Comme chaque année le bitcoin fait débat dans la sphère publique et médiatique, passant le plus souvent à côté du plus important : sa valeur fondamentale. Dans cet article je présenterai la valeur technologique de la blockchain du Bitcoin, sa politique monétaire et son impact environnemental.

I) Idéologie

L’idéologie de la blockchain Bitcoin est apparue avec les Cypherpunk fervents défenseurs de la vie privée. La blockchain est née de la cryptographie, un algorithme informatique puissant permettant d’effectuer des transactions de façon sécurisée. La cryptographie numérique est apparue dans les années 80’s avec les premières télévisions pour crypter du contenu payant (ex : canal + en 1984). Le bitcoin s’est également inspiré de la b-money et du bitgold fin des années 90’s sur un système d’échange pair à pair (P2P).

“Bitcoin est une implémentation de la b-money proposée par Wei Dai sur la liste de diffusion Cypherpunk en 1998 et du Bitgold proposé par Nick Szabo.”

Satoshi Nakamoto est considéré comme l’inventeur du bitcoin en 2009 ayant miné le premier bloc “Le Genesis”. En réalité nous ne pouvons affirmer avec certitude son identité, il s’agit là d’un pseudonyme, retrouvé dans des listes de mails.

Dans ce premier bloc émis par la blockchain Bitcoin est inscrit “Times 03/Jan/2009 Chancellor on brink of second bailout for banks” : Le ministre des finances britannique au bord d’un second plan de sauvetage pour les banques.

Le problème des généraux byzantins

Satoshi résout le problème des généraux byzantins : métaphore qui traite de la remise en cause de la fiabilité des transmissions et de l’intégrité des interlocuteurs. Les généraux Byzantins campent autour d’une cité ennemie. Ils ne peuvent communiquer qu’à l’aide de messagers et doivent établir un plan de bataille commun, faute de quoi la défaite sera inévitable. Cependant un certain nombre de ces messagers peuvent s’avérer être des traîtres, qui essayeront de semer la confusion parmi les autres. Le problème est donc de trouver un algorithme pour s’assurer que les généraux loyaux arrivent tout de même à se mettre d’accord sur un plan de bataille. Il a été démontré que ce problème des généraux byzantins peut être résolu, si et seulement si plus des deux tiers des généraux (messagers) sont loyaux. Ainsi, un seul traître peut tromper deux généraux loyaux.

La blockchain Bitcoin résout le problème des généraux byzantins en étant un grand livre comptable infalsifiable qui rend inutile l’existence d’un tiers de confiance.

Mécanisme de confiance basé sur un consensus

La blockchain Bitcoin fonctionne par un mécanisme de consensus (du latin consensus, qui signfie “accord”, “adhésion”) de Preuve de Travail (Proof of Work en anglais) permettant d’éviter toutes triches comme par exemple imprimer de la monnaie ou comptabiliser deux fois la même dépense. L’information qui transite dans la blockchain (chaîne de blocs) est vérifiable, infalsifiable et sécurisée grâce à la cryptographie. Les empreintes de transactions (hash) dans chaque bloc sont interconnectées permettant ainsi l’intégrité des données. Le réseau fonctionne par un consensus admis de tous reposant sur une production saine des jetons bitcoins.

L’argument de poids technico-institutionnel des cryptoactifs est résumé par l’idée de « confiance distribuée ». C’est l’idée que la sécurité des transactions est assurée in fine par le réseau P2P lui-même, sans l’intervention d’un tiers de confiance, grâce au contrôle de tout ou partie des pairs (les mineurs).

II) La technologie de la blockchain

La blockchain est un registre distribué (DLT) simultanément enregistré et synchronisé sur un réseau d’ordinateurs. C’est l’ensemble des transactions, regroupées dans des blocs et réparties dans les nœuds du réseau (les pairs), que l’on appelle blockchain (c’est-à-dire le registre comme « chaîne de blocs »).

Bitcoin est le premier DLT décentralisé fonctionnant sur un consensus de minage de blocs reposant sur la cryptographie : SHA-256 (256 bits).

C’est un système de transfert et de vérification de propriété reposant sur un réseau de pair à pair (P2P) sans aucune autorité centrale, conçu en janvier 2009 par un développeur utilisant le pseudonyme Satoshi Nakamoto. Son unité de compte est la monnaie électronique bitcoin (sans majuscule).

Satoshi Nakamoto et d’autres informaticiens ont été les premiers à résoudre le problème de la double dépense, dans un environnement virtuel où tout est copiable et falsifiable. La blockchain est un grand livre de compte dans lequel toutes les transactions sont enregistrées et consultables par tous (DLT public). Chaque personne utilisant le réseau peut donc avoir une copie de ce grand livre.

