Blockchain: fonctionnement
Un nouveau type de base de données
La blockchain est une base de données distribuée avec des propriétés qui la rendent fondamentalement différente des systèmes traditionnels. Au lieu dune seule entreprise ou gouvernement maintenant les registres, des milliers dordinateurs dans le monde entier détiennent des copies identiques. Au lieu de faire confiance aux administrateurs pour se comporter honnêtement, des règles mathématiques garantissent lintégrité. Au lieu de registres qui peuvent être discrètement modifiés, chaque changement est permanent et publiquement visible.
Ces propriétés permettent la cryptomonnaie et bien plus encore. Toute application nécessitant des registres transparents et inaltérables peut potentiellement bénéficier de larchitecture blockchain. Les transactions financières ont été le premier cas dusage, mais la technologie sapplique partout où la confiance entre parties est difficile ou coûteuse à établir par des moyens traditionnels.
Comprendre la blockchain signifie comprendre pourquoi ces propriétés comptent et comment elles émergent de composants techniques relativement simples combinés intelligemment. La technologie nest pas magique. Elle implique de vrais compromis et limitations. Mais pour les bonnes applications, elle résout des problèmes qui navaient auparavant pas de bonnes solutions.
Comment les blocs forment une chaîne
Le nom blockchain décrit littéralement la structure de données centrale. Les transactions sont collectées en groupes appelés blocs. Chaque bloc contient une empreinte cryptographique du bloc précédent, créant une chaîne où chaque lien dépend de tous les liens précédents. Modifier une ancienne transaction changerait son empreinte, brisant la chaîne et rendant la falsification évidente.
Les fonctions de hachage cryptographique créent ces empreintes. Une fonction de hachage prend nimporte quelle donnée dentrée et produit une sortie de longueur fixe qui paraît aléatoire mais est complètement déterministe. La même entrée produit toujours la même sortie, mais même de minuscules changements à lentrée produisent des sorties complètement différentes. Cette propriété rend effectivement impossible de créer des données modifiées qui produisent le même hachage que loriginal.
Quand un nouveau bloc est créé, il inclut le hachage du bloc précédent comme partie de ses propres données. Ce hachage devient ensuite partie de lentrée pour calculer le nouveau hachage de bloc. Ce chaînage signifie que changer toute transaction historique nécessiterait de recalculer non seulement ce hachage de bloc mais tous les hachages de blocs suivants également. Plus une transaction est ancienne dans lhistorique, plus de travail serait requis pour la modifier.
Les noeuds sur le réseau vérifient indépendamment que chaque hachage de bloc correspond correctement à son contenu et se lie correctement au bloc précédent. Toute tentative dintroduire des blocs frauduleux échoue immédiatement car les mathématiques ne fonctionnent pas. Cette vérification ne nécessite aucune confiance en aucune partie particulière puisque nimporte qui peut effectuer les calculs.
Consensus distribué
Créer un registre partagé sur lequel des milliers dordinateurs saccordent sans aucun coordinateur central est le défi fondamental que la blockchain résout. Comment des étrangers qui nont aucune raison de se faire confiance saccordent-ils sur quelles transactions sont valides et dans quel ordre elles ont eu lieu ? Cest le problème du consensus.
Le consensus proof-of-work, utilisé par Bitcoin, nécessite que les mineurs dépensent un effort computationnel pour créer de nouveaux blocs. Le premier mineur à résoudre un puzzle cryptographique gagne le droit dajouter le prochain bloc et de recevoir des récompenses. Cette compétition randomisée signifie quaucune partie unique ne contrôle quelles transactions sont incluses. Le coût de lénergie et du matériel crée un enjeu économique qui rend les attaques prohibitivement coûteuses.
Le consensus proof-of-stake, utilisé par Ethereum et de nombreux réseaux plus récents, sélectionne les producteurs de blocs en fonction de combien de cryptomonnaie ils stakent comme collatéral. Les validateurs qui approuvent des transactions frauduleuses risquent de perdre leur stake via des pénalités appelées slashing. Les incitatifs économiques remplacent la dépense énergétique, réduisant dramatiquement limpact environnemental tout en maintenant la sécurité via différents mécanismes.
