La preuve de travail (PoW) est le premier mécanisme de consensus à apparaître sur la blockchain et est utilisé par de nombreuses chaînes publiques telles que Bitcoin, Litecoin, Ethereum (qui est passé à PoS en 2022), et bien d’autres.
Qu’est-ce que la preuve de travail (PoW) ?
La preuve de travail (PoW) décrit un mécanisme de consensus qui exige qu’un réseau d’appareils effectue une quantité significative de travail de calcul. Hal Finney a adapté le concept de « preuve de travail réutilisable » en utilisant un algorithme de hachage sécurisé de 160 bits (SHA-1) en 2004 pour réimaginer le concept de jetons numériques.
Bitcoin, lancé en 2009, est devenu la première application largement adoptée du concept de preuve de travail de Finney (Finney a également été le premier destinataire d’une transaction Bitcoin). La preuve de travail est à la base de nombreuses autres crypto-monnaies et permet un consensus sécurisé.
Points clés
- La preuve de travail (PoW) est un mécanisme de consensus décentralisé qui exige des participants au réseau qu’ils dépensent de l’énergie pour résoudre des nombres hexadécimaux cryptographiques.
- La preuve de travail, également connue sous le nom d’exploitation minière, désigne le fait de gagner des récompenses en effectuant un travail.
- La preuve de travail permet un traitement sécurisé des transactions d’égal à égal sans qu’il soit nécessaire de recourir à des tiers de confiance.
- La preuve de travail à grande échelle nécessite une consommation d’énergie importante, qui ne fait qu’augmenter au fur et à mesure que des mineurs rejoignent le réseau.
Comprendre la preuve de travail (PoW)
Cette explication se concentrera sur le rôle que joue la preuve de travail dans le réseau Bitcoin. Le bitcoin est communément appelé crypto-monnaie ; techniquement, il s’agit d’un jeton – une représentation de la propriété d’une valeur sur la blockchain du bitcoin. La propriété des jetons peut être échangée contre des articles équivalents, un peu comme si vous donniez un dollar à quelqu’un pour un bonbon – il possède maintenant le dollar, et vous possédez le bonbon.
Blockchain de preuve de travail (PoW)
La blockchain est un grand livre distribué qui enregistre toutes les transactions en bitcoins, un peu comme si l’on saisissait des transactions dans un tableur. Chaque bloc est comme une cellule. Les informations telles que les montants des transactions, les adresses des portefeuilles, l’heure et la date sont enregistrées et cryptées dans l’en-tête du bloc, un nombre hexadécimal créé par la fonction de hachage de la blockchain.
Lors de la création d’une valeur de hachage, la valeur de hachage de chaque bloc sera utilisée dans le bloc suivant. Cela crée une chaîne de blocs immuable, car les informations de chaque bloc sont incluses dans le hachage du dernier bloc.
Valeur HASH
Lorsqu’un bloc est fermé, la valeur de hachage doit être vérifiée avant qu’un nouveau bloc puisse être ouvert. C’est là qu’intervient la preuve de travail. La valeur de hachage est un nombre hexadécimal crypté sur 64 bits. Grâce à la technologie moderne, une grande quantité de données peut être hachée en quelques millisecondes. Toutefois, les mineurs tentent de deviner la valeur de hachage, ce qui prend beaucoup de temps sur le plan informatique.
Le minage consiste à valider des transactions et à gagner des récompenses en résolvant des valeurs de hachage.
Nombre aléatoire
La valeur de hachage comprend une série de nombres appelés « nonce », ce qui signifie « numéro utilisé une fois ». Lorsqu’un mineur (un programme sur un nœud utilisé pour résoudre les valeurs de hachage) commence l’extraction, il utilise un nonce de zéro pour générer la valeur de hachage à partir d’informations accessibles au public.
Résolution du problème de hachage
Si la valeur de hachage est inférieure à l’objectif actuel du réseau, le mineur a résolu avec succès la valeur de hachage. L’objectif du réseau est le résultat mathématique converti en un nombre hexadécimal qui détermine la difficulté d’extraction.
Si la valeur de hachage est supérieure à la valeur cible, le programme de minage incrémente le nonce de 1 et génère à nouveau la valeur de hachage. Les mineurs de l’ensemble du réseau tentent de résoudre le problème de hachage de cette manière. Les mineurs qui résolvent les valeurs de hachage sur la blockchain Bitcoin reçoivent des récompenses pour le travail en cours.
