Définition et histoire du Bitcoin

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DÉFINITION DU BITCOIN

Bitcoin (de l'anglais bit : unité d'information binaire et coin « pièce de monnaie »), est une monnaie cryptographique et un système de paiement pair-à-pair inventé par Satoshi Nakamoto, qui annonce l'invention en 2008 et publie le logiciel open-source en 2009.

Son unité de compte est le bitcoin, limitée à 21 millions d'unités et divisible jusqu'à la huitième décimale. Toutes les transactions sont vérifiées par les nœuds du réseau et enregistrées dans un registre public réputé infalsifiable appelé blockchain. Le système fonctionne sans autorité centrale, ni administrateur unique, mais de manière décentralisée grâce au consensus de l'ensemble des nœuds du réseau. Bitcoin est la plus importante monnaie cryptographique décentralisée avec une capitalisation supérieure à 102 milliards de dollars fin octobre 2017.

Les bitcoins sont créés conformément au code source du logiciel, en rétribution du traitement des transactions. Certains utilisateurs mettent à contribution leur puissance de calcul informatique afin de vérifier, d'enregistrer et de sécuriser les transactions dans la blockchain. Cette activité, appelée minage, est rémunérée, pour chaque nouveau bloc accepté, par des bitcoins nouvellement créés et par les frais des transactions traitées. Les bitcoins peuvent être échangés contre d'autres monnaies, biens ou services. Le prix de la crypto-monnaie est fixé principalement sur des places de marché spécialisées et fluctue selon la loi de l'offre et de la demande.

En tant que moyen de paiement, le bitcoin est accepté par un nombre croissant de commerçants, incités par des frais de transaction généralement inférieurs aux 2 à 3 % pratiqués par les organismes de cartes de crédit et indépendants du montant de la transaction. Contrairement aux cartes de crédit, les frais éventuels sont à la charge non pas du vendeur mais de l'acheteur, qui choisit d'en payer volontairement. Une transaction bitcoin est irrévocable et ne peut être annulée. Malgré une croissance de 500 % du nombre de marchands acceptant le bitcoin en 2014, la crypto-monnaie n'est pas encore très implantée dans le commerce de détail mais continue de s'implanter dans les échanges commerciaux.

Depuis sa création en 2009 et jusqu'à la fermeture par les autorités américaines de Silk Road en 2013, le bitcoin a été utilisé majoritairement comme moyen d'échange par des réseaux criminels pour des jeux d'argent, l'achat de substances illicites, ou pour des bases de données piratées. La crypto-monnaie a attiré l'attention des autorités financières, des organes législatifs de différents pays notamment américains et des médias. Néanmoins, ces dernières années, la crypto-monnaie a mûri et un nombre croissant d'études concluent que ces activités illégales, bien qu'elles existent toujours comme dans tout système de paiement, ne représentent plus qu'une part minoritaire des échanges de la crypto-monnaie. Le sénat américain reconnaît par ailleurs que le bitcoin permet de fournir des services financiers parfaitement légitimes.

Le symbole monétaire officiel BitcoinSign.svg a été déposé et accepté en 2015 auprès d'Unicode. Les sigles correspondants, utilisés par les plates-formes d'échange, sont BTC et XBT. Parmi les symboles non officiels utilisés, on trouve ฿ et Ƀ.


HISTOIRE DU BITCOIN

Création

Bitcoin est une amélioration du concept de b-money, imaginé par Wei Dai en 1999, et de bitgold, décrit en 2005 par Nick Szabo. Le bitcoin résout en particulier le problème crucial du modèle de confiance : les serveurs considérés comme sérieux votent avec leur puissance de calcul pour déterminer la chaîne de transaction légitime. Dans b-money, les serveurs étaient supposés verser un dépôt de garantie selon un mécanisme peu explicite. L'idée d'utiliser une chaîne de preuves de calcul fut avancée dans le projet bitgold bien que Nick Szabo ne proposât d'utiliser qu'une majorité d'adresses pour établir la légitimité d'une chaîne de transactions, ce qui laissait entier le problème du contrôle du nombre des adresses.

Satoshi Nakamoto a affirmé qu'il avait travaillé sur bitcoin de 2007 à 2009. Dès 2008, il publie un document sur une liste de diffusion décrivant la monnaie numérique bitcoin. En février 2009, il diffuse une annonce concernant son travail sur le site P2P Foundation (en). Le 3 janvier 2009, le premier bloc ou bloc genesis est créé. En février 2009, il diffuse la première version du logiciel Bitcoin sur le site P2P Foundation et pour faire fonctionner le réseau, il met à contribution son ordinateur et engendre ainsi les premiers bitcoins. Avec d'autres développeurs, Nakamoto continue l'implémentation du logiciel et de sa version Bitcoin-Qt jusqu'en 2010. Plusieurs personnes ont revendiqué être Satoshi Nakamoto, mais aucune d'entre elles n'a pu le prouver de manière indubitable.

Les développeurs et la communauté bitcoin perdent progressivement contact avec lui au milieu de l'année 2010. Le 12 décembre 2010, un dernier message est posté par Nakamoto sur le principal forum. Peu de temps avant de s'évanouir, Nakamoto désigne Gavin Andresen comme son successeur en lui donnant accès au projet SourceForge bitcoin et une copie de la clef d'alerte. Cette dernière est une clef cryptographique privée unique permettant d'atténuer les effets d'une attaque potentielle sur le système Bitcoin, comme la découverte d'une faille cryptographique permettant de modifier a posteriori les transactions, ou la prise de contrôle de plus de 51 % des nœuds du réseau. Les opérateurs des nœuds du réseau peuvent lors d'une alerte soit avertir leurs usagers, soit stopper tout enregistrement de transaction.

L'identité de Nakamoto a donné lieu à de nombreuses spéculations. Il n'existait aucune trace de son identité avant la création de bitcoin. Sur son profil, il déclarait être un Japonais de 40 ans.