Dautres approches de consensus existent avec divers compromis. Le delegated proof-of-stake fait élire par les détenteurs de tokens un plus petit ensemble de producteurs de blocs, améliorant la vitesse au prix dune certaine décentralisation. Le proof-of-authority repose sur des validateurs connus et de confiance, adapté aux réseaux privés où les participants se font déjà confiance.
Décentralisation et ses avantages
La véritable innovation de la blockchain est de permettre la coordination sans contrôle central. Les bases de données traditionnelles nécessitent des administrateurs avec le pouvoir de modifier les registres, et les utilisateurs doivent faire confiance à ces administrateurs pour se comporter honnêtement. Lhistoire montre que cette confiance est souvent mal placée. Les institutions peuvent être corrompues, piratées ou sous pression des gouvernements.
Les systèmes décentralisés distribuent le pouvoir entre de nombreux participants, dont aucun individuellement ne peut contrôler les résultats. Aucun point unique de défaillance nexiste à attaquer ou corrompre. Les règles intégrées dans le code sexécutent exactement comme écrit quelle que soit la pression politique ou économique. Cette architecture fournit une résistance à la censure, ce qui signifie quaucune autorité ne peut empêcher le traitement de transactions valides.
Ces propriétés comptent le plus là où la confiance est rare ou coûteuse. Les transactions internationales entre parties qui ne se connaissent pas bénéficient de la vérification sans confiance. Les applications dans des juridictions avec un état de droit faible gagnent des registres inaltérables. Linclusion financière sétend quand laccès ne nécessite pas lapprobation de gardiens qui pourraient discriminer.
Smart contracts et programmabilité
Alors que Bitcoin a démontré la blockchain pour les paiements, les blockchains programmables comme Ethereum ont étendu le concept à du calcul arbitraire. Les smart contracts sont des programmes stockés sur la blockchain qui sexécutent automatiquement quand les conditions sont remplies. Ils permettent des applications bien plus complexes quun simple transfert de valeur.
La finance décentralisée utilise les smart contracts pour recréer les services bancaires sans banques. Les protocoles de prêt associent emprunteurs et prêteurs algorithmiquement. Les exchanges facilitent le trading sans détenir les fonds des clients. Les contrats dassurance paient automatiquement basés sur des événements vérifiables.
Les tokens non fongibles utilisent les smart contracts pour établir une propriété numérique vérifiable. Les artistes peuvent vendre des oeuvres directement aux collectionneurs avec des royalties intégrées sur les reventes. Les jeux peuvent avoir des objets vraiment possédés par les joueurs qui existent indépendamment de toute entreprise.
La vision Web3 étend cela plus loin, imaginant des versions décentralisées de nombreux services internet actuellement dominés par de grandes plateformes. Des réseaux sociaux où les utilisateurs possèdent leurs données. Des marketplaces sans intermédiaires extractifs de rentes. Des systèmes de gouvernance pour les communautés en ligne.
Au-delà de la cryptomonnaie
Les applications blockchain sétendent dans des domaines qui nont rien à voir avec la cryptomonnaie. Le suivi de la chaîne logistique utilise la blockchain pour créer des registres inaltérables de lorigine et de la manipulation des produits. Les fabricants de produits de luxe peuvent prouver lauthenticité tandis que les consommateurs peuvent vérifier quils nachètent pas des contrefaçons.
Les diplômes académiques, les licences professionnelles et autres certifications peuvent être enregistrés sur la blockchain pour une vérification instantanée. Au lieu dappeler des institutions pour confirmer que quelquun a obtenu son diplôme ou passé un examen, les vérificateurs peuvent consulter des registres publics immuables.
Les systèmes de vote peuvent utiliser la blockchain pour créer des registres électoraux publiquement auditables tout en préservant la confidentialité des électeurs via des techniques cryptographiques. Bien que les implémentations complètes fassent face à des défis, le potentiel daméliorer lintégrité électorale attire des recherches et projets pilotes continus.
La blockchain nest pas une solution universelle. La technologie excelle dans des problèmes spécifiques impliquant la confiance entre parties qui ne se connaissent pas. Pour les applications où une partie de confiance existe déjà et fonctionne bien, la blockchain ajoute de la complexité sans bénéfice correspondant. Comprendre à la fois les capacités et les contraintes aide à identifier où la blockchain a du sens versus où des solutions plus simples suffisent.