Le Proof of Work (PoW) quid?

Le Proof of Work (PoW), ou preuve de travail en français, est un concept fondamental dans le domaine des crypto et des technologies blockchain. Il représente un mécanisme de consensus utilisé pour valider et sécuriser les transactions effectuées sur une blockchain. 

Le PoW est particulièrement associé à la blockchain Bitcoin, où il a été introduit pour la première fois par le mystérieux créateur du Bitcoin, Satoshi Nakamoto. Depuis lors, le PoW est devenu un pilier central de nombreuses autres blockchains et une pierre angulaire de la confiance et de la sécurité dans le domaine de la crypto. 

Dans cet article, nous explorerons en profondeur ce qu’est exactement le Proof of Work, comment il fonctionne, ainsi que son impact sur l’industrie de la blockchain.

Quel est l’intérêt du Proof of Work ?

Le Proof of Work (PoW) permet de sécuriser et valider les transactions sur une blockchain de manière décentralisée et sécurisée.

Il est capital d’éviter les doubles dépenses dans un écosystème financier décentralisé. Ainsi, pour garantir la confiance des utilisateurs, il est impératif de prévenir toute falsification des transactions.

En réalité, si le problème de la double dépense n’était pas résolu par le biais du Proof of Work, le bitcoin serait semblable à un fichier musical pouvant être copié et distribué à volonté. Dans ce cas, sa valeur serait totalement insignifiante, puisque tout individu pourrait le dépenser en sa guise de manière illimitée.

En permettant à des personnes tierces appelées mineurs, de participer au processus de validation des transactions, le PoW favorise la décentralisation de la blockchain. Cela signifie qu’aucune entité unique n’a le contrôle total de la blockchain, ce qui renforce sa résilience et sa fiabilité.

Les mineurs sont soumis à la résolution d’un problème mathématique complexe pour avoir le privilège de valider une transaction. Ils doivent y consacrer une puissance de calcul importante. A la suite de cette résolution, il présente à ses pairs une preuve de travail. Ces derniers la vérifient pour s’assurer de sa validité. 

Ce processus se répète environ toutes les dix minutes et aboutit à la création des nouveaux bitcoins. Une fois qu’un mineur trouve une solution valide, il obtient la récompense des unités des crypto-monnaies nouvellement créées. Cette incitation financière encourage la participation continue des mineurs, et maintient le réseau sécurisé et opérationnel. 

Comment fonctionne le Proof of Work ? 

Vous l’avez compris, Le Proof of Work (preuve de travail) fonctionne en obligeant les mineurs à résoudre des problèmes mathématiques complexes pour valider et ajouter des blocs de transactions à la blockchain.  

Le concept de preuve de travail a été introduit par Cynthia Dwork et Moni Naor dans un article de recherche en 1993, où il était utilisé pour lutter contre le spam électronique et les attaques par déni de service. 

L’idée était que les utilisateurs devraient prouver qu’ils ont effectué un certain travail (comme résoudre un puzzle mathématique) avant d’envoyer un courriel, ce qui rendrait les attaques coûteuses et inefficaces pour les spammeurs.

En 1997, Adam Back a proposé le concept de “Hashcash”, un système de preuve de travail similaire, comme moyen de lutter contre le spam électronique. Hashcash utilisait une fonction de hachage cryptographique pour créer des preuves de travail.

L’histoire du Proof of Work (PoW) remonte au concept même de la preuve de travail dans les systèmes informatiques. Mais son utilisation spécifique dans les crypto-monnaies comme le Bitcoin est plus récente.

C’est en Octobre 2008 que le concept de preuve de travail a été popularisé avec la publication du livre blanc de Bitcoin sous le pseudonyme de Satoshi Nakamoto. Dans ce document, Nakamoto a proposé l’utilisation du PoW comme mécanisme de consensus pour valider et sécuriser les transactions dans un réseau décentralisé de pairs (la blockchain). 

La fonction SHA-256 est utilisée dans le calcul de la preuve de travail du bitcoin. Satoshi Nakamoto avait lui-même cité l’utilité des travaux d’Adam Back dans le livre blanc du bitcoin.

Le hashcash et le PoW

Hashcash est un système de preuve de travail qui repose sur l’utilisation d’une fonction de hachage cryptographique, le SHA-256 (Secure Hash Algorithm 256 bits). C’est une fonction qui prend un fichier d’une taille quelconque en entrée et produit une chaîne de caractères de taille fixe en sortie, de 256 bits ou 64 caractères hexadécimaux.