Le trilemme de la blockchain repose sur la : 

Sécurité – Scalabilité – Décentralisation 

• Le réseau est sécurisé par SHA-256 et le consensus de Preuve de Travail,
• Le réseau est scalable (passage à l’échelle) avec de nouvelles solutions de paiement comme le Lightning Network qui sont en cours d’expérimentation (McDonlad’s, Walmart et 400 000 autres marques) permettant de réduire les frais de transactions,
• Le réseau est décentralisé, non vulnérable aux pannes d’ordinateurs, mais l’exploitation est concentrée, environ 70% du minage est reparti en quelques pools (ViaBTC, F2pool, Antpool…).

Aucune blockchain n’arrive à concilier ces trois fonctions mais toutes tentent de s’en approcher. La blockchain Solana par exemple a sacrifié sa sécurité pour être scalable, les frais étant minimes cela augmente le risque d’attaques (la blockchain a été mise hors ligne de nombreuses reprises). La blockchain Ethereum a quant à elle sacrifié sa scalabilité pour sa sécurité et sa décentralisation.

Idéalement, une blockchain doit avoir une taille critique minimum pour résister à des attaques à 51 %. Mais, dans la réalité, seules quelques projets disposent d’un réseau suffisant pour y faire face : Bitcoin et Ethereum.

Les autres blockchains sont donc vulnérables et sont tentées d’adopter des dispositifs de contrôle, en attendant de pouvoir s’en passer. Des nœuds particuliers peuvent alors être créés dans cette intention, comme les nœuds dits « maîtres » (masternodes) appartenant la plupart du temps aux développeurs. Un nœud maître est un nœud complet (validant les transactions sur le réseau) chargé d’effectuer des tâches spécifiques comme assurer la sécurité du réseau, stabiliser le prix de la monnaie ou encore suggérer des propositions d’évolution du réseau.

La blockchain Bitcoin est une layer 1 (L1), une première couche de réseau, où le consensus, la disponibilité des données et l’exécution (calcul), se déroulent sur la même blockchain, avec un jeton natif pour payer les frais de transactions : ici le bitcoin

III) Comment fonctionne la blockchain Bitcoin ?

a) La Fonction de Hashage

Bitcoin est un protocole informatique avec pour fondamental : la cryptographie, qui est au centre du processus de validation et de vérification des informations échangées au sein d’un réseau, permettant d’assurer la confiance. La cryptographie signifie éthymologiquement “écrire de manière cachée”. C’est un algorithme informatique puissant et utile dans notre quotidien : la voix est chiffrée sur le téléphone portable avant d’être transmise, les données sont authentifiées avant de valider une transaction par carte bancaire, le programme de télévision à péage est crypté pour n’être accessible qu’aux abonnés.

Une fonction de hachage est une fonction spéciale, dans laquelle vous entrez une chaîne de lettres, de chiffres ou d’autres données, comme “Hello world”, et vous obtenez un nombre aléatoire géant : 234394838971009234659

Source : “Inventing Bitcoin: The Technology Behind The First Truly Scarce and Decentralized Money Explained” – Yan Pritzerk

L’output (en sortie) est déterministe : vous obtenez toujours la même sortie pour la même entrée (input). L’entrée peut être un mot, un chiffre, une image …

1. L’output est imprévisible : le changement d’une seule lettre ou l’ajout d’un espace à la chaîne d’entrée (input) changera radicalement le résultat à tel point que vous ne pouvez pas trouver de corrélation avec l’entrée originale.

2. Il est rapide de calculer le hachage pour toute taille de données d’entrée (input), infaisable de trouver deux chaînes de caractères qui correspondent à la même sortie (output) 

3. Étant donné le hachage de sortie de SHA256, il est impossible de revenir à la chaîne d’entrée. Nous appelons cela une fonction à sens unique. (SHA = Secure Hash Algorithm)

4. La sortie est toujours d’une taille spécifique de 256 bits, le nombre possible de sortie est aussi large que le nombre d’atoms dans l’univers (2^256)

b) Le Hashrate

Le hashrate est un taux représentatif de la difficulté de minage actuelle sur le réseau. Plus les mineurs contribuent au minage, plus le hashrate augmente et inversement. 

L’algorithme de Bitcoin ajuste la difficulté temporaire de minage en fonction de ce taux de hashrate. Plus de mineurs contribuent au réseau, plus l’incitation financière est forte donc il devrait y avoir plus de compétition.

Plus la puissance de hachage (de calcul) du réseau est élevée, plus sa sécurité et sa résistance globale aux attaques sont grandes. Bien que la puissance de hachage exacte du bitcoin soit inconnue, il est possible de l’estimer à partir du nombre de blocs minés et de la difficulté actuelle des blocs.

