Minage de bitcoin : guide complet

Le minage de bitcoin est un processus qui valide les transactions en bitcoin et met en circulation de nouveaux bitcoins (BTC).

Le minage de bitcoin permet :

• D’encourager les mineurs qui proposent et vérifient de nouvelles transactions pour la blockchain Bitcoin.

• De protéger la blockchain Bitcoin des attaques.

• De gérer la création et le flux des nouvelles unités de bitcoin qui arrivent sur le marché.

Comme pour l’exploitation minière des métaux précieux, tels que l’or, le minage de bitcoin nécessite un matériel spécifique, de l’énergie et un peu de chance.

Cependant, au lieu de pelles et de batées, les mineurs de bitcoin rivalisent à l’aide d’un équipement informatique adapté. 

L’objectif de chaque mineur est de remporter une compétition cryptographique. Le vainqueur de chaque tour reçoit une récompense de bloc, très recherchée, en contrepartie de ses efforts. Il obtient également le droit de proposer un nouveau bloc de données de transaction en suspens à ajouter à la blockchain.

Si tout cela est nouveau pour vous, poursuivez la lecture de notre guide complet du minage de bitcoin ci-dessous.

Mais si vous souhaitez acquérir des connaissances plus solides et plus techniques, vous pourriez être intéressé par notre article, Comment les crypto-monnaies utilisent-elles la cryptographie ?

Avant de vous intéresser au fonctionnement de Bitcoin, il est important de bien comprendre pourquoi le minage de Bitcoin a lieu en premier lieu.

Le réseau Bitcoin n’est pas géré par une banque centrale, un puissant milliardaire ou une institution financière intermédiaire. Il est géré collectivement par des bénévoles répartis dans le monde entier, et tout le monde peut se joindre. 

Le fonctionnement de Bitcoin repose donc sur la coopération entre ses utilisateurs. En contrepartie de la puissance de calcul qu’ils consacrent à la validation des transactions, le protocole récompense les mineurs par de nouvelles unités de bitcoin. 

Récompenser la coopération incitent les mineurs à sécuriser collectivement le réseau, puisque le coût d’acquisition d’un contrôle majoritaire par des acteurs malveillants serait prohibitif.

Pour mieux comprendre la décentralisation de Bitcoin, intéressons-nous à une société traditionnelle contrôlée centralement comme Uber. 

Imaginez qu’Uber soit collectivement gérée par ses millions de chauffeurs et d’utilisateurs de l’application plutôt que par un petit groupe de dirigeants. Dans ce modèle plus décentralisé pour Uber, toutes les parties impliquées se mettraient d’accord collectivement sur la manière dont les chauffeurs seraient payés et sur le fonctionnement de l’application de commande de course — plutôt que ces décisions soient prises pour eux par une équipe dirigeante.

Par ailleurs, au lieu que les fonctions importantes, comme l’administration et le développement des applications, soient gérées par la société, n’importe quelle personne au monde pourrait y contribuer depuis chez elle, avec son propre équipement. Cela pourrait créer un écosystème beaucoup plus accessible et transparent pour tous.  

Cela dit, ce niveau de décentralisation peut poser de sérieuses questions ; si n’importe qui peut participer au réseau et qu’il n’existe pas d’autorité unique pour superviser ses opérations, comment peut-il dissuader les personnes malhonnêtes d’essayer de corrompre le réseau, et comment peut-il s’assurer que tout le monde collabore efficacement ?

C’est là que le mécanisme de consensus de la blockchain entre en scène.

Pour résumer, le minage de bitcoin est une course pour remporter un jeu de hasard qui recommence à peu près toutes les dix minutes.

Il implique que les mineurs utilisent des machines spécialisées pour générer des valeurs aléatoirement. Quiconque génère une valeur qui bat la valeur cible l’emporte. La difficulté réside dans le fait que les mineurs n’ont aucun contrôle sur les valeurs qu’ils créent. Ils doivent simplement continuer à générer de nouvelles valeurs, dans l’espoir de tomber sur une valeur victorieuse.

Quand c’est le cas, la valeur est communiquée aux autres mineurs sur le réseau, afin de vérifier sa validité.

Une manière plus simple de comprendre ce processus est de penser à des milliers de personnes essayant de résoudre un Rubik’s cube à l’aveugle, toutes en même temps. 

