₿ Minage de Bitcoin — Preuve de travail

SHA-256 (Secure Hash Algorithm 256-bit) est une fonction de hachage cryptographique de la famille SHA-2, normalisée par le NIST en 2001. Elle produit une sortie fixe de 256 bits (64 caractères hexadécimaux) à partir de n'importe quelle entrée, avec la propriété que de minuscules changements d'entrée modifient complètement la sortie (effet d'avalanche), et il est impossible en pratique d'inverser la fonction ou de trouver deux entrées produisant la même sortie. Bitcoin applique en réalité SHA-256 deux fois (double SHA-256) pour une sécurité accrue. Ce simulateur utilise une fonction de hachage simplifiée pour la performance, mais le comportement visuel reflète le processus réel.

Tous les 2 016 blocs — environ deux semaines au rythme cible d'un bloc par 10 minutes — les nœuds Bitcoin comparent le temps réel nécessaire pour miner ces blocs à l'idéal de 20 160 minutes. Si les blocs sont arrivés plus vite que prévu, la difficulté augmente ; s'ils sont arrivés plus lentement, elle diminue. L'ajustement est plafonné à un facteur 4 dans chaque direction par période, ce qui évite les variations extrêmes. Ce mécanisme d'autocorrection maintient le temps moyen de bloc proche de 10 minutes depuis 2009, malgré une croissance du hashrate du réseau de plusieurs ordres de grandeur.

Lorsqu'un mineur mine avec succès un bloc, il gagne la récompense de bloc — des bitcoins nouvellement créés — plus l'ensemble des frais de transaction des transactions incluses dans ce bloc. La récompense de bloc a débuté à 50 BTC en 2009 et est divisée par deux tous les 210 000 blocs (environ tous les quatre ans) lors d'un événement appelé le « halving ». Après le halving d'avril 2024, elle s'élève à 3,125 BTC. L'offre totale est plafonnée à 21 millions de BTC, qui seront atteints vers l'an 2140, après quoi les mineurs dépendront entièrement des frais de transaction.

Non. Bitcoin utilise le double SHA-256, qui est favorable aux ASIC et a conduit à ce que du matériel de minage hautement spécialisé domine le réseau. D'autres cryptomonnaies ont délibérément choisi des algorithmes différents : Litecoin utilise Scrypt (conçu à l'origine pour être gourmand en mémoire), Monero utilise RandomX (optimisé pour les processeurs polyvalents), et Ethereum utilisait Ethash avant de passer à la preuve d'enjeu en 2022. Chaque algorithme reflète des priorités différentes en matière de décentralisation, d'accessibilité matérielle et d'efficacité énergétique.

Le concept de preuve de travail a été proposé pour la première fois par Cynthia Dwork et Moni Naor en 1993 comme moyen de dissuader le spam par e-mail, et le terme « proof of work » a été inventé par Markus Jakobsson et Ari Juels en 1999. Satoshi Nakamoto a adapté et combiné ces idées avec le système Hashcash d'Adam Back (1997) pour créer le mécanisme de consensus de Bitcoin, en publiant le livre blanc de Bitcoin en octobre 2008 et en minant le bloc genèse le 3 janvier 2009.

Le minage de Bitcoin est lié à plusieurs sujets plus larges : les fonctions de hachage cryptographiques sous-tendent toute la sécurité de la blockchain ; la théorie des jeux explique les incitations des mineurs et pourquoi le minage honnête est la stratégie dominante (mise à part l'attaque de minage égoïste) ; l'économie de réseau régit la formation des pools de minage ; et la thermodynamique limite l'efficacité puisque tout le travail de hachage se dissipe finalement en chaleur. Les simulations connexes sur ce site incluent la dynamique des bulles financières, les modèles de cours d'action (mouvement brownien géométrique) et la tarification des options — toutes explorant comment un comportement émergent complexe naît de règles simples dans les systèmes économiques.

Le minage moderne de Bitcoin utilise des circuits intégrés spécifiques à une application (ASIC) — des puces conçues exclusivement pour calculer le double SHA-256 aussi rapidement et efficacement que possible. Les meilleurs ASIC en 2024-2025 atteignent plus de 200 térahashes par seconde (TH/s) pour environ 20 joules par térahash, une amélioration d'efficacité de plusieurs millions de fois par rapport au minage sur processeur utilisé en 2009. Les mineurs rejoignent généralement des pools pour lisser leurs revenus, en partageant les récompenses proportionnellement au hashrate apporté. Les fermes de minage industrielles consomment aujourd'hui autant d'électricité que certains petits pays, alimentant un débat permanent sur l'intégration des énergies renouvelables.

Les domaines de recherche actifs incluent : les attaques de minage égoïste, où un pool disposant d'un hashrate suffisant peut gagner des récompenses disproportionnées en retenant stratégiquement des blocs ; la sécurité fondée uniquement sur les frais, qui étudie si les frais de transaction seuls fourniront des incitations de minage adéquates une fois que les récompenses de bloc approcheront de zéro ; le problème des attaques à longue portée pour les nœuds qui se synchronisent nouvellement ; et l'économie environnementale de la preuve de travail comparée à la preuve d'enjeu. Les cryptographes étudient aussi si les ordinateurs quantiques pourraient un jour briser le caractère à sens unique de SHA-256, bien que les estimations actuelles placent une menace quantique pratique à plusieurs décennies.