En mars 2014, Leah McGrath Goodman (en) du magazine Newsweek annonce avoir retrouvé la trace de l'inventeur de bitcoin, qui serait selon elle, un Nippo-Américain de 64 ans, dont le nom de naissance est Satoshi Nakamoto, bien qu'il ait changé son nom en Dorian Prentice Satoshi Nakamoto à l'âge de 23 ans. Il s'agirait d'un physicien retraité vivant en Californie. Cette thèse a été méthodiquement démontée un mois plus tard par des linguistes de l'Université Aston en Angleterre qui ont réalisé une étude approfondie des correspondances linguistiques entre les productions écrites de l'auteur du livre blanc de bitcoin et de plusieurs personnalités suspectées, notamment Dorian Nakamoto.

En 2016, Craig Steven Wright, un entrepreneur australien, affirme être Satoshi Nakamoto. Cependant, des doutes subsistent, l'intéressé ayant lui-même déclaré le 5 mai 2016, dans un énigmatique message sur son blog personnel, renoncer à diffuser les preuves confirmant qu'il est bien le créateur de bitcoin.

Le 27 septembre 2012, la Fondation Bitcoin est créée.

Acceptation

Le 16 novembre 2012, WordPress accepte les bitcoins pour ses services payants.

Le 28 novembre 2012, la rémunération des mineurs diminue pour la première fois, passant de 50 à 25 BTC. Le code source bitcoin prévoit en effet une division par deux de la rémunération tous les 210000 blocs minés, soit approximativement tous les quatre ans.

Le 6 décembre 2012, un partenariat entre la startup Paymium (site d'échange français) et la société Aqoba (établissement de paiement) permet à Paymium d'opérer comme prestataire de service de paiement, et donc de tenir des comptes en euros et d'émettre des cartes de paiement utilisables en euro et en bitcoins.

Le 14 février 2013, le site communautaire Reddit met en place un système permettant d'acheter des « Reddit Gold » avec des bitcoins.

Le 16 février 2013, le site de stockage en ligne Mega, successeur de Megaupload, accepte les paiements en bitcoin.

Le 14 octobre 2013, le géant Baidu (équivalent chinois de Google) accepte les transactions en bitcoins pour son service firewall Jiasule.

Distributeur automatique de bitcoins.
Le 29 octobre 2013, le premier distributeur-échangeur automatique de bitcoins est mis en service à Vancouver. En septembre 2016, plus de 770 de ces distributeurs-échangeurs automatiques sont installés dans le monde, dont 4 en France.

Le 21 novembre 2013, l'université de Nicosie annonce qu'elle accepte le bitcoin et ouvre un master de sciences économiques spécialisé dans les monnaies numériques.

Le 22 novembre 2013, Richard Branson annonce que Virgin Galactic acceptera désormais les bitcoins comme moyen de paiement pour ses vols de tourisme spatial.

Le 29 novembre 2013, Jiangsu Telecom (3e plus grand opérateur chinois), filiale de China Telecom, accepte désormais les bitcoins.

Le 25 mars 2014, le fisc américain déclare que le bitcoin ne doit pas être considéré comme une monnaie, mais comme un bien, dont les transactions sont soumises à la fiscalité sur les plus-values. Cela implique de tenir compte du taux de change auquel on a acquis un bitcoin et de celui auquel on l'utilise afin de calculer la plus-value réalisée, ce qui rend l'utilisation légale du bitcoin aux États-Unis particulièrement difficile.

Le 9 mai 2014, la commission électorale des États-Unis accepte que les campagnes électorales soient financées en bitcoins dans une limite de 100 $ par cycle électoral.

Le 23 septembre 2014, Paypal permet à certains marchands de biens numériques d'Amérique du Nord sélectionnés par les processeurs de paiement bitcoin partenaires, d’accepter les paiements en bitcoins, et s'ouvre ainsi très progressivement au bitcoin.

Le 16 octobre 2017 on comptait 1686 distributeurs dans le monde.

Incidents

Le 12 mars 2013 survient un incident lié à une non-rétrocompatibilité de la version 0.8.0 : la chaîne se sépare en plusieurs versions et certaines restent bloquées pendant quelques heures.

Le 11 avril 2013, la valeur du bitcoin s'effondre et passe de 266 $ à 105 $ avant de se stabiliser à 160 $ (122 €) en moins de six heures. Le 13 avril, le cours atteint 66 euros. Le cours avait été multiplié par huit en moins de cinq semaines.

Le 2 octobre 2013, Ross Ulbricht est arrêté. Il est le fondateur présumé de Silk Road, qui est fermé par le FBI et qui utilisait uniquement le bitcoin pour toutes ses transactions.

Le 11 février 2014, le réseau Bitcoin est victime d'une attaque massive et concertée lancée sur de nombreuses plates-formes d'échange.

Le 24 février 2014, la plate-forme d'échange Mt. Gox est victime d'une perte record de 744 408 BTC, soit l'équivalent de plus de 250 millions d'euros. Le site internet ferme temporairement. Un document de gestion de crise a été rédigé et est consultable publiquement. Selon certains médias spécialisés, l'avenir du bitcoin serait menacé. Le cours de la monnaie reste stable sur les autres plates-formes.[réf. nécessaire]. Le bitcoin aurait perdu plus de 38 % de sa valeur sur le premier trimestre 2014.

Le 5 janvier 2015, 18 864 bitcoins sont volés sur la plate-forme slovène Bitstamp.

Le 14 janvier 2015, le bitcoin chute momentanément et brutalement sous la barre des 155 euros.

En mai 2015, 1 459 bitcoins sont volés sur le site d'échange Bitfinex, soit 0.5 % des encours client, par l'intermédiaire d'une faille de sécurité dans le système de porte-monnaie en ligne.

Le 11 septembre 2015, Mark Karpelès, patron de la plate-forme MtGox, est mis en examen au Japon pour détournement de fonds. Il est soupçonné d'avoir détourné 2,3 millions d'euros de dépôts en bitcoin. Le suspect nie en bloc ces accusations.

En mai 2016, le site d'échange Gatecoin, est piraté et se fait voler 250 bitcoins et 185.000 éther. Le pirate a réussi à contourner les limites de stockage en ligne des actifs de la plate-forme d'échange : alors que seuls 5 % des dépôts ne sont pas stockés à froid, le pirate est parvenu à vider ces dépôts tout en continuant d'alimenter l'adresse par transfert d'actifs des stockages à froid de la plate-forme d'échange.

Le 3 août 2016, le site d'échange Bitfinex rapporte un vol de 119 756 bitcoins sur sa plate-forme d'échange, soit 65 millions de dollars au cours de la crypto-monnaie en juillet 2016.

