Minage de bitcoin : guide complet

Le minage de bitcoin est un processus qui valide les transactions en bitcoin et met en circulation de nouveaux bitcoins (BTC).

Le minage de bitcoin permet :

• D’encourager les mineurs qui proposent et vérifient de nouvelles transactions pour la blockchain Bitcoin.

• De protéger la blockchain Bitcoin des attaques.

• De gérer la création et le flux des nouvelles unités de bitcoin qui arrivent sur le marché.

Comme pour l’exploitation minière des métaux précieux, tels que l’or, le minage de bitcoin nécessite un matériel spécifique, de l’énergie et un peu de chance.

Mais pas de pelles, ni de batées, les mineurs de bitcoin rivalisent à l’aide d’un équipement informatique adapté. 

L’objectif de chaque mineur est de remporter une compétition cryptographique. Le vainqueur de chaque tour reçoit une récompense de bloc, très recherchée, en contrepartie de ses efforts. Il obtient également le droit de proposer un nouveau bloc de données de transaction en suspens à ajouter à la blockchain.

Si tout cela est nouveau pour vous, poursuivez la lecture de notre guide complet du minage de bitcoin ci-dessous.

Mais si vous souhaitez acquérir des connaissances plus solides et plus techniques, lisez notre article   Comment les crypto-monnaies utilisent-elles la cryptographie ?

Avant de vous intéresser au fonctionnement de Bitcoin, il est important de bien comprendre la nécessité du processus de minage.

Le réseau Bitcoin n’est pas géré par une banque centrale, un puissant milliardaire ou une institution financière intermédiaire. Il est géré collectivement par des bénévoles répartis dans le monde entier et auxquels tout le monde peut se joindre. 

Le fonctionnement de Bitcoin repose donc sur la coopération entre ses utilisateurs. En contrepartie de la puissance de calcul qu’ils consacrent à la validation des transactions, le protocole récompense les mineurs par de nouvelles unités de bitcoin. 

Récompenser la coopération incitent les mineurs à sécuriser collectivement le réseau, puisque le coût d’acquisition d’un contrôle majoritaire par des acteurs malveillants serait prohibitif.

Pour mieux comprendre la décentralisation de Bitcoin, intéressons-nous à une société traditionnelle contrôlée centralement comme Uber. 

Imaginez qu’Uber soit collectivement gérée par ses millions de chauffeurs et d’utilisateurs de l’application plutôt que par un petit groupe de dirigeants. Dans ce modèle plus décentralisé, toutes les parties prenantes se mettraient d’accord sur le mode de rémunération des chauffeurs et le fonctionnement de l’application de commande de course — au lieu que ces décisions soient prises pour eux par les dirigeants.

Par ailleurs, au lieu que les fonctions importantes, comme l’administration et le développement des applications, soient gérées par la société, n’importe quelle personne au monde pourrait y contribuer depuis chez elle, avec son propre équipement. Cela pourrait créer un écosystème beaucoup plus accessible et transparent pour tous.  

Mais ce niveau de décentralisation pose aussi de sérieuses questions. Si n’importe qui peut participer au réseau et qu’il n’existe pas d’autorité qui supervise ses opérations, comment peut-il dissuader les personnes malhonnêtes d’essayer de le corrompre et comment peut-il s’assurer que tout le monde coopère de manière efficace ?

C’est là que le mécanisme de consensus de la blockchain entre en scène.

Pour résumer, le minage de bitcoin est une course pour remporter un jeu de hasard qui recommence à peu près toutes les dix minutes.

Il implique que les mineurs utilisent des machines spécialisées pour générer des valeurs aléatoirement. Quiconque génère une valeur qui bat la valeur cible l’emporte. La difficulté réside dans le fait que les mineurs n’ont aucun contrôle sur les valeurs qu’ils créent. Ils doivent simplement continuer à générer de nouvelles valeurs, dans l’espoir de tomber sur une valeur victorieuse.

Quand c’est le cas, la valeur est communiquée aux autres mineurs sur le réseau, afin de vérifier sa validité.

Pour mieux comprendre ce processus, imaginons des milliers de personnes s’efforçant de résoudre un Rubik’s cube à l’aveugle, toutes en même temps. 