Preuve de travail et preuve d’enjeu
Les deux mécanismes de consensus les plus populaires sont la preuve de travail (Proof of Work) et la preuve d’enjeu (Proof of Stake). Le principal concurrent du bitcoin, Ethereum, utilisait la preuve de travail sur sa blockchain jusqu’en septembre 2022, date à laquelle il est passé à la preuve d’enjeu. Voici quelques différences essentielles entre les deux :
| Preuve de travail | Preuve d’enjeu |
| La vérification est effectuée par le réseau de mineurs | La vérification est effectuée par les participants qui fournissent de l’Ether comme garantie. |
| Bitcoin récompense les mineurs avec des récompenses de bloc et des frais de transaction. | L’Ether n’est utilisé que pour payer les frais de transaction |
| Compétitif et nécessitant une énergie et une puissance de calcul importantes | Nécessite moins de puissance de calcul et d’énergie |
Considérations
L’exploitation minière est un processus compétitif, ce qui en fait une compétition entre ceux qui disposent de la plus grande puissance de calcul. Par conséquent, les mineurs rejoignent des pools miniers pour augmenter leurs chances de recevoir des récompenses, étant donné qu’un travail de calcul compétitif est nécessaire.
La preuve de travail est également connue pour sa consommation d’énergie. L’université de Cambridge suit la consommation d’énergie du réseau Bitcoin et utilise les « meilleures estimations » pour déterminer son utilisation. L’énergie utilisée par le réseau est comparable à celle de certains petits pays ; toutefois, il convient de noter que l’énergie utilisée par les réseaux de données industriels et les centres de données dépasse de loin celle du réseau Bitcoin.
La preuve de travail est également une méthode de validation beaucoup plus lente que d’autres. Par exemple, le nombre de transactions dépasse la capacité de traitement du réseau Bitcoin. Les transactions restent dans le mempool en attendant d’être validées, avec des temps de confirmation moyens entre le 1er janvier et le 9 février 2023, allant de 7 à 91 minutes (la confirmation se réfère au moment où votre transaction est confirmée). Le temps de blocage moyen pour le Bitcoin reste de 10 minutes, tandis que le temps de blocage moyen pour le réseau PoS Ethereum est de 12 secondes depuis septembre 2022.
Exemple de preuve de travail
La preuve de travail exige que les ordinateurs exécutent aléatoirement des fonctions de hachage jusqu’à ce qu’ils produisent un résultat avec le nombre minimum correct de zéros initiaux. Par exemple, la valeur de hachage du bloc n° 842 533 extrait le 8 mai 2024 est la suivante :
000000000000000000004f0f4988d6dee8c9d60100830d3d7633fffde5fdd986
La récompense du bloc haché avec succès est de 3,125 BTC et 0,17220833 BTC en frais.
Le nonce est 3.391.347.343, et il y a 1.636 transactions dans ce bloc. Rappelez-vous que la valeur de hachage est générée et que le nonce commence à zéro. Ce bloc a été haché 3,3 milliards de fois par les mineurs jusqu’à ce qu’un nombre inférieur à l’objectif soit atteint.
Qu’est-ce que la preuve de travail (PoW) ?
La preuve de travail exige que les nœuds du réseau fournissent la preuve qu’ils ont dépensé de la puissance de calcul (c’est-à-dire du travail) de manière décentralisée pour parvenir à un consensus et empêcher les acteurs malveillants de prendre le contrôle du réseau.
Pourquoi les crypto-monnaies ont-elles besoin d’une preuve de travail ?
Les réseaux tels que les blockchains de crypto-monnaies étant conçus pour être décentralisés et peer-to-peer, une méthode est nécessaire pour parvenir à un consensus et à la sécurité. La preuve de travail est une méthode à forte intensité de ressources qui sécurise le réseau. Il existe également d’autres mécanismes de preuve moins gourmands en ressources. Sans mécanisme de preuve, le réseau et les données qui y sont stockées seraient vulnérables aux attaques ou au vol.
Bitcoin utilise-t-il la preuve de travail ?
Oui. Il utilise un algorithme PoW basé sur la fonction de hachage SHA-256 pour valider et confirmer les transactions et émettre de nouveaux bitcoins.
Conclusion
La preuve de travail est un mécanisme de consensus utilisé par de nombreuses crypto-monnaies pour valider les transactions sur la blockchain et récompenser les jetons pour leur participation au réseau. La preuve de travail est un processus concurrentiel qui tente de générer un nombre hexadécimal inférieur à la cible du réseau à l’aide d’informations sur les transactions accessibles au public.
Dans le cadre du consensus PoW, des milliers de programmes miniers travaillent sur un bloc jusqu’à ce que la valeur de hachage soit résolue, puis passent au bloc suivant.
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