vignette| Un schéma d'un transfert de bitcoin vignette| Nombre de transactions en bitcoins par mois (échelle logarithmique) Le réseau Bitcoin est un réseau de paiement pair-à-pair qui fonctionne sur un protocole cryptographique. Les utilisateurs envoient et reçoivent des bitcoins, les unités monétaires, en diffusant des messages signés numériquement sur le réseau à l'aide d'un logiciel de portefeuille de crypto-monnaie bitcoin. Les transactions sont enregistrées dans une base de données publique distribuée et répliquée connue sous le nom de blockchain, avec un consensus obtenu par un système de preuve de travail appelé minage. Satoshi Nakamoto, le concepteur du bitcoin, a affirmé que la conception et le codage du bitcoin avaient commencé en 2007. Le projet a été publié en 2009 en tant que logiciel open source.

Le réseau nécessite une structure minimale pour partager les transactions. Un réseau décentralisé ad hoc de volontaires est suffisant. Les messages sont diffusés sur la base du best effort et les nœuds peuvent quitter et rejoindre le réseau à volonté. Lors de la reconnexion, un nœud télécharge et vérifie de nouveaux blocs à partir d'autres nœuds pour compléter sa copie locale de la blockchain.

Transactions vignette| Une transaction bitcoin réelle comprenant les frais d'un échange de crypto-monnaie basé sur le Web vers un portefeuille matériel. gauche|vignette|292x292px| La meilleure chaînese compose de la plus longue série d'enregistrements de transaction du bloc de genèseau bloc ou à l'enregistrement en cours. Des enregistrements orphelinsexistent en dehors de la meilleure chaîne. Un bitcoin est défini par une séquence de transactions signées numériquement qui a commencé avec la création du bitcoin, en tant que récompense globale. Le propriétaire d'un bitcoin le transfère en le transférant numériquement au propriétaire suivant à l'aide d'une transaction bitcoin, un peu comme endosser un chèque bancaire traditionnel. Un bénéficiaire peut examiner chaque transaction précédente pour vérifier la chaîne de propriété. Contrairement aux endossements de chèques traditionnels, les transactions en bitcoins sont irréversibles, ce qui élimine le risque de fraude par rétrofacturation.

Bien qu'il soit possible de gérer les bitcoins individuellement, il serait difficile d'exiger une transaction distincte pour chaque bitcoin d'une transaction. Les transactions sont donc autorisées à contenir plusieurs entrées et sorties, permettant aux bitcoins d'être divisés et combinés. Les transactions courantes auront soit une entrée unique provenant d'une transaction précédente plus importante, soit plusieurs entrées combinant des montants plus petits, et une ou deux sorties : une pour le paiement et une renvoyant la monnaie, le cas échéant, à l'expéditeur. Toute différence entre les montants totaux d'entrée et de sortie d'une transaction revient aux mineurs en tant que frais de transaction.

Minage

vignette| Plate-forme minière basée sur un processeur graphique, 2012 vignette| Une ferme minière Bitcoin, 2018 Pour former un serveur d'horodatage distribué en tant que réseau peer-to-peer, bitcoin utilise un système de preuve de travail. Ce travail est souvent appelé minage de bitcoins.

Lors du minage, la quasi-totalité de la puissance de calcul du réseau Bitcoin est utilisée pour résoudre des tâches cryptographiques, la preuve de travail. Leur but est de s'assurer que la génération de blocs valides implique un certain effort, de sorte qu'une modification ultérieure de la chaîne de blocs, comme dans le scénario d'attaque à 51 %, puisse être pratiquement exclue. En raison de la difficulté, les mineurs forment des pools de minage pour obtenir des paiements malgré ces exigences élevées en matière de puissance, les déploiements de matériel coûteux et/ou le matériel sous leur propre contrôle. La plus grande proportion de pools de minage est basée en Chine, qui est également le lieu où sont basés la plupart des mineurs de la crypto-monnaie soit environ 75% de la puissance de calcul.

