les transactions ne sont pas frauduleuses, ce qui est l’une des raisons pour lesquelles votre carte peut parfois être suspendue pendant unvoyage à l’étranger.

Bitcoin, en revanche, n’est pas réglementé par une autorité centrale. Au lieu de cela, Bitcoin est soutenu par des millions d’ordinateurs à travers le monde appelés « nœuds ». Ce réseau d’ordinateurs remplit la même fonction qu’une banque centrale ou que Visa ou Mastercard, mais avec quelques différences essentielles.

Les nœuds stockent des informations sur les transactions antérieures et aident à vérifier leur authenticité.

Toutefois, contrairement à ces autorités centrales, les nœuds Bitcoin sont répartis dans le monde entier et enregistrent les données des transactions dans une liste publique accessible à tous… même à vous ! Ce grand livre public et distribué est appelé la blockchain.

Qu’est-ce que le « bitcoin mining » ou l’extraction de cryptomonnaies ?

Lorsque quelqu’un envoie des bitcoins n’importe où, nous appelons cela une « transaction ». Les transactions effectuées en magasin ou en ligne sont documentées par les banques, les systèmes de points de vente et les reçus physiques. Les mineurs de bitcoin obtiennent le même effet sans ces institutions en regroupant les transactions en « blocs » et en les ajoutant à un registre public appelé « blockchain ». Les nœuds conservent ensuite les enregistrements de ces blocs afin qu’ils puissent être vérifiés à l’avenir.

Lorsque les mineurs de bitcoin ajoutent un nouveau bloc de transactions à la « blockchain », une partie de leur travail consiste à s’assurer que ces transactions sont légitimes. Les mineurs de bitcoin s’assurent notamment que le bitcoin n’est pas dupliqué, une particularité unique des monnaies numériques appelée « double dépense ». Avec les monnaies imprimées, la contrefaçon est toujours un problème, mais généralement, une fois que vous avez dépensé 20 € en magasin, ce billet revient entre les mains d’une banque. Avec la monnaie numérique, en revanche, c’est une autre histoire.

Les informations numériques peuvent être reproduites relativement facilement, de sorte qu’avec les bitcoins et autres monnaies numériques, le risque existe qu’un dépensier fasse une copie de ses bitcoins et l’envoie à un tiers tout en conservant l’original.

Revenons un instant à la monnaie imprimée et disons que quelqu’un a essayé de dupliquer son billet de 20 € afin de dépenser à la fois l’original et la contrefaçon dans une épicerie. Si un employé savait que les clients dupliquaient de l’argent, il lui suffirait de regarder les numéros de série des billets. Si les numéros étaient identiques, le vendeur saurait que l’argent a été dupliqué. Cette analogie est similaire à ce que fait un mineur de bitcoin lorsqu’il vérifie de nouvelles transactions. Si quelqu’un essayait de doubler ses bitcoins, il devrait s’approprier plus de 51 % de l’énergie du réseau(c’est ce qu’on appelle une attaque à 51 %). À mesure que le bitcoin se développe, cela devient de plus en plus difficile et le coût pour y parvenir serait astronomique et presque impossible.

Récompenser les mineurs

Cependant, avec jusqu’à 300 000 achats et ventes effectués en une seule journée, la vérification de chacune de ces transactions peut représenter beaucoup de travail pour les mineurs, et en compensation de leurs efforts, ils reçoivent des bitcoins chaque fois qu’ils ajoutent un nouveau bloc de transactions à la chaîne.

La quantité de nouveaux bitcoins libérés avec chaque bloc extrait est appelée « block reward (récompense de bloc) ». Cette récompense est réduite de moitié tous les 210 000 blocs, soit environ tous les quatre ans. En 2009, elle était de 50. En 2013, elle était de 25, en 2018 de 12,5 et en mai 2020, elle a été réduite de moitié pour atteindre 6,25 bitcoins par bloc.

  • Le 11 mai 2020, le block reward a été divisé par 2 pour la troisième fois.
  • À partir de cette date, il faudra environ 1 458 jours pour que le réseau atteigne sa quatrième réduction de moitié(Halving), ce qui fera que la récompense pour le minage de bitcoin ne sera plus que de 3,125 bitcoins par bloc.
Block-Reward

Ce système se poursuivra jusqu’aux alentours de 2140. À ce moment, les mineurs seront récompensés par des frais de traitement des transactions que les utilisateurs du réseau paieront. Ces frais garantissent que les mineurs seront toujours incités à exploiter et à maintenir le réseau. L’idée est que la concurrence pour ces frais fera en sorte qu’ils resteront faibles une fois les réductions de moitié terminées.