Le SHA-256 a la propriété intéressante de produire une sortie unique et imprévisible pour chaque entrée différente. Ainsi, une simple modification dans le fichier d’entrée entraînera une sortie complètement différente. Cela permet d’associer de manière unique un bloc de données à sa valeur de hachage.

Le (PoW) est étroitement lié à la fonction de hachage SHA-256. Dans le contexte du PoW, SHA-256 est utilisé pour créer une empreinte numérique ou un hash des données à valider. Les mineurs travaillent pour trouver un nonce (un nombre arbitraire). Lorsque ce nombre est combiné avec les données du bloc, il génère une empreinte numérique qui satisfait à certaines conditions définies par le protocole.

Cette empreinte numérique doit répondre à des critères spécifiques de difficulté. La difficulté est ajustée régulièrement pour maintenir un taux de création de blocs constant. 

SHA-256 est utilisé dans le PoW car il produit des empreintes numériques qui sont difficiles à prédire et à inverser. Cela garantit que chaque nouvelle empreinte numérique est unique et que les mineurs doivent effectuer un travail réel (en consommant de l’énergie) pour trouver une solution valide, ce qui garantit la sécurité et l’immutabilité du réseau.

En dehors du Bitcoin, il existe d’autres crypto, tels que Ethereum classique, DASH, Zcash, Dogecoin, Litecoin qui utilisent le proof of work. 

Exemple d’un hash SHA-256 

Vous pouvez essayer de générer votre hash en consultant ce lien hash SHA256 Générator. 

Rappelez-vous qu’une simple modification dans la phrase : “Je suis Bref Crypto”, génère un hash complètement différent. Essayons de mettre la première lettre “J” en minuscule et obtenons la phrase “je suis Bref Crypto”, puis générons le hash. Nous obtenons ce qui suit :

Que dire sur le mining ou le minage ?

En termes simples, le fonctionnement du PoW est relativement simple et a engendré le concept de minage. En effet, tel qu’expliqué précédemment, les mineurs, qui sont des acteurs du réseau, chargés de valider et d’enregistrer les transactions, doivent résoudre des problèmes mathématiques complexes.

Ces problèmes nécessitent une puissance de calcul considérable. Ils sont conçus de manière à ce que leur résolution prenne du temps et des ressources. Une fois qu’un mineur a résolu avec succès le puzzle, il peut ajouter un nouveau bloc de transactions à la blockchain. Il est ensuite récompensé par des crypto-monnaies nouvellement créées. Tout ce procédé constitue en soi le minage. 

En effet, la participation des mineurs à la résolution des problèmes complexes constitue le minage ou mining. A la suite d’une résolution valide des ces problèmes, des nouveaux bitcoins sont créés. Tout comme lorsqu’à la suite des efforts physiques considérables, les mineurs trouvent de l’or dans les mines. 

Un système de monnaie décentralisée a besoin de ce mécanisme pour assurer la fiabilité des transactions. Ainsi, la fonction de mineurs est ouverte à tout le monde. Il suffit d’avoir en sa possession du matériel informatique adéquat.

Au delà des bitcoins nouvellement créées que le mineurs perçoivent à la suite de la solution du problèmes, ils perçoivent aussi les frais de transactions des utilisateurs 

Actuellement les mineurs des bitcoins sont récompensés de 6.25 BTC; une somme équivalente à 438 100 dollars au prix du 5 Avril 2024. Bientôt cette somme sera réduite de moitié à la suite du halving qui aura lieu ce 20 Avril 2024. 

Pool de minage 

Plutôt que de miner individuellement, les mineurs rejoignent un pool où ils combinent leurs ressources de calcul pour augmenter leurs chances de trouver des solutions aux problèmes. Ainsi, dans un pool de minage, un mineur reçoit une part des récompenses proportionnelle à sa contribution au travail total accompli par le pool. 

Cela garantit une distribution plus régulière des récompenses, même pour les mineurs avec une puissance de calcul plus faible. 

Les pools de minage offrent également des avantages en termes de stabilité et de régularité des revenus pour les mineurs. Ils réduisent la variance des récompenses par rapport au minage en solo. De plus, les mineurs débutants peuvent rejoindre un pool pour bénéficier de l’expertise et de l’infrastructure existantes.

Cependant, l’inconvénient des pools de minage réside dans le partage des récompenses. Les frais de gestion du pool et la répartition des récompenses peuvent réduire légèrement le rendement global du minage pour les participants.

En bref, Un pool de minage est un regroupement de mineurs qui collaborent pour résoudre les problèmes complexes et valider les blocs de transactions. Dans un pool de minage, les récompenses sont partagées de manière équitable. 