Interdiction

Le 29 juillet 2013, la Thaïlande devient le premier pays à interdire l'utilisation du bitcoin sur son territoire après une décision de sa Banque centrale.

Le 5 décembre 2013, la Banque centrale chinoise interdit aux banques locales toute transaction en bitcoin, mesure entraînant le début d'un krach sur la valeur de la monnaie virtuelle. BTC China, première plate-forme mondiale de transaction en bitcoin, interdit aux usagers de nouveaux dépôts en Yuan sur leur compte « suite à de nouveaux règlements gouvernementaux ». Le 8 janvier 2014, le groupe chinois Ali Baba interdit les paiements en bitcoin, conformément à la nouvelle règlementation chinoise.

Le 15 janvier 2014, le Sénat français organise une audition sur les enjeux liés au développement des monnaies virtuelles de type bitcoin.

Le 6 février 2014, la Russie déclare la monnaie illégale sur son territoire, arguant que la seule monnaie officielle en Russie est le rouble et qu'aucune autre monnaie ne peut légalement être utilisée dans le pays.

Le 26 février 2014, le sénateur américain Joe Manchin demande l'interdiction du bitcoin aux États-Unis, en raison de sa volatilité incontrôlée et des risques qu'il soit utilisé à des fins illégales, notamment pour du blanchiment d'argent. Pour l'instant, les États-Unis considèrent que les monnaies virtuelles développées sur le modèle du bitcoin n'ont pas de valeur légale mais constituent des actifs susceptibles d'être soumis à l'impôt.

Le 20 novembre 2017, l'office des changes du Maroc déclare que les transactions effectuées via les monnaies virtuelles constituent une infraction à la réglementation des changes, passible de sanctions et d’amendes.

Évolution du cours par rapport au dollar et à l'euro

Le 9 février 2011, le bitcoin atteint la parité avec le dollar. En juin 2011, le taux de change dépasse les 31 USD mais redescend sous les 4 USD en décembre de la même année. Le 29 novembre 2013, la valeur d'un bitcoin (BTC) dépasse celle de l'once d'or, à près de 1 250 USD.

En 2014, le cours baisse progressivement et se stabilise à environ 250 USD au début de l'année 2015, avant de repartir à la hausse à la fin de la même année.

Le bitcoin, principalement échangé contre des yuans et des dollars, peut également être échangé contre des euros sur une dizaine de plates-formes. Jusqu'en novembre 2013, Mt. Gox fut la plus importante de ces plates-formes en volume de transactions et l'habitude avait été prise de considérer son cours comme représentatif du marché. À la suite des problèmes qu'elle a rencontrés, les utilisateurs s'en sont détournés, provoquant une chute brutale du cours du bitcoin sur Mt. Gox, les cours observés sur les autres plates-formes n'étant que peu affectés.

Un investissement de quelques centimes le 7 février 2011 pour son lancement, valait plus de 1 000 € le 4 décembre 2013.

Le cours a aussi connu une augmentation de plus de 400 % entre les mois de janvier et de mars 2013, avant de se corriger sévèrement le 10 avril, à la suite d'une défaillance du site d'échange Mt. Gox et de probables ventes paniques. Le cours est alors retombé au niveau du mois précédent, aux alentours de 50 USD.

Entre le 4 et le 5 décembre 2013, à la suite d'une mise en garde de la Banque populaire de Chine et de la Banque de France, le cours perd près de 35 % en 24 heures.

Le 19 février 2014, le cours du bitcoin s'effondre à la suite de l'annonce de la disparition de bitcoins sur Mt. Gox. Sur cette plate-forme d'échange, le bitcoin passe de 185 €, le 18 février, à 73 € 24 heures plus tard, alors qu'il reste voisin de 400 € sur les autres plates-formes. Mt.Gox se déclare en faillite le 28 février 2014. Le 1er mai 2014, un groupe d'investisseurs du nom de Sunlot Holdings se propose de racheter le site pour un bitcoin symbolique.

Après l’annonce du Brexit, le 24 juin 2016, la valeur du bitcoin monte en flèche, gagnant plus de 9 %, alors que toutes les places financières plongent.

Le bitcoin dépasse une nouvelle fois la valeur de l'once d'or le 2 mars 2017, s'établissant à presque 1 300 USD.

Le cours du bitcoin chute à la mi-mars 2017, s'établissant à moins de 1 000 USD le 18 mars 2017.

Le bitcoin voit sa valeur remonter progressivement au cours du mois d'avril 2017 et finit par dépasser 1 300 USD à la fin du mois d'avril. La valeur du bitcoin augmente de manière fulgurante au mois de mai, dépassant pour la première fois les 1 500 USD le 4 mai 2017, atteignant 2 000 USD le 20 mai 2017 et marquant un taux maximal historique de 2465 le 25 mai 2017, après une pointe à près de 2 900 USD. Cette forte augmentation de la valeur du bitcoin serait la conséquence d'un renforcement de la demande du bitcoin au Japon. Le 14 août 2017, le cours du bitcoin dépasse la marque des 4 000 USD. Le 12 octobre 2017 il franchit pour la première fois la barre symbolique des 5 000 USD. Seulement onze jours plus tard, le 23 octobre, il franchit les 6 000 USD. Et à nouveau onze jours après, la barre des 7 000 USD est franchie le 3 novembre. La barre des 8 000 USD est franchie seize jours après : le 19 novembre. Et en une semaine, le 26 novembre, le bitcoin franchit 9 000 USD. Il a ainsi sur cette période gagné 4 000 USD et un mois et demi.