Au début, chacune possède un cube mélangé de la même façon. Lorsque la compétition commence, chacun tourne son cube de manière aléatoire, jusqu’à ce qu’un surveillant annonce qu’il y a un gagnant. Les autres concurrents retirent alors leur bandeau et inspectent le cube du gagnant, pour vérifier qu’il est terminé. Puis la compétition recommence.

Vous suivez ? Alors, allons un peu plus loin. 

Pour être plus précis, les mineurs rivalisent à l’aide d’ordinateurs adaptés pour générer des hachages cryptographiques — généralement plusieurs millions par seconde — dans l’espoir d’être le premier à trouver le bon hachage.

Représentez-vous chaque nouveau hachage comme une rotation de Rubik’s cube. 

Le mineur qui trouve le bon hachage en premier gagne le droit d’ajouter ce bloc à la blockchain. En contrepartie de ses efforts, il reçoit la récompense de bloc.

Un mécanisme de consensus de la blockchain est un système informatique qui garantit que les participants à un réseau décentralisé peuvent parvenir à un consensus sur les nouvelles données qui intègrent la blockchain.

Étant donné que les blocs Bitcoin et les données de transaction qu’ils contiennent deviennent permanents une fois qu’ils sont ajoutés à la blockchain, il est essentiel que ces informations soient valides. 

Par exemple, le réseau doit s’assurer que personne n’essaie de transférer des fonds qu’il ne possède pas ou de dépenser deux fois le même solde ("double spend") en l’envoyant à deux personnes différentes en même temps.

Les mécanismes de consensus aident le réseau à se mettre collectivement d’accord sur ces questions, pour vérifier que les nouvelles transactions suivent les règles du protocole avant qu’elles ne soient ajoutées de manière permanente à la blockchain.

Il existe différents mécanismes de consensus qui peuvent être utilisés sur un réseau basé sur la blockchain, chacun avec sa propre méthode spécifique pour filtrer les utilisateurs malhonnêtes. 

Bitcoin utilise le mécanisme de consensus Proof-of-Work (PoW) — un système qui nécessite de la puissance de calcul et de l’énergie pour s’assurer que les participants agissent au mieux des intérêts du réseau. 

Cette méthode utilise les principes de la théorie des jeux, un domaine des mathématiques qui étudie la façon dont les humains interagissent entre eux. En demandant aux participants de mettre en jeu des intérêts — l’achat de l’équipement et les coûts de fonctionnement — le système Proof-of-Work dissuade les acteurs malintentionnés de tenter de corrompre le réseau.

Pour en savoir plus sur le Proof-of-Work et les autres types de mécanisme de consensus, lisez notre article du Centre d’apprentissage de Kraken intitulé Qu’est-ce qu’un mécanisme de consensus de la blockchain ?

Les hachages sont des codes de longueur fixe créés lorsqu’une personne exploite une entrée au moyen d’une fonction de hachage cryptographique.

Les fonctions de hachage cryptographique sont en quelque sorte des machines à code magiques qui peuvent utiliser n’importe quel élément, d’une simple lettre à toute une encyclopédie, pour le transformer en un code de longueur fixe totalement unique et aléatoire.

Au fil des ans, plusieurs types d’algorithmes de hachage sont apparus. Chacun utilise une méthode différente pour transformer des entrées en codes aléatoires.

Le réseau Bitcoin utilise l’algorithme de hachage SHA-256 (hachage sécurisé), à l’origine développé par la National Security Agency (NSA) américaine.

Les hachages SHA-256 sont des codes hexadécimaux d’une longueur fixe de 28 caractères qui contiennent une combinaison de chiffres de 0 à 9 et de lettres de A à F. 

Peu importe la taille de l’entrée, elle générera toujours un code qui aura exactement la même longueur. Par exemple, que l’on exécute le simple mot “Hello” ou l’intégralité du Seigneur des anneaux dans l’algorithme SHA-256, cela produira chaque fois un code de hachage unique de 28 caractères.

Les hachages sont cruciaux dans le processus de minage, parce qu’ils possèdent plusieurs caractéristiques propres.

Les hachages sont :

• Déterministes - La même entrée produira toujours le même code de hachage.

• Unidirectionnels - S’il est facile de transformer une entrée en hachage, il est impossible de savoir quelle était l’entrée en partant du résultat.

• Aléatoires - Les codes de hachage ne ressemblent absolument pas à leur entrée.

• Uniques - Il n’existe pas deux hachages identiques.

