Qu’est-ce que la preuve de travail ?

Vous entendez constamment cette expression, mais vous n’avez toujours aucune idée de ce qu’elle signifie. Ne vous inquiétez pas, c’est tout à fait normal ! Qu’est-ce que la preuve de travail ? Place aux explications claires, sans charabia.

La preuve de travail (PoW) est un algorithme de consensus pour réseau de blockchain, sur lequel Bitcoin repose. Bitcoin est la première cryptomonnaie à utiliser la preuve de travail.

Globalement, la preuve de travail repose sur la conversion de l’énergie électrique en « charge » numérique de la blockchain, ce qui confère un coût infalsifiable aux blockchains de preuve de travail comme Bitcoin. Ce faisant, elle crée une structure incitative qui produit un réseau distribué à tolérance aux fautes byzantines (BFT).

Consensus du Bitcoin de Satoshi Nakamoto

Il est préférable de comprendre les mécanismes de la preuve de travail à travers le prisme du consensus du bitcoin de Nakamoto, qui est l’exemple parfait d’une mise en œuvre réussie et durable de la preuve de travail.

La preuve de travail s’appuie sur une énigme mathématique à résoudre pour trouver une valeur inférieure à un seuil spécifique (le nonce), qui produit le prochain bloc diffusé sur le réseau. Les leaders de bloc, qui créent le bloc suivant, sont sélectionnés dans un format de type loterie, qui correspond directement à leur puissance de calcul (c’est-à-dire de hachage) dans le processus. Comme l’a expliqué Satoshi Nakamoto dans le livre blanc de Bitcoin :

« La preuve de travail résout le problème du choix de la représentativité du vote. Si la majorité était basée sur des voix allouées par adresse IP, le vote pourrait être perverti par quelqu’un capable de s’octroyer beaucoup d’adresses. La preuve de travail est essentiellement basée sur la puissance de calcul : « un processeur, une voix ». La décision de la majorité est représentée par la chaîne la plus longue, celle qui a nécessité le plus de calculs de preuve de travail. Si les nœuds honnêtes contrôlent la majorité de la puissance de calcul, la chaîne légitime se développera le plus rapidement et distancera toutes les chaînes concurrentes. »

Livre blanc de Satoshi Nakamoto

La chaîne la plus longue est celle qui a le plus de travail, autrement dit celle qui a reçu le plus de puissance (c’est-à-dire de hachages), ce qui la rend facile à identifier.

Il existe deux participants principaux dans le modèle de consensus de preuve de travail : les mineurs et les opérateurs de nœuds complets.

Les mineurs

Les mineurs constituent un groupe de participants qui sont en concurrence pour résoudre l’énigme liée à la création du prochain bloc et à sa diffusion sur le réseau. Cette création se fait toutes les 10 minutes. Le mineur gagnant (un toutes les 10 minutes) reçoit à la fois la récompense de bloc (actuellement 12,5 BTC) et les frais de transaction au sein du bloc. Cela incite les mineurs à faire preuve d’honnêteté lors de la diffusion des blocs et ce, pour deux raisons principales.

Tout d’abord, les mineurs ont déjà dépensé de l’argent pour acquérir des équipements coûteux. Ces équipements leur permettant de résoudre l’algorithme de minage de Bitcoin, en essayant d’obtenir la solution par force brute lors de calculs en boucle. Cette opération consomme beaucoup d’énergie électrique.

Si les mineurs agissent de manière malhonnête et tentent de corrompre le processus de minage, en portant atteinte à la crédibilité de Bitcoin, ils réaliseront une perte en termes d’investissement matériel, puisque le rendement en BTC provenant de la récompense de bloc sera moins important. Cela nous amène à la deuxième raison.

Les mineurs gagnent leurs récompenses de blocs directement en BTC, et non en espèces. Ainsi, les mineurs convertissent une ressource du monde réel (l’électricité) en BTC, ce qui favorise le caractère infalsifiable des coûts caractérisant l’ensemble du modèle de sécurité de Bitcoin. De plus, la blockchain se voit conférer un caractère de valeur réelle puisque les mineurs sont prêts à convertir non seulement une monnaie fiduciaire (sous forme de matériel) mais aussi une ressource réelle en BTC.

La production de bitcoins et sa politique monétaire sont donc liées au processus de minage, ce qui les rend pratiquement impossibles à modifier, étant donné que la puissance de hachage du réseau continue d’augmenter, pour atteindre les proportions actuelles. Les bitcoins sont intelligemment distribués par les mineurs au marché selon leur prix au comptant, car les mineurs doivent vendre une partie de leurs avoirs pour réaliser des bénéfices et payer leurs factures.

Les opérateurs de nœuds complets

Le deuxième groupe d’acteurs de la preuve de travail est constitué des opérateurs de nœuds complets. Ce sont des utilisateurs ordinaires qui exécutent des nœuds complets. Les nœuds complets sont des clients logiciels qui exécutent le logiciel Bitcoin. Ils valident et diffusent automatiquement les transactions et les blocs dans le réseau.

Grâce à des preuves cryptographiques et aux règles de consensus de Bitcoin, les opérateurs de nœuds complets sont les moteurs du réseau et les validateurs finaux de l’état du réseau. Les opérateurs de nœuds complets peuvent également être des clients de minage et, en tant que tels, rejeter les blocs et les transactions invalides sur le réseau.

La preuve de travail a été critiquée pour sa forte consommation d’énergie et sa basse capacité d’exécution des transactions sur la chaîne. Mais il existe quelques réserves à ce sujet. Par exemple, la grande majorité du minage de Bitcoin s’effectue avec de l’énergie renouvelable. De plus, il est difficile de comparer le seul coût des dépenses énergétiques avec la valeur globale du bitcoin et la création de richesse qui en découle. Quoi qu’il en soit, la preuve de travail constitue une innovation importante dans le domaine du traitement informatique et de la théorie des jeux.

Le modèle de preuve de travail de Bitcoin est une mesure de sécurité résultant de la fusion entre la théorie des jeux, l’informatique distribuée, le consensus social, l’économie de marché et les preuves cryptographiques. C’est l’innovation qui permet à une blockchain de fonctionner avec un consensus sécurisé, durable et distribué. L’existence de Bitcoin depuis plus de dix ans en est la preuve irréfutable.

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