CONCEPTION

Description générale de bitcoin

Il faut bien distinguer le bitcoin, la crypto-monnaie et d'autre part Bitcoin, le système de paiement dans cette devise. Sous ces deux aspects, Bitcoin se distingue des systèmes préexistants sur les points suivants :

-contrairement aux autres devises monétaires, Bitcoin n'est pas l'incarnation de l'autorité d'un État, d'une banque ou d'une entreprise. La valeur du bitcoin est déterminée de façon entièrement flottante par l'usage économique qui en est fait et par le marché des changes. Les règles organisant l'émission monétaire sont quant à elles déterminées uniquement par le code informatique libre du logiciel Bitcoin ;
-en tant que système de paiement, Bitcoin se distingue par le fait que son fonctionnement ne requiert pas l'utilisation d'une infrastructure centralisée tenant les comptes des montants détenus afin d'assurer les transactions. Le rôle de garantie et de vérification existe, mais est attribué toutes les dix minutes environ à un ordinateur du réseau choisi de façon aléatoire en fonction de sa puissance ;
-Bitcoin repose sur un protocole cryptographique ayant notamment pour objet, d'une part, de résoudre le problème dit du double paiement, qui avait jusqu'alors empêché l'émergence d'un tel type de monnaie, et, d'autre part, d'interdire la falsification des identifiants des parties prenantes et la valeur du stock de bitcoins figurant dans les porte-monnaie électroniques identifiés grâce à une adresse donnée.

Principe monétaire

Nombre de bitcoin au cours du temps et projection.
D'un point de vue monétaire, le bitcoin se distingue des autres monnaies (hors métaux précieux) par le fait majeur que l'agrégat monétaire n'est pas conçu pour s'adapter à la production de richesse.

Les bitcoins sont émis lentement et régulièrement, de façon dégressive, jusqu'à atteindre un montant maximal de 21 millions dans quelques décennies.

Toutes les monnaies nationales connaissent une inflation, de faible à forte selon les politiques menées par leur banque centrale. À l'inverse, la monnaie bitcoin est susceptible de finir par connaître la déflation, car la quantité maximale de bitcoins susceptibles d'être créés est fixée à l'avance dans le logiciel à 21 millions. En outre, les bitcoins perdus par les utilisateurs ne seront jamais remplacés. C'est pourquoi le projet Bitcoin est envisagé par la communauté de ses créateurs comme une expérience originale en termes économiques, constituant une sorte de mise à l'épreuve des thèses monétaires de l'école autrichienne d'économie. En effet, Friedrich Hayek, prix Nobel d'économie avait appelé en 1976 à rétablir le libre arbitre monétaire dans son livre Pour une vraie concurrence des monnaies. Le succès ou l'échec de Bitcoin est difficile à prévoir.

Le montant total et le taux annuel d'émission sont inscrits explicitement dans le code informatique du logiciel, selon les principes énoncés ci-après. Ce logiciel prévoit l'émission de monnaie d'après une règle mathématique de type série géométrique.

Évolutivité du protocole

Une limite de 1 Mo par bloc pour empêcher des attaques malveillantes :

Le 14 juillet 2010, peu après le lancement du système Bitcoin, Satoshi Nakamoto a créé une limite de 1 Mo pour chaque bloc nouvellement créé toutes les dix minutes sur la chaîne de blocs bitcoin. A cette époque, les transactions étaient gratuites et les développeurs avaient une préoccupation légitime que des attaquants puissent « spammer » le réseau en créant arbitrairement d'énormes blocs contenant de fausses transactions et gonflant de façon permanente la chaîne de blocs que tout le monde doit conserver à perpétuité. Cette limite était destinée à empêcher ce genre d'attaque jusqu'à ce qu'une meilleure solution puisse être mise en place. Satoshi Nakamoto avait proposé une solution qui passait par une augmentation de la taille des blocs à certaines hauteurs de blocs, augmentant efficacement la limite à un taux prédéterminé, semblable à la façon dont les nouveaux bitcoins sont émis.

L'évolutivité du système Bitcoin a depuis été une source constante de débats dans la communauté depuis l'introduction de cette limite de taille de bloc. Cette limite de 1 Mo, initialement pensée pour limiter le nombre de transactions par seconde à 7, ne posait aucun problème à une époque où, en 2010, le nombre réel de transactions ne dépassait guère 2,3 transactions par seconde. Ainsi, 7 transactions par seconde représentaient 3 fois plus de volume que le jour le plus actif de bitcoin à cette époque, laissant aux développeurs des années pour trouver une meilleure solution. Par ailleurs, le protocole prévoyait d'introduire des frais de transactions dans le temps ce qui rendrait ce genre d'attaques plus coûteux et inefficace.

Saturation de la capacité d'intégration des transactions

À partir de 2014, le succès du système Bitcoin conduit à une hausse continue du nombre de transactions qui finit d'atteindre la limite de 1 Mo en 2016. Un développeur, Gavin Andresen, proposa tout d'abord des blocs de 20 Mo, mais cette augmentation fut jugée trop agressive par la communauté. Une autre proposition, BIP101, proposait d'augmenter la taille des blocs de 40 % par an à partir de 8 Mo qui a conduit à la création d'une nouvelle crypto-monnaie, différente de bitcoin, appelé Bitcoin XT. D'autres propositions ont été faites comme BIP100 avec un bloc de 2 Mo qui conduit à la crypto-monnaie Bitcoin Classic et des approches plus agressives de "consensus émergent" qui permettent aux utilisateurs de "voter" la meilleure taille de bloc à un instant donné à travers Bitcoin Unlimited. D'autres membres de la communauté ont préféré ne pas favoriser d'augmentation de la taille de bloc mais changer le protocole en lui-même pour que soit intégrées davantage de transactions dans un bloc en réduisant leur taille ou d'augmenter la fréquence de création des nouveaux blocs.

Lorsque le nombre de transactions a fini par atteindre la limite de taille de bloc, le bassin de transactions en attente s'est saturé. Le seul moyen pour intégrer une transaction donnée dans la chaîne de bloc plus rapidement pour un utilisateur était d'augmenter les frais de transactions qui atteignirent près de 5 $ fin 2016. Cela a rendu bitcoin non compétitif par rapport à des services existants comme Western Union ou Paypal sur la base stricte de rapidité et de coût.

Le compromis de l'accord de New-York

L'enlisement du débat sur l'évolutivité fragilise le système Bitcoin Core et conduit au succès grandissant du vote en faveur du mouvement Bitcoin Unlimited, notamment chez les mineurs, en grande partie à cause d'une frustration face au manque de solutions de mise à l'échelle réelle. L'approche de l'équipe de développement, appelée "Segwit" (segregated witness), consistant à ne pas augmenter la limite de taille des blocs, mais à partitionner différemment les signatures numériques des transactions en "bloc d'extension", n'arrive pas à recueillir suffisamment de consensus.

