Comment fonctionne le minage de Bitcoin ?

Principaux points à retenir :

• Le minage de bitcoins est le processus qui consiste à découvrir de nouveaux blocs, à vérifier les transactions et à les ajouter à la blockchain du bitcoin.
• Chaque fois qu’un nouveau bloc est découvert, le mineur qui a réussi se voit accorder le droit de remplir ce bloc avec de nouvelles données de transaction.
• En contrepartie du temps et des ressources qu’ils consacrent à cette tâche, les mineurs gagnants reçoivent une quantité gratuite de bitcoins nouvellement frappés, appelée « récompense de bloc », ainsi que tous les frais liés aux transactions qu’ils stockent dans les nouveaux blocs.
• Le processus consistant à donner aux mineurs gagnants des bitcoins nouvellement frappés est exclusivement la façon dont les nouvelles pièces entrent en circulation.

Pourquoi miner des bitcoins ?

Il y a deux raisons principales pour lesquelles une personne, ou une entreprise, voudrait miner une crypto-monnaie comme le bitcoin.

1. Pour avoir une chance de gagner des récompenses en blocs de bitcoins (ce qui, en 2022, équivaut à 6,25 bitcoins – environ 210 000 $, au moment de l’impression). De nouveaux blocs sont découverts environ une fois toutes les 10 minutes.
2. Participer à la sécurisation et à la maintenance du réseau décentralisé Bitcoin.

Comment les mineurs de bitcoin découvrent-ils les nouveaux blocs ?

Afin de valider et d’ajouter de nouvelles transactions à la blockchain, les mineurs doivent se faire concurrence à l’aide d’équipements informatiques spécialisés. Ils utilisent leur équipement pour générer des codes de longueur fixe appelés « hachages » (voir ci-dessous). Afin de découvrir le prochain bloc, les mineurs doivent générer un hachage qui a un nombre de zéros devant lui égal ou supérieur au « hachage cible ».

Le hachage cible est un code hexadécimal à 64 chiffres (comprenant les chiffres 0 à 9 et les lettres A à F) que tous les mineurs essaient d’obtenir en dessous afin de découvrir le bloc suivant.

Comme point de départ, tous les mineurs prennent les données du bloc précédent, appelé « en-tête de bloc », qui contient des éléments tels que l’horodatage du bloc, le hachage des données du bloc précédent et un espace vide appelé « nonce cryptographique ». La plupart des données de l’en-tête de bloc sont fixes, ce qui signifie qu’elles ne peuvent pas être modifiées, à l’exception du nonce. Un nonce signifie « un nombre utilisé une seule fois » et est la partie de l’en-tête du bloc précédent que les mineurs sont autorisés à modifier. N’oubliez pas qu’il suffit de modifier un seul bit de l’entrée pour obtenir un hachage totalement différent.

Le problème est que les hachages sont générés de manière totalement aléatoire, ce qui signifie qu’il est impossible pour les mineurs de savoir quels seront les hachages avant de les générer. Il s’agit donc d’une simple question d’essais et d’erreurs jusqu’à ce que quelqu’un trouve la bonne valeur de nonce – connue sous le nom de « nonce d’or ».

C’est la raison pour laquelle les mineurs doivent investir dans des ordinateurs à forte consommation d’énergie, en particulier les mineurs à circuit intégré spécifique à une application (ASIC), qui peuvent générer des trillions de hachages par seconde.

Une façon simple de penser au minage de bitcoins est d’imaginer que chaque nouveau bloc est un coffre au trésor avec une serrure à combinaison. Pour obtenir la récompense gratuite du bloc de bitcoins à l’intérieur et gagner le droit d’y ajouter de nouvelles données de transaction (et percevoir les frais associés), vous devez continuer à tourner l’une des roues à chiffres de la serrure (le nonce) jusqu’à ce que vous craquiez la combinaison (le hachage cible.)

Voici un exemple de ce à quoi pourrait ressembler un hachage cible :

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Pour voir à quel point il est difficile de générer un hachage avec plus de zéros à l’avant que le hachage cible ci-dessus, essayez de créer vous-même un hachage gagnant avec ce générateur de hachage en ligne gratuit. Tapez simplement ce que vous voulez dans la zone de texte prévue à cet effet et voyez si cela produit un hachage avec plus de 17 zéros au début !

Qu’est-ce qu’un hash ?

Un hash est une fonction mathématique cryptographique qui convertit tout message ou toute entrée de données en un code de longueur fixe. Pensez-y comme à une technique de cryptage où les messages sont mathématiquement transposés en une séquence de chiffres et de lettres d’une longueur fixe.

Les sorties ont des longueurs fixes pour qu’il soit impossible de deviner la taille de l’entrée. Par exemple, le hachage du mot « hi » serait exactement de la même longueur que le hachage du texte entier d’un livre de Harry Potter.

Ces fonctions de hachage sont irréversibles, ce qui signifie qu’il est impossible de ramener le hachage à son entrée originale. En outre, la même entrée générera toujours la même séquence de lettres et de chiffres. Par exemple, le hachage de « hi » sera le même code à chaque fois. Chaque code généré est également totalement unique, ce qui signifie qu’il est impossible de produire le même hachage avec deux entrées différentes.

Dans le cas de Bitcoin, la blockchain utilise l’algorithme de hachage sécurisé 256 ou SHA 256 pour générer une sortie de 256 bits ou 64 caractères de long, quelle que soit la taille de l’entrée.

Le minage de bitcoins est-il rémunérateur ?

Pour chaque nouveau bloc ajouté à la blockchain, le protocole – un ensemble de règles programmées dans Bitcoin – libère une quantité fixe de pièces nouvellement frappées au mineur qui a réussi. Ce système de récompense par bloc sert également de mécanisme de distribution pour le bitcoin.

