Comment fonctionne le Bitcoin (sans le jargon)

Un village suisse en 1850. Hans achète une vache à Maria. Trois voisins assistent à la poignée de main. Chaque villageois met à jour son registre mental avant le souper. Aucun notaire ne signe quoi que ce soit, parce que le village lui-même se souvient.

Bitcoin étend ce village à des dizaines de milliers d'ordinateurs. Chacun détient une copie identique de chaque transaction depuis janvier 2009. Ils se synchronisent en temps réel. Personne ne dirige.

La mécanique semble compliquée. Elle ne l'est pas.

Qu'est-ce que la blockchain ?

La blockchain est un registre numérique public de chaque transaction Bitcoin jamais effectuée.

Imaginez une feuille de calcul dont chaque participant au réseau garde une copie. Toutes les quelques minutes, le réseau y ajoute une nouvelle « page » de transactions. Ces pages sont des blocs. Chaque bloc est lié au précédent par des mathématiques, si bien que les pages forment une chaîne.

Cette structure rend le registre immuable. Pour modifier un ancien bloc, vous devez refaire le travail mathématique de ce bloc et de chaque bloc empilé par-dessus, pendant que le reste du réseau continue d'en ajouter de nouveaux. Personne sur Terre ne peut distancer le réseau. Une transaction Bitcoin confirmée est permanente.

Comparez cela à votre banque. La base de données de la banque vit sur ses propres serveurs. La banque peut modifier n'importe quelle ligne. La blockchain Bitcoin est publique, vous pouvez la lire. Elle est distribuée sur des milliers de machines. Elle résiste à la falsification parce que chaque nœud valide chaque bloc.

Vous pouvez consulter chaque transaction confirmée sur un explorateur de blockchain dès maintenant. Pas de compte, pas d'identifiant.

Comment fonctionne le minage

Le minage ajoute de nouveaux blocs à la chaîne. Il remplit deux fonctions à la fois : il sécurise le réseau et il émet de nouveaux bitcoins.

Les mineurs sont des ordinateurs. En pratique, des racks de matériel spécialisé dans des entrepôts proches d'une électricité bon marché. Ils rivalisent pour résoudre une énigme de devinette. Trouver un nombre qui, mélangé aux données du bloc en cours et passé dans une fonction de hachage, produit un résultat inférieur à une valeur cible. Il n'existe aucun raccourci. Deviner, vérifier, échouer, deviner encore, des milliards de fois par seconde.

Le premier mineur qui tombe sur une solution valide diffuse le bloc. Les autres nœuds le vérifient en quelques millisecondes. S'il est valide, le bloc rejoint la chaîne. Le mineur gagnant encaisse la récompense de bloc (actuellement 3,125 bitcoins fraîchement émis) plus tous les frais de transaction contenus dans ce bloc.

La compétition se réinitialise. La course suivante commence.

Tous les 2 016 blocs (environ deux semaines), le réseau ajuste la difficulté de l'énigme pour que les blocs continuent d'arriver en moyenne toutes les 10 minutes, quelle que soit la puissance de hachage qui rejoint ou quitte le réseau. Cette cible de dix minutes n'est pas un défaut. Elle laisse à un nouveau bloc le temps de se propager aux nœuds de Zurich, Tokyo et Buenos Aires avant la fin de la course suivante.

Comment une transaction fonctionne réellement

Quand vous envoyez du Bitcoin, votre portefeuille exécute une petite chorégraphie en coulisses. Connaître les étapes rend l'attente moins mystérieuse.

Étape 1 : votre portefeuille construit la transaction. Il rédige une instruction numérique : « envoyer 0,01 BTC de cette adresse à cette autre adresse ». Il choisit aussi lesquelles de vos « pièces » dépenser. Le nom technique est UTXO, unspent transaction outputs (sorties de transaction non dépensées). Traitez-les comme des billets physiques dans votre portefeuille. Payez un article à CHF 30 avec un billet de CHF 50 et vous recevez de la monnaie. Bitcoin fait la même chose.

Étape 2 : vous signez avec votre clé privée. Votre clé privée est un nombre secret que vous seul détenez. Votre portefeuille l'utilise pour produire une signature qui prouve que vous avez autorisé cette transaction précise. La clé privée ne quitte jamais votre appareil. Vous prouvez la propriété sans montrer le secret. C'est l'une des pièces les plus ingénieuses de la conception de Bitcoin.