Un compromis est trouvé lors d'un consensus d'industrie en 2017 appelé Segwit2x, qui combine la proposition "segregated witness" avec une augmentation de taille de bloc à 2 Mo. Cette proposition est implémentée le 1er août 2017 pour "segregated witness" et l'augmentation de la taille de bloc entre en application en novembre 2017 au bloc 494 784. Elle constitue une mise à jour majeure du système Bitcoin Core.

Néanmoins, le débat d'évolutivité est toujours vif et un groupe dissident a augmenté unilatéralement la taille de bloc à 8 Mo tout en rejetant la proposition "Segwit" le 1er août 2017. Cette décision a conduit à l'émergence d'une nouvelle crypto-monnaie appelé Bitcoin Cash. La probabilité qu'un autre groupe décide d'implémenter "segregated witness" sans augmenter la taille de bloc en novembre 2017 peut conduire à l'émergence d'une autre crypto-monnaie, parallèle à Bitcoin Cash et Bitcoin Core et dont les blocs seraient rejetés après la mise à jour du protocole Bitcoin Core.

Bitcoin XT (crée en août 2015), Bitcoin Unlimited (crée en janvier 2016), Bitcoin Classic (crée en février 2016 avant d'être abandonné en novembre 2017), Bitcoin Cash (crée en août 2017) et Bitcoin Gold (crée en octobre 2017) sont des crypto-monnaies alternatives à Bitcoin (encore appelé Bitcoin Core).

Bitcoin Core est la seule version officielle soutenue par l'équipe de développement.


TECHNOLOGIES

Principes

Le système Bitcoin est implanté sur le réseau Internet.

Chacun peut devenir utilisateur de Bitcoin en téléchargeant et en installant un logiciel approprié sur le matériel de son choix, qui peut aller du simple smartphone jusqu’à un système informatique complexe.

Une fois connecté au système, chaque utilisateur peut créer un nombre quelconque de comptes et procéder à des transactions en transférant des bitcoins depuis ses propres comptes vers d’autres comptes. Les fonctions nécessaires sont incluses dans des logiciels appelés wallets (porte-monnaies).

La fonction principale du système Bitcoin consiste à vérifier la validité des transactions et à les inscrire de façon indélébile dans un fichier public appelé la chaîne de blocs, où elles peuvent être consultées par tous mais se trouvent protégées contre toute modification. Cette opération est réalisée en deux temps :

Dans un premier temps, certains nœuds du réseau (les « mineurs ») constituent un nouveau bloc en regroupant des transactions récemment effectuées et en leur adjoignant un en-tête contenant notamment la date et l'heure, une somme de contrôle (« hash ») qui servira également d'identificateur unique du bloc, et l’identificateur du bloc précédent.
Dans un second temps, chaque nœud ajoute ce nouveau bloc à sa version locale de la chaîne de blocs, après avoir vérifié la validité de toutes les transactions qu’il contient et leur cohérence avec les transactions déjà enregistrées.
L'historique complet de toutes les transactions peut alors être lu sur tous les nœuds du réseau qui gèrent un exemplaire de la chaîne de blocs. Les différences éventuelles entre ces exemplaires doivent être résolues par le logiciel d'accès.

Ces fonctions sont mises en œuvre par des logiciels disponibles sous forme de logiciel libre. L’utilisateur de chaque nœud peut choisir librement les fonctions qu’il assurera dans le système et les logiciels qu’il utilisera à cette fin.

La conception du système n'implique pas d'autorité centrale de confiance, la construction et l'entretien de la chaîne de blocs étant effectués par les ordinateurs situés aux nœuds d’un réseau.

Le seul moyen d’utiliser des bitcoins est d’enregistrer dans la chaîne de blocs du système Bitcoin des transactions faisant référence à des transactions antérieures. Le bitcoin n’a pas d’existence indépendante du système de paiement Bitcoin.

Les transactions

Nombre de transactions par jour effectuées en bitcoin depuis sa création :

Les transactions consistent à débiter certains comptes pour en créditer d’autres.

Elles sont composées d’entrées (inputs) et de sorties (outputs). Chaque sortie comporte un montant et la clé publique de l’adresse créditée, ou plus généralement un programme permettant de déterminer cette adresse (un « script »). Chaque entrée désigne une sortie d’une transaction antérieure et comporte un programme (script) qui fournit les données attendues par le script figurant dans cette sortie.

Lors de la validation d'une transaction, les scripts de chaque entrée sont exécutés ; d'abord le script de la sortie antérieure à laquelle l'entrée fait référence, puis le script de l'entrée elle-même. La transaction n'est validée que si le résultat est « vrai » pour toutes les entrées.

Ces scripts sont écrits dans un langage interne conçu par Nakamoto. Ce langage est volontairement minimaliste et non Turing-complet afin notamment d'éviter que le système ne puisse s'engager dans des boucles infinies. L'utilisation des scripts doit permettre au logiciel de s'adapter aisément à des évolutions ultérieures et permettre la prise en charge de fonctionnalités avancées telles que les transactions impliquant plusieurs signatures ou les contrats intelligents.

Les transactions effectuées par un nœud sont diffusées à ses voisins. Ceux-ci valident les transactions qu’ils reçoivent et les regroupent progressivement dans un pool local avant de les transmettre à leurs propres voisins. Les transactions valides sont ainsi diffusées de proche en proche à tous les nœuds du réseau, après une nouvelle vérification lors de chaque étape.

Avant d’inscrire définitivement une transaction dans la chaîne de blocs, le réseau effectue à plusieurs reprises un ensemble de vérifications, comprenant notamment le fait que les sorties référencées par les entrées existent bien et n’ont pas encore été utilisées, que l’auteur de la transaction est bien titulaire de l’adresse créditée dans ces sorties, et que la somme des montants figurant dans les sorties de la transaction est bien inférieure ou égale à la somme des montants des sorties référencées par les entrées.

L'inscription d'une transaction dans la chaîne de blocs a pour effet d’interdire toute future référence aux sorties désignées par les entrées de cette transaction, ce qui revient à débiter les comptes destinataires de ces sorties des montants qui y figurent, et de créditer les comptes désignés par les sorties de la transaction des montants indiqués.

Une transaction est prise en compte instantanément par le réseau et confirmée une première fois au bout de 10 minutes environ. Chaque nouvelle confirmation renforce la validité de la transaction dans le registre des transactions.