Ces réductions réduisent le rythme de création de nouvelles pièces et donc l’offre disponible. Cela peut avoir des conséquences pour les investisseurs, car d’autres actifs dont l’offre est faible, comme l’or, peuvent avoir une forte demande et faire monter les prix. À ce rythme, le nombre total de bitcoins en circulation atteindra une limite de 21 millions, ce qui rendra la monnaie entièrement finie et potentiellement plus précieuse au fil du temps. C’est en tout cas la théorie derrière le système !

Comment fonctionne l’extraction de bitcoins ?

Pour que les mineurs de bitcoin puissent réellement gagner du bitcoin en vérifiant les transactions, deux choses doivent se produire. Premièrement, ils doivent vérifier des transactions d’une valeur de 1 mégaoctet (Mo), qui peuvent théoriquement être aussi petites qu’une seule transaction, mais qui sont plus souvent de plusieurs milliers, selon la quantité de données que chaque bloc stocke. C’est la partie facile.

Ensuite, pour ajouter un bloc de transactions à la chaîne de blocs (blockchain), les mineurs doivent résoudre un problème mathématique complexe, appelé aussi « Proof of Work (POW) » ou « preuve de travail » en français. En fait, ils essaient de trouver un nombre hexadécimal à 64 chiffres, appelé « hash », qui est inférieur ou égal au hash cible. En gros, l’ordinateur d’un mineur crache des hash à des taux très rapides et qui dépendent de la puissance de leur machine, en devinant tous les nombres à 64 chiffres possibles jusqu’à ce qu’ils arrivent à une solution. En d’autres termes, c’est un pari.

Le niveau de difficulté du bloc le plus récent en date d’août 2020 est de plus de 16 000 milliards. Autrement dit, la probabilité qu’un ordinateur produise un hash inférieur à l’objectif est de 1 sur 16 milliards. Pour mettre cela en perspective, vous avez environ 44 500 fois plus de chances de gagner au loto avec un seul billet de loterie que de choisir le bon hash en un seul essai. Heureusement, les systèmes informatiques des mineurs offrent beaucoup, beaucoup plus de possibilités de hachage que cela. Néanmoins, l’extraction de bitcoins nécessite d’énormes quantités d’énergie et des systèmes informatiques sophistiqués.

Le niveau de difficulté est ajusté tous 2016 blocs, ou environ toutes les deux semaines, dans le but de maintenir les taux d’extraction constants. Autrement dit, plus il y a de mineurs en compétition pour une solution, plus le problème devient difficile. L’inverse est également vrai. Si la puissance du réseau diminue, la difficulté s’ajuste à la baisse pour faciliter le minage.

Expliquez-le-moi comme si j’avais cinq ans

Voici une analogie utile :

Supposons que je dise à trois amis que je pense à un nombre entre 1 et 100, que j’écrive ce nombre sur un morceau de papier et que je le cache dans une enveloppe. Mes amis n’ont pas à deviner le nombre exact, ils doivent simplement être les premiers à deviner tout nombre inférieur ou égal au nombre auquel je pense. Et il n’y a pas de limite au nombre de devinettes qu’ils peuvent faire.

Disons que je pense au chiffre 19. Si l’ami A devine le 21, il perd parce que 21>19. Si l’ami B devine 16 et l’ami C 12, alors ils sont tous les deux arrivés théoriquement à des réponses viables, parce que 16<19 et 12<19. C’est alors le premier qui l’emporte.

Imaginez maintenant que je pose la question « Devine à quel chiffre je pense », mais que je ne pense pas à un chiffre entre 1 et 100, mais à un nombre hexadécimal à 64 chiffres comme celui-ci :

0000000000000000057fcc708cf0130d95e27c5819203e9f967ac56e4df598ee

Vous voyez maintenant qu’il va être extrêmement difficile de deviner la bonne réponse.

Comment pouvez-vous rivaliser avec des millions de mineurs ?

Non seulement les mineurs de bitcoin doivent trouver le bon hash, mais ils doivent aussi être les premiers à le faire.