Proof of Work et Sécurité

Le PoW présente plusieurs avantages en termes de sécurité. Ce processus rend les attaques de type “double dépense” extrêmement difficiles. En effet, pour altérer une transaction déjà enregistrée dans un bloc de la blockchain, un attaquant devrait non seulement modifier ce bloc, mais également recalculer tous les blocs suivants. C’est un procédé qui nécessiterait une puissance de calcul colossale et serait pratiquement impossible à réaliser en pratique.

Le PoW dissuade les attaques de type “51%”. Ces attaques surviennent lorsque plus de la moitié de la puissance de calcul du réseau est contrôlée par un seul acteur malveillant. 

Avec le PoW, un tel attaquant aurait besoin de disposer de plus de 51% de la puissance de calcul totale du réseau pour réussir cette attaque. Cette exigence rend cette forme d’attaque extrêmement coûteuse et peu pratique. 

De plus, toutes les transactions sont enregistrées et sécurisées par le chiffrement asymétrique dans un registre dont les copies sont distribuées à des milliers d’ordinateurs répartis dans le monde entier.

En somme, le Proof of Work est un mécanisme de consensus robuste. Il assure la sécurité et la confiance dans les réseaux de crypto décentralisés. En rendant les attaques informatiques économiquement irréalisables, il garantit l’intégrité des transactions. De plus il protège les utilisateurs contre la fraude et la manipulation.

Les limites du Proof of Work

Le PoW nécessite une quantité importante de puissance de calcul. Il en résulte une consommation énergétique considérable, souvent critiquée pour son impact environnemental. 

Selon une étude de l’université de Cambridge, le processus de minage du Bitcoin consomme une quantité d’énergie pouvant atteindre 121,36 TWh (térawattheures). Une consommation similaire à la consommation énergétique annuelle de l’Argentine.

Cette consommation d’énergie élevée pose des questions sur la durabilité du PoW, notamment dans un contexte de préoccupation croissante concernant le changement climatique.

A la création du bitcoin, des particuliers pouvaient miner avec un simple ordinateur. Mais la blockchain bitcoin prend de l’ampleur. Le nombre de mineurs augmente, et la complexité du calcul augmente. 

A la suite de cela, une réelle concurrence est née entre les mineurs. Ils cherchent à tout prix à se procurer les matériels informatiques les plus performants et les plus puissants. L’objectif étant de résoudre le problème en premier et gagner des bitcoins. Ce qui aboutit à la confection des machines pouvant atteindre une consommation excessive d’énergie.

En outre, le processus intensif de calcul du PoW peut entraîner des délais et des frais de transaction élevés. Il limite l’évolutivité des blockchains basées sur ce mécanisme de consensus. 

Ces limitations deviennent particulièrement évidentes à mesure que la demande de transactions sur la blockchain augmente. Ils peuvent compromettre l’accessibilité et l’efficacité du réseau.

Un risque de centralisation 

Le PoW tend à favoriser la centralisation du pouvoir de minage. Cela se remarque entre des acteurs disposant de ressources financières et techniques importantes. En effet, cette concentration du pouvoir peut compromettre la décentralisation et la sécurité du réseau. Elle augmente le risque d’attaques potentielles. Il peut s’agir par exemple de l’attaque des 51% tel que nous l’avons dit plus haut.

Ethereum Classic et Bitcoin Gold en ont été victimes. Entre 2018 et 2020, les deux réseaux ont subi des attaques 51% à plusieurs reprises. Certaines blockchains, comme Ethereum, ont dû changer de protocole de fonctionnement. Ils ont dû migrer vers le proof of stake, qui est moins exigent en terme de consommation énergétique. 

Conclusion 

En somme, le Proof of Work a joué un rôle crucial dans le fonctionnement des systèmes blockchain. Dans le Bitcoins en particulier il a permis de résoudre le problème de la double dépense. De plus, il a permi d’assurer la sécurité et la confiance dans les transactions en ligne. 

Cependant, malgré ses avantages, le Proof of Work présente également des inconvénients. On a noté sa consommation énergétique élevée et son impact environnemental potentiellement négatif. 

Des alternatives telles que le Proof of Stake émergent pour répondre à ces défis. Elles viennent repenser la manière dont les blockchains sécurisent leurs réseaux. 

Dans l’ensemble, le Proof of Work a ouvert la voie à une réflexion plus large sur les mécanismes de consensus. Il offre une vue évoluée sur la durabilité des systèmes blockchain à l’avenir.