Les comptes

Chaque utilisateur peut disposer d'un nombre quelconque de comptes, qu'il crée par l'intermédiaire de son wallet. À chaque compte bitcoin est associée une paire clef publique - clef privée.

Un compte est identifié par un numéro fabriqué à partir d'une empreinte cryptographique sur 160 bits (soit 20 octets) de sa clef publique. Il existe ainsi un maximum de 2160 adresses bitcoin possibles, soit environ 1048 (à titre de comparaison il y a environ 1047 molécules d'eau sur Terre95). Une adresse bitcoin possède également un préfixe identifiant le numéro de version (0 par défaut) et une somme de contrôle de quatre octets. En tout, une adresse bitcoin occupe donc 25 octets.

Une adresse est représentée au format ASCII grâce à un codage dédié sur 58 caractères alphanumériques : les chiffres et les lettres majuscules et minuscules, à l'exception des lettres et chiffres l, I, 0 et O, que Nakamoto a exclu en raison de leur ressemblance dans certaines fontes de caractères.

Voici, à titre d'exemple, la toute première adresse bitcoin ayant reçu des bitcoins : 1A1zP1eP5QGefi2DMPTfTL5SLmv7DivfNa

Pour accéder à ses comptes et signer ses transactions, l'utilisateur doit faire usage de sa clé privée. Le réseau vérifie la validité de cette signature à l'aide de la clé publique du compte, en ayant recours aux techniques de la cryptographie asymétrique. La clé privée utilisée pour signer une transaction doit correspondre à la clef publique du compte ayant reçu des bitcoins précédemment.

Les wallets

Le wallet de chaque utilisateur contient ses données personnelles, notamment l’adresse, la clef publique et la clef privée de chacun de ses comptes. Il peut aussi contenir des informations propres à l’utilisateur et construites à partir de la chaîne de blocs, par exemple la liste des sorties de transactions disponibles ou les soldes des comptes.

Le logiciel de wallet assure au minimum les fonctions de création de comptes, de consultation des comptes, de construction et d’envoi de transactions.

Il existe un choix de logiciels de wallet pour toutes les variétés d’appareils y compris les smartphones. Ils diffèrent par l’étendue de leurs fonctions annexes et par leur ergonomie.

Les informations contenues dans le wallet d’un utilisateur sont critiques et doivent être strictement protégées contre toute intrusion.

Si la clé privée d’un compte est perdue, l’utilisateur ne peut plus accéder aux transactions qui alimentent ce compte, ni créer de nouvelles transactions à partir de celui-ci. Ses bitcoins sont définitivement perdus et resteront à tout jamais dans la base sans plus pouvoir changer d'adresse. En 2013, un utilisateur a perdu 7 500 bitcoins, représentant à l'époque une valeur de 7,5 millions $, en jetant accidentellement le disque dur qui contenait sa clé privée.

La découverte de la clé privée d'un compte par un autre utilisateur permet à celui-ci d'usurper l’identité du titulaire légitime du compte et de dépenser les bitcoins qui viendraient à s'y trouver, ce qui équivaut à un vol de bitcoins.

Le minage

L’opération de minage consiste à assembler des transactions en « blocs », en y adjoignant un en-tête indiquant notamment la taille du bloc, le nombre de transactions enregistrées, la date et l'heure, une somme de contrôle (« hash ») interdisant toute modification du bloc et servant également d'identifiant unique au bloc, ainsi que l’identifiant du bloc précédent.

Les mineurs incluent dans les blocs qu'ils constituent une transaction particulière qui les crédite d’un certain nombre de bitcoins créés à cet effet, et intègre des frais spécifiques de transaction. Cette rémunération ne sera toutefois effective que si le bloc est définitivement accepté dans la chaîne de blocs par les autres nœuds. C'est cette création de monnaie qui explique l'utilisation du terme "minage", par analogie avec l'exploitation des mines d'or.

Un bloc peut contenir un nombre quelconque de transactions, en général entre 1000 et 2000, sans toutefois que la taille du bloc puisse dépasser 1 mégaoctet (pour le système Bitcoin Core).

Au sein d'un bloc, les transactions sont stockées sous la forme d'un arbre de Merkle.

La somme de contrôle (ou empreinte) du bloc est calculée en appliquant deux fois successivement l’algorithme de hashage SHA-256 à l’ensemble formé par les éléments suivants :

-le numéro de version du logiciel
-l’empreinte de l’en-tête du bloc précédent
-la racine de l’arbre des transactions du bloc (qui est lui-même une empreinte indirecte de l’ensemble des transactions du bloc)
-l’horodatage (temps écoulé depuis le 1er janvier 1970 0 h, en secondes)
-la difficulté

Le calcul de cette empreinte est rendu particulièrement difficile par le fait qu'elle doit être inférieure à une certaine valeur (la « difficulté »), donc que sa représentation binaire commence par un certain nombre de zéros. A cette fin, l’en-tête est complété par un nombre arbitraire de 32 bits appelé « nonce », qui sera intégré dans le calcul de l’empreinte.

Les algorithmes de hachage présentent la caractéristique que, même en connaissant les empreintes obtenues avec certains nonces, il est impossible de déterminer la valeur de l’empreinte avec un nouveau nonce sans exécuter à nouveau l’algorithme. On ne peut donc trouver un nonce approprié que par essais successifs.

Pour une valeur donnée du nonce, la probabilité de calculer une empreinte inférieure à la difficulté est très faible, de sorte que de nombreuses tentatives doivent être effectuées avant d'y parvenir. Entre 2014 et 2016, le nombre moyen de nonces que chaque mineur a dû tester entre chaque création de blocs est passé de 1 milliard à 200 milliards. Ce calcul consistant à effectuer un très grand nombre de fois le même calcul à partir de données différentes, il se prête bien au calcul parallèle.

La difficulté est réajustée tous les 2016 blocs pour tenir compte de la puissance de calcul réelle du réseau et permettre en moyenne d'ajouter un bloc toutes les 10 minutes, ce qui revient à dire que la durée probable de calcul d'une empreinte valide est de 10 minutes pour l’ordinateur ou le groupe d'ordinateurs le plus puissant du réseau.

