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Qu’est-ce que le minage de Bitcoin ?

Disques durs informatiques

La cryptomonnaie possède son propre vocabulaire que seuls les initiés comprennent. Parmi ce jargon, on trouve par exemple la notion particulière de minage et de mineurs. Dans le contexte de la crypto, le minage n’a rien à voir avec l’activité industrielle qui vise à creuser sous la terre. Pour autant, l’idée du minage de crypto n’est pas si éloignée du minage industriel classique. Si vous vous intéressez à la crypto, vous devez connaître le minage. C’est une activité essentielle pour la tenue et le développement du réseau d’une crypto comme le Bitcoin. Découvrez les grandes lignes du minage.

Qu’est-ce que le minage ?

Commençons par une explication généraliste du minage de Bitcoin.

Principe du minage

Le Bitcoin est indissociable de la notion de blockchain. La blockchain est le registre officiel (et public) de toutes les transactions Bitcoin. Les transactions Bitcoin sont regroupées en « blocs » numériques de 1 Mo. La blockchain représente une chaîne de blocs, c’est-à-dire l’ensemble des transactions. Le minage intervient au niveau de la validation d’un bloc.

Pour mieux comprendre, faisons la comparaison avec la monnaie fiat. Lorsque vous achetez un produit par carte bancaire, vous mettez votre carte dans un terminal de type TPE. Pour valider la transaction, le TPE interroge le serveur de votre banque pour vérifier que vous possédez les fonds disponibles. Une fois que c’est fait, l’opération est validée et vous êtes propriétaire de l’objet en question.

Puisque le Bitcoin fonctionne avec un système décentralisé, il n’y a pas d’organisme qui joue le rôle d’intermédiaire comme le ferait votre banque classique. C’est là qu’interviennent les mineurs.

La compétition entre les mineurs

Qui sont ces fameux mineurs ? Ce sont des personnes qui font partie de la communauté Bitcoin et qui possèdent des puissances de calcul importantes pour réaliser la validation. Valider un bloc consiste à résoudre un problème mathématique.

Pour chaque bloc créé, une compétition interne s’organise entre les mineurs. Plusieurs mineurs s’affrontent jusqu’à ce que l’un d’entre eux trouve la solution mathématique. À ce moment-là, le bloc est validé et le gagnant empoche une récompense en bitcoins pour son travail. La probabilité de résolution d’un bloc Bitcoin suit une loi gaussienne. En moyenne, un bloc est créé et validé toutes les 10 minutes dans la blockchain Bitcoin.

La compétition est d’autant plus rude que les récompenses sont importantes. Le réseau Bitcoin est ainsi fait qu’il prévoit une rémunération des mineurs. Cette rémunération diminue avec le temps afin de réguler le nombre de jetons (limités) en circulation. Le Halving est un phénomène qui apparaît tous les 210 000 blocs (soit environ tous les quatre ans) et qui consiste à diviser la récompense des mineurs par deux. Au début de l’aventure Bitcoin, les mineurs recevaient 50 bitcoins à chaque fois qu’ils réussissaient à valider un bloc. Puis cette prime a été portée à 25 BTC, puis à 12,5 BTC et depuis mai 2020, elle est de 6,25 BTC.

Certains mineurs s’associent en équipe pour mettre en commun leur puissance de calcul et augmenter leur chance de résoudre l’équation rapidement. Il existe désormais des centres entiers destinés au minage de Bitcoin en Asie par exemple. Autrement dit, un mineur isolé a très peu de chance de réussir. Le minage est donc une activité qui vise à résoudre une équation mathématique complexe qui nécessite une importante puissance de calcul.

Quelques chiffres importants à connaître sur le minage de Bitcoin

À l’heure actuelle, la Chine mène la danse en matière de puissance de calcul dédiée au minage (appelée hashrate). La Chine possède environ 65 % du hashrate mondial, suivie par les États-Unis (7 %), la Russie (7 %), le Kazakhstan (6 %), la Malaisie (4 %) et l’Iran (3 %).

L’énorme capacité de calcul nécessaire pour faire du minage et la compétition internationale que se livrent les mineurs (ou équipes de mineurs) posent la question des ressources. En effet, le minage est une activité extrêmement énergivore. Par exemple, en 2020, l’énergie électrique nécessaire pour le minage représente une puissance d’environ 7 GW. La puissance d’un réacteur nucléaire français standard se situe entre 900 MW et 1500 MW (pour les plus grosses). Autrement dit, la puissance nécessaire pour les activités de minage dans le monde est équivalente à l’activité de cinq à sept réacteurs nucléaires !

Minage de bitcoin dans le monde

La place du minage dans la blockchain

Pour aller plus loin dans la compréhension du minage, il est nécessaire de comprendre comment un bloc est validé dans la blockchain. Cette étape met en jeu deux notions clés : le hash et la « preuve de travail ».

