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Economie

Qu'est-ce que la preuve de travail dans la blockchain?

Élément clé du fonctionnement de la blockchain, la preuve de travail permet l'exécution de transferts sans intermédiaires. Voici comment ça fonctionne.

La preuve de travail (Proof of Work) est l'algorithme qui valide la création de nouveaux blocs sur la blockchain. C'est l'élément clé du minage de Bitcoin et c'est ce qui permet à de nombreux systèmes monétaires fonctionnant avec la chaîne de blocs de s'affranchir des intermédiaires. C'est également ce qui sécurise l'ensemble d'un réseau blockchain et le protège de la fraude, des attaques informatiques et des spams.

Au coeur de la blockchain

Pour comprendre son rôle, il faut d'abord se souvenir du fonctionnement global de la blockchain et du minage. Cette chaîne d'information est à la fois un registre permanent de toutes les transactions qui ont déjà été réalisées avec elle et à la fois un outil de transfert. Elle requiert des machines puissantes capables de résoudre des calculs complexes afin de permettre qu'aucune de ces données ne puissent être modifiées. Le travail de ces machines est appelée le minage.

Les informations sont transmises dans des blocs qui doivent être validés numériquement par des mineurs. Lorsqu'une transaction est réalisée, elle est enregistrée sur chacune des milliers de copies de la blockchain présentes dans le monde. Chaque copie est un enregistrement parfaitement identique de toutes les transactions.

Valider les blocs 

Pour qu'un bloc soit validé par les participants du réseau, les mineurs doivent remplir une preuve de travail couvrant toutes les données du bloc. La preuve de travail est le processus algorithmique qui permet de découvrir le nombre qui "libère" le bloc. Ce numéro, appelé "hash", doit être difficile à trouver, mais facile à vérifier, en termes de calcul informatique, par n'importe quelle utilisateur sur réseau. Ce hash comporte généralement 64 chiffres.

Un hash est l'empreinte digitale des données numériques contenues dans les blocs. Il varie en fonction de ces données. Voici un exemple de hash:  1312af178c253f84028d480a6adc1e25e81caa44c749ec81976192e2ec934c64

La difficulté de ce processus est ajustée de manière à limiter le taux de génération de nouveaux blocs par le réseau à une toutes les 10 minutes. En raison de la très faible probabilité de génération réussie, il est impossible de prédire quel ordinateur pourra générer le bloc suivant.

Le système de preuve de travail le plus utilisé est basé sur la fonction cryptographique SHA-256, un algorithme conçu originellement par la NSA. Il a été introduit dans le monde des cryptomonnaies par Satoshi Nakamoto pour la création de Bitcoin. Parmi les autres algorithmes de hachage utilisés pour la preuve de travail, il existe ScryptBlake-256CryptoNightHEFTY1QuarkSHA-3scrypt-jane...

Sécurité

La méthode PoW (Proof of Work) est un procédé cryptographique qui permet une très grande sécurité des données. Pour qu'un bloc soit valide, il doit contenir toutes les données contenues dans le bloc précédent ainsi que le travail qui a été effectué pour lui donner vie. Changer un bloc ne peut être fait qu'en créant un nouveau bloc contenant les données de son prédécesseur. Ce procédé protège la blockchain de toute falsification.

Cette difficulté de hachage - cette difficulté à trouver le numéro pour créer le bloc - est également ce qui protège les données contenues dans la chaîne. La preuve de travail peut dissuader les attaques par déni de service (DoS). L'ordinateur qui veut effectuer un service en particulier devra résoudre un problème mathématique bien spécifique, un puzzle de preuve de travail, avant de pouvoir utiliser ce service. Dans le cadre d'un hack, les individus qui souhaiteraient détourner une transaction devraient demander à leurs machines d'effectuer un effort de calcul énorme. Cet effort suffit normalement à rebuter les pirates.