Ce système de preuve de travail et d'enchaînement des blocs par leur empreinte rend toute altération de la chaîne de blocs impossible. Un attaquant qui souhaiterait modifier une transaction dans un bloc donné serait obligé de recalculer sa somme de contrôle et celle de tous les blocs suivants. La difficulté augmentant avec le temps, ainsi que le nombre de blocs postérieurs à la transaction modifiée (son degré de confirmation), le temps nécessaire pour opérer une telle modification augmente très rapidement.

Lorsqu'un mineur a construit un bloc valide dont la somme de contrôle satisfait la condition de difficulté, il le diffuse aux nœuds voisins, qui en vérifient la validité avant de le rediffuser à leur tour. La rémunération du travail de minage est faite en bitcoin.

Les blocs valides sont ainsi diffusés de proche en proche à tous les nœuds du réseau, non sans avoir été préalablement vérifiés, mais sans plus pouvoir être modifiés. À partir du nonce inclus dans l’en-tête, il est facile et rapide de vérifier la validité du bloc (un parallèle simpliste peut être fait avec un jeu de Sudoku : sa résolution est difficile et requiert du temps et du calcul humain mais sa vérification est très facile une fois la solution trouvée).

Regroupements des mineurs

La difficulté du minage a conduit les mineurs à se regrouper dans des coopératives (mining pools) pour combiner leurs ressources de calcul et construire plus rapidement de nouveaux blocs. La rémunération correspondant à la constitution de chaque bloc est ensuite divisée proportionnellement entre les membres, après prélèvement de frais, ce qui permet de lisser leurs revenus et les rend moins aléatoires. En 2016, une dizaine de ces coopératives fournissent 95 % des blocs.

La rémunération des activités de minage a conduit au développement de technologies toujours plus spécialisées. Les matériels les plus efficaces utilisent des circuits intégrés qui surpassent les processeurs à usage général tout en utilisant moins d'énergie. À partir de 2015, un mineur n'utilisant pas de matériel spécialement conçu pour le minage avait une faible probabilité de couvrir ses frais d'électricité et de matériel, même en rejoignant une coopérative de minage.

L'agence Reuters a estimé qu'en 2015 le réseau Bitcoin consommait 43 000 fois plus d'électricité que les 500 ordinateurs les plus puissants de la planète. En 2020, le réseau consommerait près de 14 000 mégawatts, ce qui représente la moitié de la consommation électrique de la Nouvelle Angleterre ou la totalité de la consommation du Danemark. Fin 2016, en se fondant sur le matériel de minage standard, et non pas le plus récent, - soit un AntMiner S7 d’une consommation de 1 210 W pour une puissance de 4,86 Thash/s -, on peut estimer la consommation électrique du réseau bitcoin à 3,7 milliards de kWh par an, soit la moitié de la production d’un réacteur nucléaire.

L'optimisation des matériels et le progrès technologique permettraient de ne consommer que 417 MW d'ici 2020, ce qui nécessiterait malgré tout près de 5 500 kWh pour produire un bitcoin, soit la moitié de la consommation annuelle en électricité d'un ménage américain.

La Russie

Un proche du président russe souhaite lever 100 millions de dollars pour financer le «minage», de manière à concurrencer la Chine.

La chaîne de blocs

La chaîne de blocs du système Bitcoin est comparable à un livre public enregistrant les transactions. Elle existe en un grand nombre d’exemplaires gérés parallèlement par les nœuds du réseau, aucun ne jouant un rôle privilégié.

L’opérateur de chaque nœud du réseau peut décider d’installer un "nœud complet" (full node) qui construit et tient à jour un exemplaire local de la chaîne de blocs. Il peut au contraire choisir de se contenter d’un nœud léger (lightweight node) qui fera appel aux nœuds complets voisins pour valider les transactions en utilisant le protocole SPV (simple payment verification).

Ces décisions étant totalement décentralisées, il est impossible de connaître le nombre de nœuds de chaque type. La seule population recensée en permanence par des sites spécialisés tels que blockchain.info ou bitnodes est celle des nœuds "à l'écoute" (listening nodes) qui acceptent, au moment de la mesure, des transactions et des blocs en provenance des autres nœuds. Leur nombre oscille autour de 6000.

Les nœuds du réseau se comptent vraisemblablement en dizaines de milliers. Pour ce qui concerne les nœuds complets, dont le nombre correspond à celui des exemplaires de la chaîne de blocs, les estimations vont de 5 000 à 30 000, localisés dans 85 pays sur tous les continents.

Cette redondance assure la continuité de service. Chaque ordinateur peut se déconnecter ou tomber en panne sans mettre en péril le bon fonctionnement de l’ensemble du système. Lorsqu'il redevient opérationnel, le protocole de construction de la chaîne de blocs qu'il héberge reconstruit automatiquement la portion manquante en recourant aux nœuds voisins.

Tant qu’il a accès à Internet, un utilisateur trouvera toujours un nœud du réseau pour accepter et relayer une écriture, et il se trouvera ensuite un grand nombre de mineurs et de nœuds complets, situés partout dans le monde, pour inscrire celle-ci et la rendre accessible dans la chaîne de blocs, où elle restera toujours accessible de tout point du monde ayant accès à Internet, sans pouvoir être modifiée.

Cette même redondance, jointe au « principe de précaution » aux termes duquel chaque nœud du réseau vérifie la validité des informations qu’il reçoit avant de les utiliser, rend impossible la propagation d'écritures frauduleuses. Erreurs et fraudes restent possibles sur un ordinateur particulier, qu’elles soient le fait de l’opérateur du site ou d’un pirate qui le manipule ce site ; il est même possible qu’elles se propagent localement par contagion ou par connivence. En revanche, il est pratiquement impossible qu'une telle pollution se propage à un pourcentage significatif des exemplaires de la chaîne de blocs, et moins encore à l’ensemble du réseau.

La construction de la chaîne de blocs

En recevant un nouveau bloc, chaque ordinateur gérant un nœud complet exécute un protocole aboutissant soit au rejet du bloc si celui-ci a déjà été reçu ou s’il est invalide, soit à son ajout à la chaîne de blocs locale après une ultime vérification de toutes les écritures qu’il contient, soit à sa mise en attente.