Dans le cadre des mesures programmées introduites par Satoshi Nakamoto pour diminuer régulièrement le nombre de bitcoins libérés au fil du temps, les pièces attribuées aux mineurs sont réduites environ tous les quatre ans, ou 210 000 blocs, dans un processus connu sous le nom de « Bitcoin Halving ». En 2009, la récompense par bloc était de 50 BTC. Ce chiffre a été réduit à 25 BTC en 2013. La réduction de moitié la plus récente a eu lieu en 2020, et a vu les récompenses par bloc passer de 12,5 BTC à 6,25 BTC.

Notez que le bitcoin a un plafond d’approvisionnement maximal de 21 millions, et que nous avons déjà 18,9 millions de pièces en circulation. Les récompenses de bloc ne seront plus distribuées une fois que 21 millions de BTC auront été mis sur le marché. Une fois que cela se produira, les mineurs ne pourront obtenir de récompenses que sous la forme de frais de transaction en bitcoins.

Même avec cette combinaison de deux sources de revenus, tous les mineurs ne génèrent pas de bénéfices. Pour joindre les deux bouts, les gains d’un mineur doivent dépasser le montant dépensé pour l’électricité et l’achat et l’entretien des appareils de minage. De plus, à mesure que la difficulté de l’exploitation minière augmente, les grandes exploitations minières sont obligées d’agrandir ou de moderniser leur équipement pour conserver un avantage concurrentiel. Pour la plupart des mineurs moyens qui ne peuvent pas se permettre d’investir dans des équipements coûteux, il existe une possibilité de combiner leurs ressources avec d’autres mineurs du monde entier. Chaque mineur accepte de partager les récompenses en fonction des contributions de chacun. Ces réseaux de mineurs sont appelés « pools miniers ».

Il existe cependant quelques rares cas où des mineurs solitaires ont réussi à miner des blocs par eux-mêmes depuis leur domicile.

Difficulté du minage du bitcoin

Une chose importante à savoir sur Bitcoin est que lorsque Satoshi Nakamoto a créé le protocole, il a programmé un temps cible de découverte des blocs de 10 minutes. Cela signifie qu’il devrait falloir environ 10 minutes à un mineur pour réussir à créer le code gagnant pour découvrir le bloc suivant.

Alors comment le réseau s’assure-t-il que de nouveaux blocs sont découverts toutes les 10 minutes ?

Le protocole Bitcoin a la capacité d’augmenter ou de diminuer automatiquement la complexité du processus de minage en fonction de la rapidité ou de la lenteur avec laquelle les blocs sont découverts.

Toutes les deux semaines, le protocole Bitcoin ajuste automatiquement le hachage cible pour rendre plus difficile ou plus facile la recherche de blocs par les mineurs. S’ils prennent trop de temps (plus de 10 minutes), la difficulté s’ajuste à la baisse ; en dessous de 10 minutes, elle s’ajuste à la hausse. Plus précisément, le protocole augmentera ou diminuera le nombre de zéros à l’avant. Cela peut sembler peu, mais le simple fait d’ajouter un seul zéro au hachage cible rend le code nettement plus difficile à battre, et vice versa.

La répression des activités minières en Chine en 2021 a provoqué la plus grande chute de l’histoire de la difficulté du réseau du bitcoin. Par la suite, les mineurs de bitcoins restants ont signalé une augmentation significative de leurs revenus miniers.

Grâce à ce système, le protocole Bitcoin est capable de maintenir les temps de découverte des blocs aussi proches que possible de 10 minutes. Vous pouvez suivre la difficulté de minage de Bitcoin ici.

Lire la suite : Difficulté d’extraction du bitcoin : Tout ce que vous devez savoir

Bien que la participation active au réseau Bitcoin puisse être une entreprise très gratifiante, les exigences en matière d’électricité et de matériel limitent souvent sa rentabilité – en particulier pour les mineurs aux ressources limitées.

Pourquoi le minage de bitcoins consomme-t-il autant d’énergie ?

L’un des principaux inconvénients du bitcoin est l’énorme quantité d’énergie qu’il utilise pour extraire de nouvelles pièces, valider les transactions et sécuriser son réseau. Au moment de l’impression, le taux de hachage de Bitcoin – la mesure de toute la puissance de calcul consacrée au minage de nouvelles pièces – s’élève à 183 exahash (Eh/s.) Cela signifie que les mineurs de bitcoins tentent collectivement de craquer le hachage cible du prochain nouveau bloc 183 quintillions de fois par seconde.

Selon le Cambridge Bitcoin Electricity Consumption Index (CBECI,) cette activité consomme environ 131 TeraWatt heures (TWh) d’électricité par an – ce qui représente plus d’électricité que le pays de l’Ukraine ne consomme pendant la même période.

La principale raison de cette consommation extrême est que chaque fois que le prix du bitcoin augmente, cela encourage de nouveaux mineurs à se joindre à la bataille pour gagner de nouvelles pièces et oblige les équipes existantes à acheter plus de rigs ou à mettre à niveau leur équipement pour rester compétitives. Lorsque cela se produit, la quantité de puissance de calcul utilisée pour miner des bitcoins augmente (le taux de hachage augmente), ce qui, à son tour, amène le protocole bitcoin à augmenter la difficulté afin que les blocs continuent d’être découverts à un rythme régulier toutes les 10 minutes.

Un sous-produit naturel de cette concurrence accrue est une consommation d’énergie plus élevée – plus il y a de machines qui ronronnent pour extraire du bitcoin, plus la consommation d’énergie collective est élevée.