Au début, chacune possède un cube mélangé de la même façon. Lorsque la compétition commence, chacun tourne son cube de manière aléatoire, jusqu’à ce qu’un surveillant annonce qu’il y a un gagnant. Les autres concurrents retirent leur bandeau et inspectent le cube du gagnant pour vérifier qu’il est terminé. Puis la compétition recommence.

Vous suivez ? Alors, allons un peu plus loin. 

Pour être plus précis, les mineurs rivalisent les uns contre les autres en utilisant des ordinateurs adaptés pour générer des hachages cryptographiques — généralement plusieurs millions d’entre eux par seconde — dans l’espoir d’être les premiers à deviner le bon hachage.

Représentez-vous chaque nouveau hachage comme une rotation de Rubik’s cube. 

Le mineur qui trouve le bon hachage en premier gagne le droit d’ajouter ce bloc à la blockchain. En contrepartie de ses efforts, il reçoit la récompense de bloc.

Un mécanisme de consensus de la blockchain est un système informatique qui garantit que les participants à un réseau décentralisé peuvent parvenir à un consensus sur les nouvelles données qui intègrent la blockchain.

Étant donné que les blocs Bitcoin et les données de transaction qu’ils contiennent deviennent permanents une fois qu’ils sont ajoutés à la blockchain, il est crucial que ces informations soient valides. 

Par exemple, le réseau doit s’assurer que personne n’essaie de transférer des fonds qu’il ne possède pas ou de « double spend » le même solde en l’envoyant à deux personnes différentes en même temps.

Les mécanismes de consensus aident le réseau à se mettre collectivement d’accord sur ces questions, pour vérifier que les nouvelles transactions suivent les règles du protocole avant qu’elles ne soient ajoutées de manière permanente à la blockchain.

Il existe différents mécanismes de consensus qui peuvent être utilisés sur un réseau basé sur la blockchain, chacun avec sa propre méthode spécifique pour filtrer les utilisateurs malhonnêtes. 

Bitcoin utilise le mécanisme de consensus Proof-of-Work (PoW) — un système qui nécessite de la puissance de calcul et de l’énergie pour s’assurer que les participants agissent au mieux des intérêts du réseau. 

Cette méthode utilise les principes de la théorie des jeux, un domaine des mathématiques qui étudie la façon dont les humains interagissent entre eux. En demandant aux participants de mettre en jeu des intérêts — l’achat de l’équipement et les coûts de fonctionnement — le système Proof-of-Work dissuade les acteurs malintentionnés de tenter de corrompre le réseau.

Pour en savoir plus sur le Proof-of-Work et les autres types de mécanisme de consensus, lisez notre article du Centre d’apprentissage de Kraken intitulé Qu’est-ce qu’un mécanisme de consensus de la blockchain ?

Les hachages sont des codes de longueur fixe créés lorsqu’une personne exploite une entrée au moyen d’une fonction de hachage cryptographique.

Les fonctions de hachage cryptographique sont en quelque sorte des machines à code magiques qui peuvent utiliser n’importe quel élément, d’une simple lettre à toute une encyclopédie, pour le transformer en un code de longueur fixe totalement unique et aléatoire.

Au fil des ans, plusieurs types d’algorithmes de hachage sont apparus. Chacun utilise une méthode différente pour transformer des entrées en codes aléatoires.

Le réseau Bitcoin utilise l’algorithme de hachage SHA-256 (hachage sécurisé), à l’origine développé par la National Security Agency (NSA) américaine.

Les hachages SHA-256 sont des codes hexadécimaux d’une longueur fixe de 28 caractères qui contiennent une combinaison de chiffres de 0 à 9 et de lettres de A à F. 

Peu importe la taille de l’entrée, elle générera toujours un code qui aura exactement la même longueur. Par exemple, que l’on exécute le simple mot « Hello » ou l’intégralité du Seigneur des anneaux dans l’algorithme SHA-256, cela produira chaque fois un code de hachage unique de 28 caractères.

Les hachages sont cruciaux dans le processus de minage, parce qu’ils possèdent plusieurs caractéristiques propres.

Les hachages sont :

• Déterministes - La même entrée produira toujours le même code de hachage.