Mais un point supplémentaire fait que la preuve de travail rend la chaîne de blocs encore plus sécurisée: la validation par les autres utilisateurs. Pour qu'un bloc soit validé, il faut que toutes les copies du hash soient identiques. Le hash est difficile à trouver mais il est facilement vérifiable. Si une copie du hash est différente de toutes les autres présentes sur la blockchain, le réseau rejette automatiquement la transaction qui ne correspond pas au reste. C'est ce qui empêche la fraude. Il est impossible pour les fraudeurs de manipuler le système tant que leur copie de la chaîne de blocs ne correspondra pas à celle du reste des utilisateurs.

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Absence d'intermédiaire

L'autre grand avantage de cette méthode cryptographique est qu'elle permet un usage affranchi des intermédiaires et évite la gestion centralisée. La preuve de travail garde la trace de chaque transfert: elle fait le travail d'une tierce partie, comme une banque ou un organisme de transfert. L'algorithme vérifie les transactions et permet à des inconnus d'échanger des biens numériques sans nécessiter de preuve de confiance du destinataire. Cette preuve de confiance était autrefois dans les mains des organismes bancaires, elle passe aujourd'hui dans les mains de la chaîne de bloc.

Cette suppression des intermédiaires risque de modifier de nombreuses industries dans le futur. Dans le cadre des cryptomonnaies, l'absence de tiers pourrait mettre fin à la centralisation du pouvoir bancaire. Les échanges se feraient directement d'un utilisateur à un autre et les banques perdraient leur raison d'exister. Mais cette existence est à double tranchant.

D'un côté, cette preuve de travail pourrait considérablement réduire les coûts liés au transferts d'argent et affaiblir le pouvoir des institutions bancaires. La technologie de la chaîne de blocs fera économiser du temps et de l'argent à des millions de personnes tout en leur permettant de contrôler plus directement leurs biens. Les individus seront les seuls personnes en charge de leurs avoirs. Mais d'un autre côté, cet avènement pourrait causer la perte de nombreux emplois. Cette automatisation du travail créerait un problème de chômage à l'échelle mondiale.

Lourdeur de fonctionnement

Le principal problème qui découle de cette méthode de validation des transactions est sa lourdeur de fonctionnement. La preuve de travail, qui demande un consensus global de chaque noeud sur la blockchain, requiert une quantité d'énergie considérable. Cet algorithme demande à chaque noeud de résoudre un puzzle cryptographique. Ce puzzle est résolu par les mineurs qui entre dans une sorte de compétition de laquelle le gagnant ressort avec une récompense en Bitcoin. Cette récompense lui est accordée lorsqu'il trouve le hash qui permettra la création d'un nouveau bloc.

Mais trouver ce hash devient de plus en plus compliqué et nécessite l'usage d'un nombre chaque fois plus élevé de machines. C'est la raison pour laquelle certains construisent des fermes de minage. Selon Digiconomist, le minage de Bitcoin consomme actuellement à l'échelle globale 73 Twh par an. Ce qui équivaut à peu près à la consommation annuelle de la Finlande, si l'on compare avec les chiffres de l'International Energy Agencu (IEA). Une dépense qui permettrait d'alimenter plusieurs millions de foyer.

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Centralisation

L'énorme consommation d'énergie que demande la preuve de travail est également un obstacle à l'un des fondements idéologiques de la blockchain: la décentralisation. En supprimant les intermédiaires et en autorisant les échanges peer-to-peer (de pair à pair), la blockchain favorisait l'émergence d'une monnaie décentralisée. L'augmentation du coût de l'exécution de la PoW est venu s'opposer à cette utopie de décentralisation.

Actuellement, seuls les portes-monnaies importants, les fermes de minage et les mining pool peuvent encore se permettre d'effectuer du minage. Le pouvoir d'application de la preuve de travail des cryptomonnaies est détenu par une grosse poignée d'individus, ce qui est la caractéristique d'une centralisation. C'est l'une des raisons pour laquelle les membres des communautés blockchain réfléchissent actuellement au développement de nouvelles méthodes de fonctionnement. La preuve d'enjeu est l'une d'entre elles.

Pour adopter ces nouvelles méthodes, la communauté de la monnaie concernée doit se concerter. Tant que ces utilisateurs ne choisissent pas de forker leur monnaie, celle-ci continuera de fonctionner avec la preuve de travail.

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