Deux cas : 

1. Lors que le nombre de mineurs est élevé il est plus rare de trouver du bitcoin, ce qui augmente l’incitation financière faisant augmenter le hashrate. La difficulté de hashage est donc plus grande,
2. À l’inverse lorsque l’incitation financière est faible, les mineurs se débranchent du réseau et le hashrate baisse. La difficulté de minage de Bitcoin baisse et il devient plus facile de trouver du bitcoin.

c) Les Blocs

Un bloc est un ensemble horodaté et validé de transactions. Ce bloc contient une preuve de travail : l’énergie électrique dépensée par le mineur pour le produire. Les blocs sont liés entre eux à partir d’un premier bloc de référence (le Genesis Block), de manière à former une chaîne, la chaîne de blocs (blockchain). Chaque bloc dispose d’un identifiant, qui est une empreinte cryptographique unique, issue du hachage des données que ce bloc contient.

Dans une blockchain, toutes les transactions sont traitées sous la forme de blocs devant être validés par des nœuds de réseau avant d’apparaître dans la blockchain et d’être visibles de tous les utilisateurs.

Si quelqu’un essayait de modifier un ancien bloc dans la chaîne, il devrait recalculer le hachage de la preuve de travail du bloc qu’il altère et de chaque bloc suivant. Non seulement la blockchain est inviolable, mais elle est extrêmement coûteuse à modifier.

Toutes les 10 minutes environ, un nouveau bloc est créé, qui contient des Bitcoins nouvellement créés (la «subvention de bloc») plus des transactions (qui incluent les frais de transaction payés par l’entité qui envoie la transaction). La valeur des pièces nouvellement frappées plus les frais de transaction est appelée la récompense globale.

Les Noeuds : Chaque utilisateur peut héberger une copie du registre sur son ordinateur relié au réseau blockchain et utilisant un programme relayant les transactions : c’est ce que l’on appelle des noeuds. Ils conservent une copie du registre blockchain et sont répartis partout dans le monde. Les porteurs de noeuds de réseau toucheront des frais de transaction passant par leur noeuds.

d) Le Consensus de Preuve de Travail (POW)

Le Bitcoin fonctionne avec un mécanisme de consensus de Preuve de Travail (PoW), les mineurs apportent de la puissance de calcul afin de traiter des transactions, sécurisent le réseau et permettent à tous les utilisateurs du système de rester synchronisés. La puissance de calcul permet de résoudre un problème mathématique, et cette solution permet de lier le bloc à la chaîne.

Les gens pensent généralement au consensus dans le contexte d’une composition fixe, comme un jury. Dans ce modèle, le consensus implique que tous les membres doivent être d’accord. Mais comme l’adhésion à Bitcoin est sans permission, il y a toujours un accord complet, comme l’implique l’adhésion. Dans ce modèle, le consensus fait référence à la taille des membres (économie), et non à une condition d’accord.

Un consensus peut se fragmenter ou se consolider. En général, un consensus plus large offre une plus grande utilité et une plus grande sécurité en partageant plus largement les risques.

e) Le Minage

Le processus consistant à jouer à la loterie du consensus de Preuve de Travail pour gagner l’accès à l’écriture au registre Bitcoin connu sous le nom de minage :

1. Toute personne dans le monde qui souhaite participer, peut rejoindre le réseau Bitcoin en connectant son ordinateur,

2. Alice annonce son intention d’envoyer quelques pièces à Bob. Les ordinateurs du réseau échangent entre eux pour diffuser cette transaction à tous les membres du réseau,

3. Tous les ordinateurs qui veulent participer à la loterie commencent à hacher les transactions dont ils ont entendu parler en y ajoutant le numéro de la transaction et en exécutant des fonctions de hachage SHA-256,

4. Toutes les dix minutes en moyenne, un ordinateur trouve un numérode hachage dérivé de ces transactions et gagne à la loterie,

5. Cet ordinateur annonce le numéro gagnant qu’il a trouvé, ainsi que les inputs qu’il a utilisés pour le produire. L’ensemble de ces informations est appelé un bloc,

6. Toutes les autres personnes valident le bloc en vérifiant que les transactions du bloc ainsi que le nonce correspondent bien à ce qui a été revendiqué, que le hachage est bien inférieur au nombre cible, que le bloc ne contient pas de transactions invalides et que l’historique qu’il contient n’est pas en conflit avec des blocs antérieurs,

7. Chacun écrit le bloc dans sa copie du grand livre, en l’ajoutant à la chaîne de blocs existante, produisant ainsi une chaîne de blocs.

C’est un système de loterie. Les équations complexes à résoudre ne sont en réalité que de la puissance de calcul provenant de l’électricité pour faire tourner les machines. Il n’y a pas un utilisateur qui va tenter de résoudre une équation comme en cours de mathématiques.