• Unidirectionnels - S’il est facile de transformer une entrée en hachage, il est impossible de savoir quelle était l’entrée en partant du résultat.

• Aléatoires - Les codes de hachage ne ressemblent absolument pas à leur entrée.

• Uniques - Il n’existe pas deux hachages identiques.

La spécificité de ces fonctionnalités tient au fait que, si une personne modifie ne serait-ce qu’une infime partie de l’entrée, le résultat créé sera totalement différent.

À titre d’exemple, si vous modifiez une seule lettre du Seigneur des anneaux, cela produira un tout nouveau code de hachage, méconnaissable par rapport au premier.

Tout le monde peut créer des hachages en exécutant une entrée dans une fonction de hachage cryptographique. Vous pouvez même essayer en utilisant un calculateur de hachage gratuit en ligne.

Pour remporter la compétition de minage de bitcoin et gagner la récompense de bloc, les mineurs doivent créer un hachage comportant une valeur égale ou inférieure à une cible déterminée automatiquement par le protocole Bitcoin lui-même. Cette valeur est appelée le hachage cible.

Chaque hachage cible comportera un certain nombre de zéros à gauche. La quantité de zéro à gauche varie selon la difficulté de minage appliquée, elle aussi automatiquement déterminée par le protocole.

Plus il y a de zéros à gauche du hachage cible, plus il est difficile pour les mineurs de le battre, et inversement.

Par exemple, un hachage cible Bitcoin type ressemblerait un peu à cela :

00000000000a28ba41fe240e0b37

Tandis qu’un hachage cible facile à battre pourrait ressembler à ceci :

000agh3h5g6711deabcc650918d9

Vous avez remarqué qu’il y a nettement moins de zéros à gauche ?

Cela peut sembler anodin, mais ajouter ne serait-ce qu’un zéro à gauche rend la compétition plusieurs centaines de fois plus difficile. 

Imaginez que vous jetiez une pièce en l’air et qu’elle doive retomber sur le côté face trois fois ou vingt fois d’affilée.

Le hachage cible de chaque nouveau bloc de transactions est d’abord diffusé sur le réseau en tant que partie du bloc précédent. Cette information est stockée dans l’en-tête de bloc, la partie du bloc Bitcoin qui stocke des données d’identification importantes.

Une valeur appelée "nonce", l’abréviation de « number used once » (nombre utilisé une seule fois), se trouve également à l’intérieur de l’en-tête de bloc. 

Lorsqu’ils créent un hachage pour gagner le hachage cible, tous les mineurs prennent l’en-tête de bloc du bloc précédent, remplacent le nonce par un nouveau numéro et l’exécutent via l’algorithme de hachage SHA-256. Chaque fois que la valeur nonce est modifiée, elle produit un hachage totalement nouveau.

Comme les mineurs ne peuvent pas savoir quelles entrées produiront quels hachages, battre la cible n’est qu’une question d’essais et d’erreurs. 

Le processus d’estimation et de vérification se poursuit jusqu’à ce qu’un mineur crée un hachage qui comporte au moins le même nombre de zéros à gauche que le hachage cible actuel.

Le mineur gagnant propose ensuite un nouveau bloc de données de transaction à tous les autres mineurs de la blockchain, afin qu’ils le vérifient de manière indépendante. Ces autres mineurs, qui ont perdu la compétition, vérifient de manière indépendante le bloc proposé afin de s’assurer qu’il est valide.

À mesure que la difficulté de minage s’accentue, les coûts associés au minage augmentent également.

Il peut parfois être incroyablement difficile pour un mineur solitaire d’atteindre le seuil de rentabilité.

Beaucoup de mineurs indépendants décident donc de mettre leurs ressources en commun dans ce que l’on appelle des pools de minage.

Les pools de minage partagent leur puissance de traitement et répartissent proportionnellement les récompenses de bloc qu’ils gagnent entre les membres du pool. 

Aujourd’hui, la majorité du minage de bitcoins est effectuée par ces groupes, bien qu’il soit possible de miner des cryptomonnaies depuis chez soi.

La facilité ou la difficulté à remporter la compétition de minage et à gagner la récompense de bloc dépend de trois facteurs essentiels :

1. Taux de hachage.

2. Difficulté du minage.

3. Équipement.