Exiger une preuve de travail pour accepter un nouveau bloc dans la blockchain était l'innovation clé de Satoshi Nakamoto. Le processus d'extraction consiste à identifier un bloc qui, lorsqu'il est haché deux fois avec SHA-256, donne un nombre inférieur à la cible de difficulté donnée. Alors que le travail moyen requis augmente en proportion inverse de la difficulté cible, un hachage peut toujours être vérifié en exécutant un seul tour de double SHA-256.

Pour le réseau d'horodatage bitcoin, une preuve de travail valide est trouvée en incrémentant un nonce jusqu'à ce qu'une valeur soit trouvée qui donne au hachage du bloc le nombre requis de bits zéro en tête. Une fois que le hachage a produit un résultat valide, le bloc ne peut plus être modifié sans refaire le travail. Au fur et à mesure que les blocs ultérieurs sont enchaînés après celui-ci, le travail de modification du bloc inclurait de refaire le travail pour chaque bloc suivant. S'il y a un écart dans le consensus, un fork de blockchain peut se produire.

Le consensus majoritaire dans le bitcoin est représenté par la chaîne la plus longue, qui a nécessité le plus d'efforts pour être produite. Si la majorité de la puissance de calcul est contrôlée par des nœuds honnêtes, la chaîne honnête se développera plus rapidement et dépassera toutes les chaînes concurrentes. Pour modifier un bloc passé, un attaquant devrait refaire la preuve de travail de ce bloc et de tous les blocs qui le suivent, puis surpasser le travail des nœuds honnêtes. La probabilité qu'un attaquant plus lent rattrape diminue de façon exponentielle à mesure que des blocs ultérieurs sont ajoutés. vignette| La difficulté de minage a considérablement augmenté Pour compenser l'augmentation de la vitesse matérielle et l'intérêt variable pour l'exécution des nœuds au fil du temps, la difficulté de trouver un hachage valide est ajustée environ toutes les deux semaines. Si les blocs sont générés trop rapidement, la difficulté augmente et davantage de hachages sont nécessaires pour créer un bloc et générer de nouveaux bitcoins.

Difficulté et pools de minage vignette| Les plus grands pools miniers Bitcoin en avril 2020 par pays dans lesquels ils sont basés L'extraction de Bitcoin est une entreprise compétitive. Une « course aux armements » a été observée à travers les différentes technologies de hachage qui ont été utilisées pour miner les bitcoins : unités centrales de traitement (CPU) de base, unités de traitement graphique (GPU) haut de gamme, matrices de portes programmables sur le terrain (FPGA) et application- des circuits intégrés spécifiques (ASIC) ont tous été utilisés, chacun réduisant la rentabilité de la technologie la moins spécialisée. Les ASIC spécifiques au bitcoin sont désormais la principale méthode d'extraction de bitcoin et ont dépassé la vitesse du GPU jusqu'à . La difficulté dans le processus d'extraction implique l'auto-ajustement à la puissance d'extraction accumulée du réseau. Alors que les bitcoins sont devenus plus difficiles à exploiter, les entreprises de fabrication de matériel informatique ont vu leurs ventes de produits ASIC haut de gamme augmenter.

La puissance de calcul est souvent regroupée ou « mise en commun » pour réduire la variance des revenus des mineurs. Les plates-formes minières individuelles doivent souvent attendre de longues périodes pour confirmer un bloc de transactions et recevoir le paiement. Dans un pool, tous les mineurs participants sont payés chaque fois qu'un serveur participant résout un bloc. Ce paiement dépend de la quantité de travail qu'un mineur individuel a fourni pour aider à trouver ce bloc.