La spécificité de ces fonctionnalités tient au fait que, si une personne modifie ne serait-ce qu’une infime partie de l’entrée, le résultat créé sera totalement différent.

À titre d’exemple, si vous modifiez une seule lettre du Seigneur des anneaux, cela produira un tout nouveau code de hachage, méconnaissable par rapport au premier.

Tout le monde peut créer des hachages en exécutant une entrée dans une fonction de hachage cryptographique. Vous pouvez même essayer en utilisant un calculateur de hachage gratuit en ligne.

To win the Bitcoin mining competition and earn block rewards, miners must create a hash with an equal or lower value than a goal set automatically by the Bitcoin protocol itself. This value is known as the target hash.

Every target hash will have a certain number of zeros at the front. Depending on the current mining difficulty, which is also set automatically by the protocol, there might be only a few zeroes at the front or many.

The more zeroes at the front of a target hash, the harder it is for miners to beat it, and vice versa.

For example, a typical bitcoin target hash might look something like this.

00000000000a28ba41fe240e0b37

An easier target hash to beat might look like this.

000agh3h5g6711deabcc650918d9

Did you notice that it has significantly fewer zeroes at the front?

While this might seem trivial, adding just one extra zero at the front makes the competition many hundreds of times more difficult to win. 

You can think of it as the difference between flipping a coin and it landing on heads three times in a row versus twenty times in a row.

The target hash for each new block of transactions is first broadcast to the network as a part of the previous block. This information is stored in the block header, which is a part of the bitcoin block that stores several important pieces of identifying information.

Also inside the block header is a value called a nonce, short for “number used once.” 

When creating a hash to beat the target hash, all miners take the block header of the previous block, change the nonce to a new number and run it through the SHA-256 hashing algorithm. Each time the nonce value is changed, it produces an entirely new hash.

Since it’s impossible for miners to know what inputs will produce what hashes, beating the target is simply a matter of trial and error. 

The process of guessing and checking continues until one miner successfully creates a hash that has the same or more zeros at the front as the current target hash.

The winning miner then proposes a new block of transaction data to all the other miners on the blockchain for them to independently verify. These other miners, who did not win the mining competition, independently verify the proposed block to make sure it’s valid.

Chaque mineur qui gagne la compétition de minage reçoit une récompense. 

Appelée récompense de bloc, ce nouveau bitcoin dédommage le mineur pour ses efforts tout au long du processus de minage. Les récompenses de bloc sont aussi le moyen de mettre en circulation de nouveaux bitcoins 

Lorsqu’un mineur vend ses BTC, ceux-ci peuvent être achetés par l’ensemble du marché des crypto-monnaies.

Lorsque le créateur de Bitcoin, Satoshi Nakamoto, a lancé le protocole en 2009, il a créé un programme informatique qui gère le nombre de nouvelles unités de bitcoin émises sous forme de récompenses de bloc. Tous les 210 000 blocs, soit environ tous les quatre ans, un événement systématique, appelé division par deux du bitcoin,  survient.

Chaque division par deux du bitcoin réduit automatiquement de moitié le nombre de nouveaux BTC accordés en tant que récompense de bloc, jusqu’à la division par deux suivante. À l’origine, les récompenses de bloc offraient 50 BTC nouvellement frappés aux mineurs gagnants.

Le 28 novembre 2012, la première division par deux du bitcoin est intervenue et à réduit la récompense de bloc de 50 BTC à 25 BTC. La deuxième division par deux s’est produite le 9 juillet 2016, portant les récompenses à 12,5 BTC.

Ces divisions par deux continueront à réduire programmatiquement le montant en bitcoin offert comme récompense de bloc jusqu’à que le nombre de BTC en circulation atteigne la limite maximale de 21 millions. 

Dès que le protocole aura émis la totalité des 21 000 000 de bitcoins (ce qui devrait se produire en 2140), plus aucune nouvelle unité de bitcoin ne sera créée.

Cela signifie que, après 2140, les récompenses de bloc seront de zéro bitcoin.

Vous souhaitez en savoir plus sur la façon dont les bitcoins sont mis en circulation et le fonctionnement de la division par deux ?

Lisez l’article du Centre d’apprentissage de Kraken intitulé  Qu’est-ce que la division par deux du bitcoin ?