Étape 3 : votre portefeuille diffuse la transaction signée. Il envoie les octets aux nœuds voisins. Chaque nœud vérifie la signature, confirme que les entrées ne sont pas dépensées et transmet la transaction à ses voisins. En quelques secondes, la transaction atteint des nœuds sur chaque continent.

Étape 4 : un mineur l'intègre dans un bloc. Les mineurs puisent les transactions dans le mempool (la salle d'attente des transactions non confirmées) et privilégient celles qui paient les frais les plus élevés par octet.

Étape 5 : les confirmations s'accumulent. Le bloc qui contient votre transaction compte pour une confirmation. Chaque bloc construit par-dessus en ajoute une autre. Une confirmation suffit pour la plupart des achats. Six confirmations, environ une heure, satisfont la contrepartie la plus paranoïaque.

La plupart des commerçants acceptent une ou deux confirmations pour les montants courants. Attendez six confirmations si vous déplacez une somme importante.

Clés privées et clés publiques : l'analogie de la boîte aux lettres

C'est ici que la plupart des débutants trébuchent. Ils ne devraient pas.

Votre portefeuille génère deux nombres liés mathématiquement.

La clé publique (et l'adresse qui en dérive) est la fente de votre boîte aux lettres. Vous pouvez peindre l'adresse sur la porte d'entrée. N'importe qui peut y déposer du Bitcoin.

La clé privée est la seule clé de la boîte. Détenez-la et vous pouvez dépenser ce qu'elle contient. Perdez-la et les coins sont perdus. Confiez-la à quelqu'un d'autre et les coins lui appartiennent.

Le lien entre les deux clés ne fonctionne que dans un sens. Votre portefeuille dérive la clé publique de la clé privée par une arithmétique simple. Inverser le processus est mathématiquement infaisable avec n'importe quel ordinateur qui existe ou existera dans un avenir prévisible.

Une clé privée est un nombre de 256 bits. Vous la verrez généralement sous la forme de 64 caractères hexadécimaux ou, plus souvent, d'une phrase de récupération de 12 ou 24 mots. La phrase de récupération est la forme lisible par un humain. Gardez-la comme vous garderiez la combinaison d'un coffre contenant tout ce que vous possédez.

Qu'est-ce que la preuve de travail ?

La preuve de travail est la raison pour laquelle réécrire l'histoire de Bitcoin ruinerait quiconque s'y essaierait.

La règle est brutale. Pour ajouter un bloc, un mineur doit fournir un travail de calcul réel qui consomme de l'électricité dans du matériel spécialisé. Le reste du réseau vérifie ce travail en quelques millisecondes. Produire le travail la première fois coûte de l'argent réel.

Imaginez maintenant un attaquant qui veut annuler un paiement effectué il y a six mois. Il doit refaire la preuve de travail de ce bloc, puis de chaque bloc construit depuis, tout en suivant le rythme du réseau honnête qui continue d'empiler de nouveaux blocs. Le réseau Bitcoin tourne actuellement à plus de 900 exahashes par seconde, et s'approche du zettahash (taux de hachage sur mempool.space). Contrôler la moitié de cette puissance de hachage coûterait des milliards de dollars en machines et assez d'électricité pour éclairer un petit pays. Aucun attaquant réaliste ne peut tirer profit de ce calcul.

Bitcoin appelle cela la « sécurité par le coût ». Le minage honnête rapporte plus que la triche, donc les mineurs restent honnêtes.

La preuve de travail consomme de l'énergie à dessein. Cette dépense d'énergie est la sécurité. Vous pouvez débattre de savoir si l'échange en vaut la peine. Vous ne pouvez pas soutenir que le mécanisme ne remplit pas sa fonction.

Pourquoi Bitcoin est-il parfois lent ou cher ?

Bitcoin place la sécurité et la décentralisation avant la vitesse. Connaître ce compromis vous aide à choisir le bon outil pour chaque tâche.

Chaque bloc transporte environ 1 à 4 mégaoctets de données de transaction et un nouveau bloc arrive toutes les 10 minutes. Le débit est fini par conception.