La fonction mathématique de hachage

Chaque bloc est caractérisé par un hash. Qu’est-ce que c’est ? Il s’agit d’une fonction mathématique qui permet d’obtenir une empreinte unique à partir de n’importe quel fichier (texte, image, etc.). Concrètement, le hash est une chaîne de bits. L’avantage d’utiliser cette fonction mathématique est de pouvoir stocker seulement l’empreinte d’un fichier (au lieu du fichier en lui-même) sur la blockchain, ce qui est plus léger.

Le fichier source doit être encodé en 64 bits. La fonction de hachage utilisée pour le Bitcoin est le SHA-256. A partir de l’encodage en 64 bits du fichier source, la fonction de hachage va produire une empreinte hexadécimale en 256 bits du fichier. Cette chaîne de bits est unique, à l’image d’une empreinte ADN d’un individu.

Le hash : unique et imprévisible

Pour un même fichier, la fonction renverra toujours le même hash (la même chaîne de bits). Par contre, tout l’intérêt de cette fonction mathématique est que son résultat n’est pas prédictible. Comment cela ? Un léger changement du fichier source aura pour résultat un hash complètement différent. Autrement dit, si vous partez d’un hash, il est extrêmement difficile de remonter au fichier source.

Prenons l’exemple suivant :

Que remarque-t-on ? Le simple ajout du point d’exclamation change complètement le hash. Aucune correspondance ne peut être trouvée entre les deux hash, quand bien même les deux données sources sont très similaires.

Le schéma d’une fonction de hachage est constitué d’une succession de portes logiques, dont les principales sont :

  • NOT : remplace les 0 par 1 et inversement ;

  • AND : toujours égal à 0 sauf avec « 1 AND 1 » ;

  • OR : toujours égal à 1 sauf avec « 0 OU 0 » ;

  • XOR : il s’agit de la somme des caractères (1+1 =0 par convention).

Jusqu’à preuve du contraire, la fonction hash utilisée pour la blockchain Bitcoin est unique. Il résiste donc très bien aux « collisions » qui apparaissent lorsque deux fichiers donnent le même hash. Des recherches mathématiques intensives sont menées depuis plusieurs années pour prouver qu’il est impossible de calculer des collisions sur la blockchain Bitcoin. Si jamais une découverte devait démontrer le contraire, la blockchain Bitcoin devrait utiliser une autre variante de la fonction de hachage. À titre d’exemple, en 2004, il a été démontré qu’une collision était possible avec la fonction hash MD5 (pas utilisée pour le Bitcoin). Depuis, cette fonction n’est plus utilisée sur les blockchains.

Lignes de code informatique

La création de blocs

La blockchain est une succession de blocs. Chaque bloc possède un hash, ce qui permet d’ordonner la blockchain. Ainsi, chaque nouveau bloc commence avec le hash du bloc précédent. Par exemple, le bloc 420 commence avec le hash du bloc 419. Autrement dit, le bloc 420 ne peut pas être créé tant que le bloc 419 n’a pas été créé et validé. 

Un bloc comprend les informations suivantes :

  • Le hash du bloc précédent ;

  • Les données (transactions par exemple) ;

  • La signature (qui établit qui est propriétaire de la transaction) ;

  • La preuve de travail ;

  • Le hash du bloc en cours de validation.

La preuve de travail

À l’inverse de l’Ethereum (par exemple) qui fonctionne avec le processus de Proof-Of-Stake, le Bitcoin utilise la Proof-Of-Work ou « preuve de travail ». Qu’est-ce que c’est ? Il s’agit de l’étape clé qui permet de réguler la vitesse de création des blocs. La preuve de travail peut être vue comme une chaîne de caractère aléatoire. Pour qu’un bloc puisse être validé, la « preuve de travail » doit être faite. Concrètement, pour chaque bloc, une valeur de hash cible est fixée. Puis les mineurs s’échinent à trouver la bonne « preuve de travail » (ou chaîne de caractères) qui produira un hash qui répondra aux critères fixés.

Par exemple, pour un bloc, il se peut que l’on décide que le hash recherché doit commencer par au moins huit « 0 ». Les mineurs vont donc entrer en compétition. Ils vont « tester » différentes preuves de travail puis recalculer le hash du bloc. Le gagnant est celui qui trouve en premier la preuve de travail qui produit un hash du bloc qui commence avec huit « 0 » ou plus. Comme mentionné précédemment, cette étape nécessite d’importants moyens de calcul. En effet, en moyenne, on estime que les mineurs doivent effectuer 2 puissance 71 fois les calculs avant de trouver le bon hash !

Une fois la preuve de travail réalisée, le bloc est prêt et les nœuds du réseau se chargent de l’accepter et de la valider au sein de la blockchain.

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