Comme l’extraction de bitcoins est essentiellement un travail de supposition, le fait d’arriver à la bonne réponse avant un autre mineur à presque tout à voir avec la vitesse à laquelle votre ordinateur peut produire des hashs. Il y a tout juste dix ans, l’extraction de bitcoins pouvait être effectuée de manière compétitive sur des ordinateurs de bureau normaux. Avec le temps, cependant, les mineurs ont réalisé que les cartes graphiques couramment utilisées pour les jeux vidéo étaient plus efficaces et ils ont commencé à les exploiter à leur avantage. En 2013, les mineurs de bitcoin ont commencé à utiliser des ordinateurs conçus spécialement pour extraire de la cryptomonnaie, appelés ASIC (Application-Specific Integrated Circuits). Ceux-ci peuvent coûter de plusieurs centaines d’euros à des dizaines de milliers, mais leur efficacité dans l’extraction bitcoin est supérieure.

Aujourd’hui, l’extraction de bitcoins est si compétitive qu’elle ne peut être réalisée de manière rentable qu’avec les ASICs les plus récents. Lorsque l’on utilise des ordinateurs de bureau, des GPU ou des modèles plus anciens d’ASIC, le coût, de la consommation d’énergie dépasse en fait les revenus générés. Même avec l’unité la plus récente à votre disposition, un seul ordinateur suffit rarement pour concurrencer ce que les mineurs appellent les « pools miniers ».

Vous avez dit « Pool Minier » (Mining Pool en anglais) ?

Un pool minier est un groupe de mineurs qui combinent leur puissance de calcul et répartissent les bitcoins extrait entre les participants. Un nombre disproportionné de blocs sont exploités par des pools plutôt que par des mineurs individuels. Les pools miniers et les entreprises minières représentent un pourcentage élevé de la puissance de calcul du bitcoin.

L’exploitation minière de bitcoin est-elle durable ?

Un bloc de transactions est vérifié environ toutes les 10 minutes.

Le réseau de bitcoins traite actuellement un peu moins de quatre transactions par seconde, les transactions étant enregistrées dans la blockchain toutes les 10 minutes. À titre de comparaison, Visa peut traiter environ 65 000 transactions par seconde. Cependant, comme le réseau d’utilisateurs de bitcoins continue de croître, le nombre de transactions effectuées en 10 minutes finira par dépasser le nombre de transactions pouvant être traitées en 10 minutes. À ce moment-là, les temps d’attente pour les transactions commenceront et continueront à s’allonger, à moins qu’une modification ne soit apportée au protocole bitcoin.

Cette question au cœur du protocole bitcoin est connue sous le nom de « scaling » (comprenez « mise à l’échelle »). Si les mineurs de bitcoin sont généralement d’accord pour dire qu’il faut faire quelque chose pour résoudre le problème du scaling, le consensus est moindre sur la manière de le faire.

Deux solutions majeures ont été proposées pour résoudre le problème de mise à l’échelle. Les développeurs ont suggéré soit :

  • De créer une couche secondaire « hors chaîne » pour Bitcoin qui permettrait des transactions plus rapides pouvant être vérifiées par la blockchain plus tard.
  • D’augmenter le nombre de transactions que chaque bloc peut stocker.

Avec moins de données à vérifier par bloc, la solution 1 rendrait les transactions plus rapides et moins chères pour les mineurs. La solution 2 traiterait de la mise à l’échelle en permettant le traitement de plus d’informations toutes les 10 minutes par l’augmentation de la taille des blocs.

En juillet 2017, les mineurs de bitcoin et les sociétés minières représentant environ 80 à 90 % de la puissance de calcul du réseau ont voté en faveur de l’intégration d’un programme qui réduirait la quantité de données nécessaires pour vérifier chaque bloc. C’est-à-dire qu’ils ont opté pour la solution 1.

Le programme pour lequel les mineurs ont voté pour ajouter au protocole bitcoin s’appelle un « segregated witness (témoin séparé) », ou SegWit. Ce terme est une fusion de Segregated, qui signifie « séparer », et de Witness, qui fait référence aux « signatures sur une transaction bitcoin ».

Moins d’un mois plus tard, en août 2017, un groupe de mineurs et de développeurs a lancé une « hard fork », laissant le réseau bitcoin pour créer une nouvelle monnaie en utilisant la même base de code que le bitcoin. Bien que ce groupe ait convenu de la nécessité d’une solution au problème de la mise à l’échelle, il craignait que l’adoption d’une technologie SegWit ne permette pas de résoudre complètement le problème de la mise à l’échelle.Ils ont donc opté pour la solution 2, et la monnaie qui en résulte — appelée « bitcoin cash » — a augmenté la taille du bloc à 8 Mo afin d’accélérer le processus de vérification pour permettre une performance d’environ 2 millions de transactions par jour.

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