Le taux de hachage est une mesure utilisée pour suivre la puissance de calcul de l’ensemble des mineurs d’un réseau blockchain. En un mot, il combine le nombre de hachages par seconde que chaque mineur produit avec ses machines. 

Cette mesure indique la taille totale du réseau de minage d’une blockchain et son degré de protection face aux attaques de majorité.

Souvent, plus le taux de hachage d’un réseau augmente, plus la difficulté de minage est grande, et inversement.

Pour reprendre l’exemple du Rubik’s cube, plus le nombre des concurrents est élevé, plus les chances de l’emporter sont faibles.

Le protocole Bitcoin intègre une fonctionnalité qui adapte automatiquement la difficulté de la concurrence pour le minage afin de veiller à ce que les mineurs continuent à découvrir de nouveaux blocs aussi près que possible du délai cible de 10 minutes par bloc.

Comme mentionné ci-dessus, les Bitcoins récemment frappés entrent en circulation via des récompenses de bloc chaque fois qu’un mineur réussit à gagner le hachage cible et se voit accorder le droit d’ajouter un nouveau bloc à la blockchain.

Afin de s’assurer que les nouveaux coins n’inondent pas le marché alors que le réseau s’accroît avec un nombre toujours croissant de nouveaux mineurs, un système algorithmique d’ajustement de la difficulté a été codé dans le protocole de Bitcoin par son créateur, Satoshi Nakamoto, avant son lancement pour gérer ce problème.

L’algorithme de difficulté de minage de bitcoin est conçu de telle sorte qu’après 2 016 blocs (environ toutes les deux semaines), le protocole vérifie le temps qui a été nécessaire aux mineurs pour découvrir le hachage gagnant pour chaque bloc et le compare aux 20 160 minutes que cela aurait dû prendre (10 x 2 016). 

En cas d’augmentation soudaine du nombre de mineurs et si les nouveaux blocs sont découverts trop rapidement, l’algorithme augmente la difficulté du hachage cible (en augmentant le nombre de zéros à gauche) afin de ralentir les mineurs. 

À l’inverse, si le nombre de mineurs chute ou s’il leur faut trop longtemps pour découvrir de nouveaux blocs, l’algorithme simplifie les hachages cibles suivants (en réduisant le nombre de zéros à gauche).

C’est comme si on ajustait la difficulté du Rubik’s cube en augmentant ou en réduisant le nombre des lignes du cube.

Par exemple, un cube de 3x3 serait bien plus simple à résoudre qu’un cube de 5x5, et ainsi de suite.

Pour prendre un avantage concurrentiel sur les autres participants au réseau, beaucoup de mineurs utilisent des rigs de minage à circuits intégrés destinés à des applications spécifiques (Application-Specific Integrated Circuits ou ASIC). Ces machines peuvent générer des centaines de millions de hachages par seconde et être exécutées en parallèle pour augmenter les chances de leur propriétaire de remporter les récompenses de bloc.

Plusieurs grandes entreprises, dont Riot Platforms, Marathon Digital et CleanSpark Inc., exploitent actuellement de gigantesques installations de minage de crypto-monnaies contenant des milliers de machines de minage ASIC.

L’arrivée de ces équipements plus conséquents a largement augmenté le taux de hachage global du bitcoin, rendant toujours plus difficile de découvrir de nouveaux blocs.

Chacun peut voir le taux de hachage du bitcoin à un instant T en consultant divers graphiques de taux de hachage en ligne gratuits.

À mesure que la difficulté de minage s’accentue, les coûts associés au minage augmentent également.

Il peut parfois être incroyablement difficile pour un mineur solitaire d’atteindre le seuil de rentabilité.

Beaucoup de mineurs indépendants décident donc de mettre leurs ressources en commun dans ce que l’on appelle des pools de minage.

Les pools de minage partagent leur puissance de traitement et répartissent proportionnellement les récompenses de bloc qu’ils gagnent entre les membres du pool. 

Aujourd’hui, la majorité du minage de bitcoins est effectuée par ces groupes, bien qu’il soit possible de miner des cryptomonnaies depuis chez soi.

Maintenant que vous savez tout sur le minage de bitcoin, êtes-vous prêt à passer à l’étape suivante de votre expérience crypto ?

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