La facilité ou la difficulté à remporter la compétition de minage et à gagner la récompense de bloc dépend de trois facteurs essentiels :

1. Taux de hachage.

2. Difficulté du minage.

3. Équipement.

Le taux de hachage est une mesure utilisée pour suivre la puissance de calcul de l’ensemble des mineurs d’un réseau blockchain. En un mot, il combine le nombre de hachages par seconde que chaque mineur produit avec ses machines. 

Cette mesure indique la taille totale du réseau de minage d’une blockchain et son degré de protection face aux attaques de majorité.

Souvent, plus le taux de hachage d’un réseau augmente, plus la difficulté de minage est grande, et inversement.

Pour reprendre l’exemple du Rubik’s cube, plus le nombre des concurrents est élevé, plus les chances de l’emporter sont faibles.

Le protocole Bitcoin intègre une fonctionnalité qui adapte automatiquement la difficulté de la concurrence pour le minage afin de veiller à ce que les mineurs continuent à découvrir de nouveaux blocs aussi près que possible du délai cible de 10 minutes par bloc.

Comme mentionné ci-dessus, les Bitcoins récemment frappés entrent en circulation via des récompenses de bloc chaque fois qu’un mineur réussit à gagner le hachage cible et se voit accorder le droit d’ajouter un nouveau bloc à la blockchain.

Afin de s’assurer que les nouveaux coins n’inondent pas le marché alors que le réseau s’accroît avec un nombre toujours croissant de nouveaux mineurs, un système algorithmique d’ajustement de la difficulté a été codé dans le protocole de Bitcoin par son créateur, Satoshi Nakamoto, avant son lancement pour gérer ce problème.

L’algorithme de difficulté de minage de bitcoin est conçu de telle sorte qu’après 2 016 blocs (environ toutes les deux semaines), le protocole vérifie le temps qui a été nécessaire aux mineurs pour découvrir le hachage gagnant pour chaque bloc et le compare aux 20 160 minutes que cela aurait dû prendre (10 x 2 016). 

En cas d’augmentation soudaine du nombre de mineurs et si les nouveaux blocs sont découverts trop rapidement, l’algorithme augmente la difficulté du hachage cible (en augmentant le nombre de zéros à gauche) afin de ralentir les mineurs. 

À l’inverse, si le nombre de mineurs chute ou s’il leur faut trop longtemps pour découvrir de nouveaux blocs, l’algorithme simplifie les hachages cibles suivants (en réduisant le nombre de zéros à gauche).

C’est comme si on ajustait la difficulté du Rubik’s cube en augmentant ou en réduisant le nombre des lignes du cube.

Par exemple, un cube de 3x3 serait bien plus simple à résoudre qu’un cube de 5x5, et ainsi de suite.

Pour prendre un avantage concurrentiel sur les autres participants au réseau, beaucoup de mineurs utilisent des rigs de minage à circuits intégrés destinés à des applications spécifiques (Application-Specific Integrated Circuits ou ASIC). Ces machines peuvent générer des centaines de millions de hachages par seconde et être exécutées en parallèle pour augmenter les chances de leur propriétaire de remporter les récompenses de bloc.

Plusieurs grandes entreprises, dont Riot Platforms, Marathon Digital et CleanSpark Inc., exploitent actuellement de gigantesques installations de minage de crypto-monnaies contenant des milliers de machines de minage ASIC.

L’arrivée de ces équipements plus conséquents a largement augmenté le taux de hachage global du bitcoin, rendant toujours plus difficile de découvrir de nouveaux blocs.

Chacun peut voir le taux de hachage du bitcoin à un instant T en consultant divers graphiques de taux de hachage en ligne gratuits.

À mesure que la difficulté de minage s’accentue, les coûts associés au minage augmentent également.

Il peut parfois être incroyablement difficile pour un mineur solitaire d’atteindre le seuil de rentabilité.

Beaucoup de mineurs indépendants décident donc de mettre leurs ressources en commun dans ce que l’on appelle des pools de minage.

Les pools de minage partagent leur puissance de traitement et répartissent les récompenses de bloc qu’ils gagnent proportionnellement entre les membres du pool. 

Aujourd’hui, la majeur partie du minage de bitcoin est réalisée par ces groupes.

Maintenant que vous savez tout sur le minage de bitcoin, êtes-vous prêt à passer à l’étape suivante de votre expérience crypto ?

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