Quand peu de gens veulent transiger, les frais tombent à quelques centimes. Quand la demande explose pendant les hausses de prix, les gros mouvements on-chain ou les vagues d'activité NFT et de tokens, l'espace des blocs se remplit et les frais peuvent atteindre des dizaines de dollars pour une transaction que vous voulez voir confirmée rapidement.

C'est le plafond connu de la couche de base. Pour les petits paiements du quotidien, votre café chez Sprüngli, partager une addition, donner un pourboire à un créateur en ligne, le Lightning Network existe. Lightning repose sur Bitcoin et achemine des paiements quasi instantanés à travers des canaux que vous ouvrez avec des contreparties. Le chapitre 10 détaille le fonctionnement de Lightning en pratique.

Gardez ce modèle mental. La couche de base de Bitcoin sert au règlement, le transfert de valeur final et irréversible. Lightning et les autres secondes couches servent aux paiements, bon marché et rapides. Faites correspondre la couche au cas d'usage et Bitcoin devient une monnaie pratique.

Une note sur la consommation d'énergie

La preuve de travail de Bitcoin consomme beaucoup d'électricité. Les critiques comparent sa consommation à celle de petits pays. Les défenseurs pointent la sécurité qu'elle achète et la part du minage alimentée par de l'énergie excédentaire ou renouvelable.

Le Cambridge Centre for Alternative Finance suit la consommation dans son indice public (CBECI). Ses estimations récentes situent la consommation annuelle de Bitcoin dans la fourchette basse des centaines de térawattheures, soit moins d'un demi pour cent de la production mondiale d'électricité. L'extraction de l'or et la banque traditionnelle consomment chacune des quantités comparables ou supérieures quand on les compte honnêtement.

Ce débat concerne les résidents suisses parce que les régulateurs européens gardent la preuve de travail à l'œil. L'UE a envisagé des restrictions lors de son débat sur MiCA et les a abandonnées au dernier moment. Attendez-vous à ce que la controverse continue à mesure que les mineurs chassent les énergies renouvelables sans débouché et que le profil énergétique évolue.

Note sur les risques

Les paiements Bitcoin ne peuvent pas être annulés. Pas de rétrofacturation, pas de comité de litige, pas de service d'assistance à appeler. C'est la fonctionnalité que vous voulez quand la censure menace. C'est aussi pourquoi une faute de frappe dans une adresse vous coûte l'argent.

La confirmation en 10 minutes et les frais variables signifient que Bitcoin n'est pas toujours le bon rail. Choisissez votre moment.

À retenir

• La blockchain est un registre public détenu par des milliers d'ordinateurs. Chaque transaction reste visible et permanente.
• Le minage émet de nouveaux bitcoins et rend la triche plus coûteuse que l'honnêteté.
• Votre clé privée est votre propriété. Perdez-la, perdez les coins.
• La preuve de travail convertit l'électricité en sécurité. Cette conversion est tout l'enjeu.
• La couche de base ralentit quand elle est chargée. Lightning gère les petits paiements rapides.

Résumé du chapitre

• Des milliers d'ordinateurs dans le monde maintiennent un registre public partagé. Une fois qu'une transaction est confirmée, personne ne la défait.
• Le minage est une course. Des ordinateurs résolvent des énigmes de hachage pour ajouter des blocs et gagner des récompenses en Bitcoin. La course crée de nouveaux coins et verrouille le réseau.
• Chaque transaction porte une signature issue de votre clé privée. Vous pouvez partager la clé publique et l'adresse avec n'importe qui. La clé privée ne quitte jamais votre appareil.
• La preuve de travail rend l'attaque du réseau plus coûteuse que la participation honnête, et c'est de là que vient la sécurité de Bitcoin.
• L'espace des blocs est limité et la demande fluctue. Les frais montent quand le réseau est chargé. Lightning vous offre un rail moins cher pour les petits paiements.

Références

• Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System. bitcoin.org
• Antonopoulos, A. (2017). Mastering Bitcoin. O'Reilly
• Narayanan, A. et al. (2016). Bitcoin and Cryptocurrency Technologies. Princeton University Press
• Graphiques Blockchain.com : taille moyenne des blocs et délais de confirmation
• Cambridge Centre for Alternative Finance : Bitcoin Electricity Consumption Index