Chaque bloc contient l’identifiant du bloc qui le précède dans la chaîne de blocs de son mineur et, dans le cas le plus courant, ce prédécesseur est le bloc terminal de la chaîne locale, à laquelle le nouveau bloc vient s’ajouter après une ultime vérification de sa validité. Les transactions contenues dans ce nouveau bloc sont alors validées par le nœud, notamment celle qui rémunère en bitcoins le mineur qui a créé ce bloc. Celui-ci est transmis aux nœuds voisins et, de proche en proche, à l'ensemble du réseau. En cas d'échec lors de la vérification de la validité du bloc, celui-ci est conservé en attente, et s’incorpore à une branche secondaire de la chaîne de blocs.

Si le nœud reçoit un nouveau bloc qui contient une écriture déjà présente dans la chaîne locale, ce bloc est rejeté. C’est donc le premier bloc valide reçu que chaque nœud inscrira dans sa chaîne de blocs. Les blocs identiques construits par d’autres mineurs dans le même cycle de 10 minutes seront rejetés, de sorte que les mineurs se livrent à une course de vitesse pour voir leurs blocs ajoutés à la chaîne et être rémunérés en conséquence.

En raison du délai nécessaire à la propagation des blocs à travers le réseau, deux blocs créés dans le même cycle peuvent arriver dans un ordre différent selon les nœuds récepteurs, qui construisent alors des versions différentes du registre. On dit qu'il y a bifurcation (« fork »). La plupart du temps, une bifurcation est temporaire et le protocole de construction de la chaîne de blocs la corrige au cycle suivant.

Afin que tous les exemplaires de la chaîne de blocs soient identiques sur tous les nœuds, alors même qu'ils sont construits indépendamment, ce protocole incorpore un mécanisme dit « de consensus », qui est un élément central du système. La règle utilisée par Bitcoin consiste à retenir la chaîne dont la construction des blocs qui la composent a demandé le travail le plus important. À cette fin, l’en-tête de chaque bloc indique la difficulté du travail qui a été effectué pour le construire. Le fait que la somme de contrôle du bloc respecte les contraintes imposées constitue la « preuve de travail » garantissant que ce travail a bien été effectué.

S'il apparaît, à la suite de l’ajout d'un bloc à une chaîne secondaire, que celle-ci a réclamé plus de travail que la chaîne principale, cette chaîne secondaire doit devenir la branche principale. Pour cela, le programme remonte à l’endroit où elle s’est détachée de la branche principale, revalide un par un les blocs et les écritures qu’ils contiennent, et ajoute chaque bloc à l’extrémité de la nouvelle chaîne en cours de construction si ces contrôles sont satisfaits, en abandonnant ce processus à la première erreur.

Ce processus très complexe est le véritable cœur du système, car il est le seul moyen de modifier la chaîne de blocs et ses résultats sont irréversibles. Il assure également des fonctions telles que la résolution des cas de bifurcation et la reconstruction de la chaîne en cas d’arrêt de l’ordinateur ou du réseau.

À l’issue de cette deuxième phase, chacun des milliers d’exemplaires de la chaîne de blocs qui existent sur les nœuds complets a été prolongé par un bloc choisi par chaque nœud parmi les propositions des mineurs en appliquant la règle de consensus programmée. Si tous les nœuds complets mettent en œuvre les mêmes règles de validation des écritures et des blocs, ce bloc additionnel est le même pour tous les nœuds, de sorte que tous les exemplaires de la chaîne de blocs restent identiques. Ce sont ainsi quelques milliers de nouvelles écritures qui sont enregistrées de façon définitive et deviennent accessibles sur les milliers de sites correspondant.

Recours à la cryptographie

Pour être valide, chaque transaction doit être signée, au sens cryptographique du terme, en utilisant des techniques de cryptographie asymétrique. À cet effet, chaque adresse bitcoin constitue également l'empreinte cryptographique d'une clef publique. Toute transaction indique en entrée la référence d'une transaction précédente justifiant la disponibilité des fonds objet de la transaction et en sortie une ou plusieurs adresses bitcoin et les montants qui doivent leur être attribués. Une transaction équilibre toujours ses entrées et ses sorties.

Pour transmettre des bitcoins, un utilisateur doit signer cryptographiquement une transaction faisant référence en entrée à une ou plusieurs transactions précédentes dont le montant de sortie est suffisant pour couvrir la transaction. La clef privée utilisée pour signer cette transaction doit correspondre à la clef publique ayant précédemment reçu des bitcoins. L'utilisateur doit donc stocker de manière confidentielle et sécurisée toutes ses clefs privées. Le fichier correspondant dans le logiciel, appelé wallet.dat, doit être conservé et sauvegardé par l'utilisateur, de façon confidentielle.

La cryptographie permet l'authentification et la non répudiation décrite plus haut, grâce à la signature des transactions et aux fonctions à sens unique. À aucun moment le système n'assure la confidentialité ou le chiffrement des données transmises sur le réseau. Toutes les transactions sont donc en clair et leur anonymat n'est protégé que par le fait que le logiciel n'utilise aucune donnée personnelle de l'utilisateur. Par conséquent, l'identité d'un utilisateur ne peut être déterminée que s'il la découvre volontairement, si son adresse IP est traçable, ou éventuellement à la suite d'une méticuleuse et complexe étude statistique de la base de données des transactions.

Bitcoin utilise la méthode de preuve de travail, initialement imaginée pour résoudre le problème des spam et notamment mise en œuvre dans le système Hashcash. Les algorithmes de hashage sont SHA-256 et RIPEMD-160. Un double hash en SHA-256 est utilisé pour obtenir le hash des blocs et donc la preuve de travail, tandis qu'un SHA-256 suivi d'un RIPEMD-160 est utilisé pour construire les adresses bitcoins.

La signature des transactions est effectuée en utilisant la cryptographie à courbes elliptiques, dite ECDSA. En l'occurrence, la courbe employée est secp256k1.

Le système Bitcoin ne chiffre aucune des données qu'il utilise. La cryptographie est uniquement utilisée pour créer des signatures non falsifiables et mettre en œuvre des fonctions à sens unique. Seul le portefeuille de clefs privées est susceptible d'être chiffré par l'utilisateur, mais ceci est facultatif, relève de sa seule compétence et ne fait pas partie des spécifications du système : la confidentialité peut être à la charge du système d'exploitation ou d'un logiciel de chiffrement adapté, comme c'est le cas pour n'importe quel autre fichier.

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