IV) L’Économie du bitcoin (Tokenomic)

Comme expliqué plus haut, la quantité de bitcoin produite est fonction du nombre de blocs produits par les mineurs, jusqu’à arriver au dernier bloc le numéro 6 929 999, soit en l’an 2140. L’économie du jeton bitcoin repose essentiellement sur la demande. La supply (l’offre) est connue d’avance, désinflationniste avec le processus de halving qui vient raréfier l’offre.

Satoshi a estimé qu’il était impossible de définir un taux d’inflation adapté et que cela introduisait un vecteur d’attaque politique, il a donc décidé de supprimer la prise de décision humaine du processus.

• Nombre de bitcoin en circulation : 19 200 000
• Inflation maitrisée : Environ 3.7%/an
• Halving tous les 4 ans : La récompense des mineurs est divisée par deux → moitié de l’inflation → baisse de l’offre disponible → hausse de la demande → hausse du prix → l’incitation des mineurs demeure toujours, indépendamment des récompenses plus faibles, car la valeur du bitcoin augmente dans le processus.
• Nombre de jetons connus : 21 000 000 en l’an 2140, 99% des bitcoins seront minés en 2040

Une hausse de la demande n’entraine pas une hausse de la production mais une hausse de la demande des mineurs produisant ainsi du bitcoin. À l’inverse du système financier actuel qui imprime de la monnaie en cas de hausse de la demande, diluant mécaniquement la valeur d’une devise (euros, dollars).

Source : https://www.blockchain.com/explorer?view=btc

IV) L’impact environnemental du bitcoin

Pour produire tous ces blocs, de la puissance de calcul est nécessaire. Elle est produite à l’aide de cartes graphiques et d’ordinateurs. Longtemps accusé d’être énergivore il semblerait finalement que le bitcoin tout comme sa capitalisation boursière ne soit qu’un grain de sable en comparaison aux autres secteurs : système financier, minage d’or, transports…

1. Système financier (255 TWh/an) : 600 000 agences bancaires, 3 millions d’ATM, 30 des plus grandes firmes ont financé les producteurs d’énergies fossiles à hauteur de 740 milliards de dollars en 2020 et 2021
2. Minage d’or (240 TWh/an) : Facture énergétique très élevée, pollution de l’air, de l’eau et de la terre (mercure, plomb, acides), déforestation, énormes volumes de déchets
3. Minage de bitcoin (115 TWh/an) :

Sources : https://usbeketrica.com/fr/quel-est-l-impact-ecologique-reel-de-bitcoin

Il faut avoir du recul concernant ces chiffres car le système financier emploie plus de personnes que le bitcoin. Ceci étant, le nombre de mineurs et les pools de minages reviennent aux entreprises et à quelques particuliers. La valeur ajoutée économique issue du bitcoin est difficilement mesurable, il est possible qu’à très long terme, le bitcoin et la cryptomonnaie emploient indirectement autant de personnes que le système financier.

D’où vient l’électricité du minage de bitcoin ?

Les mineurs vont miner là où le prix de l’électricité est le moins chère : ils achètent le surplus d’énergies non utilisés. Le minage de cryptomonnaies achète les surplus des barrages hydrauliques, apportant aux producteurs verts des moyens financiers nouveaux. En retour, cela fait baisser le coût de production et rend l’énergie verte plus compétitive que l’énergie carbonée

• 75 % du minage Bitcoin utilise des énergies renouvelables
• Un seul barrage hydraulique pourrait suffire pour le minage total du bitcoin (Barrage d’Itaipu, entre le Brésil et le Paraguay e110 kwh/an)
• Bitcoin utilise entre 0.15% et 0.35% de l’électricité mondiale
• L’émission de CO2 du bitcoin représente 0.05% de l’émission de gaz carbonique mondiale

“Les cryptomonnaies ne valent rien”

C. Lagarde – Directrice de la Banque Centrale Européenne. Mai 2022

Conclusion

Comme vu tout au long de cet article, la blockchain du Bitcoin repose sur un algortihme puissant qu’est la cryptographie (SHA-256). La blockchain est une technologie sécurisée, transparente (données accessibles par tous) et décentralisée. La difficulté du minage permet de maintenir la régularité du rythme d’émission du bitcoin, une hausse de la demande de bitcoin fait tout simplement augmenter la demande de minage. Et non une hausse de la production pouvant faire baisser sa valeur.

1. Un réseau informatique décentralisé, sécurisé, traçable et résiliant,
2. Une politique monétaire stable et saine,
3. Une production énergétique à 70% verte.

Son système désinflationniste (avec le halving) et son offre connue qui tend vers 21 000 000 (réduction de l’offre avec le temps) permet en partie de maintenir une inflation stable de 3,7%/an. De plus il permet un maillage économique parfait entre l’émission de nouveaux bitcoins et l’achat d’électricité verte non utilisée.