Sources d'énergie et consommation gauche|vignette| Consommation d'électricité de Bitcoin à partir de 2021 En 2013, Mark Gimein a estimé la consommation d'électricité à environ (982 mégawattheures par jour). En 2014, Hass McCook estimait (). À partir de 2015, The Economist a estimé que même si tous les mineurs utilisaient des installations modernes, la consommation combinée d'électricité serait de (1,46 térawattheures par an). L'indice de consommation d'électricité de Cambridge Bitcoin estime que la consommation d'énergie du réseau bitcoin est passée de 1,95 térawattheures par an à la fin de 2014 à 77,1 térawattheures par an à la fin de 2019.

Cherchant à réduire les coûts d'électricité, certains mineurs de bitcoins se sont installés dans des endroits comme l'Islande où l'énergie géothermique est bon marché et où le refroidissement de l'air arctique est gratuit. Les mineurs chinois de bitcoins sont connus pour utiliser l'énergie hydroélectrique au Tibet pour réduire les coûts d'électricité. Les entreprises nord-américaines utilisent le gaz échoué comme source d'énergie rentable pour l'extraction de bitcoins. Dans l'ouest du Texas, le vent alimente l'extraction de bitcoins. En , au moins un tiers de l'extraction de Bitcoin était alimentée au charbon dans la région chinoise du Xinjiang.

Une étude de 2021 a révélé que les émissions de carbone provenant de l'exploitation minière de Bitcoin en Chine - où la majorité de l'algorithme de preuve de travail qui a généré de la valeur économique a été calculée avant la mi-2021 - s'étaient accélérées rapidement à la fin des années 2010, sont largement alimentées par des sources non renouvelables et devrait dépasser les émissions annuelles totales de pays comme l'Italie et l'Espagne en 2016, interférant avec les engagements internationaux d'atténuation du changement climatique 50x50px Available under CC BY 4.0.. Il a également été constaté qu'en 2021, l'extraction de bitcoins consommait plus d'énergie que le pays de la Nouvelle-Zélande. Une interdiction chinoise formelle des opérations d'extraction de crypto-monnaie en - réitérée en septembre et en novembre - a entraîné le déplacement d'une grande majorité d'équipements miniers hors de Chine. Pourtant, jusqu'à 20% de . En , le hashrate mondial avait pour la plupart retrouvé un niveau antérieur à la répression chinoise, avec une part accrue de la puissance minière totale provenant des États-Unis (35,4 %), du Kazakhstan (18,1 %) et de la Russie (11 %).

Processus droite|vignette| Machine minière basée sur Avalon ASIC Un aperçu approximatif du processus d'extraction de bitcoins implique que :

Les nouvelles transactions sont diffusées à tous les nœuds. Chaque nœud mineur collecte de nouvelles transactions dans un bloc. Chaque nœud mineur travaille à trouver un code de preuve de travail pour son bloc. Lorsqu'un nœud trouve une preuve de travail, il diffuse le bloc à tous les nœuds. Les nœuds récepteurs valident les transactions qu'ils détiennent et n'acceptent que si toutes sont valides. Les nœuds expriment leur acceptation en se déplaçant pour travailler sur le bloc suivant, en incorporant le hachage du bloc accepté.

Bitcoins minés gauche|vignette| Diagramme montrant comment les transactions bitcoin sont vérifiées Par convention, la première transaction d'un bloc est une transaction spéciale qui produit de nouveaux bitcoins appartenant au créateur du bloc. C'est l'incitation pour les nœuds à prendre en charge le réseau. Il fournit le moyen de mettre de nouveaux bitcoins en circulation. La récompense pour l'exploitation minière est réduite de moitié tous les 210 000 blocs. Il a commencé à 50 bitcoins, est tombé à 25 fin 2012 et à 12,5 bitcoins en 2016. La réduction de moitié la plus récente, survenue en (avec le numéro de bloc 630 000), a réduit la récompense de bloc à 6,25 bitcoins. Ce processus de réduction de moitié est programmé pour se poursuivre au maximum 64 fois avant que la création de nouveaux coins ne cesse. Cependant après 33 réductions, la récompense est inférieure au satoshi, et s'arrondit donc à 0 .

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