Les concepts et les réalités de l'écosystème des crypto-monnaies

En octobre 2008, un ou plusieurs inconnus se faisant appeler Satoshi Nakamoto ont présenté au monde le concept de Bitcoin, en publiant un document intitulé « Bitcoin : un système de paiement électronique pair-à-pair ».

Ce document traitait des problèmes relatifs à l'exécution de transactions commerciales sur Internet, qui reposaient presque exclusivement sur le rôle de tiers de confiance assuré par les institutions financières dans le traitement des paiements électroniques. Avec l'utilisation de pièces de monnaie numériques, ces tiers de confiance peuvent vérifier chaque transaction pour empêcher les doubles dépenses, qui se produisent lorsqu'un acheteur malhonnête essaie d'utiliser plusieurs fois la même pièce numérique. Toutefois, l'ensemble du système de pièces de monnaie finit donc par dépendre du tiers.

Une autre solution consiste à élaborer un système de paiement électronique basé sur la preuve cryptographique plutôt que sur la confiance, ce qui permet à deux parties consentantes de traiter directement l'une avec l'autre de pair-à-pair, sans avoir besoin d'un tiers de confiance. Le document de M. Nakamoto proposait les concepts associés de « bitcoin » et de chaîne de blocs ou « blockchain » comme moyens de parvenir à cette solution.

Cet article se penche sur les aspects théoriques et pratiques de l'écosystème des crypto-monnaies, et examine certains inconvénients, mais aussi les avantages de cette technologie à la fois récente et volatile.

Fig.1 : Bitcoin - Image via Flickr

Comment les crypto-monnaies fonctionnent-elles ?

Quel que soit le titre de cette section, il est important de commencer toute analyse sur les crypto-monnaies en précisant que dans la perspective de cet article, les concepts de crypto-monnaie, de bitcoin et de blockchain sont inextricablement liés. Bitcoin n'est qu'un exemple, même si c'est le premier, des nombreux types de crypto-monnaies, qui existent désormais par milliers. Et les valeurs de bitcoin sont maintenues dans une base de données blockchain, et nulle part ailleurs.

Toutefois, il existe une autre dimension au-delà du point de vue de cet article, au sujet de blockchain. C'est une technologie intéressante et prometteuse en soi, et qui commence à trouver des applications dans de nombreux domaines qui ne sont pas liés aux crypto-monnaies.

Un blogueur spécialiste des mathématiques nommé 3Blue1Brown a produit une vidéo sur YouTube qui explique très bien ces concepts. Il adopte une approche de « retour aux fondamentaux » qui décrit comment un groupe de personnes souhaitant créer un moyen facile d'enregistrer les transactions courantes entre ces personnes pourrait élaborer un protocole approprié, en commençant par un simple registre sur un site Web. En abordant les problèmes qu'ils pourraient rencontrer et la façon de les régler, il construit un protocole selon l'écosystème des crypto-monnaies, blockchains et bitcoins que nous connaissons aujourd'hui.

Au début, n'importe qui peut ajouter des lignes au registre, et chacun règle ses comptes à la fin de chaque mois. Si vous avez dépensé plus d'argent que vous n'en avez reçu, mettez de l'argent dans le fonds commun ; sinon, prenez ce qui vous est dû.

Cependant, si n'importe qui peut ajouter une ligne, comment pouvons-nous nous assurer que toutes les transactions reflètent bien les intentions de l'expéditeur ? Une solution consiste à utiliser une signature numérique, et à empêcher la copie de la signature au moyen d'une paire de clés publique/privée, généralement longue de 256 octets. Toutefois, la signature est non seulement une fonction de la clé secrète (SK), mais également du message ; toute altération du message, même mineure, modifie la signature.

La clé privée signifie que seul l'auteur légitime peut générer cette signature, alors que la dépendance vis-à-vis du message signifie que personne ne peut la copier ni la falsifier sur un autre message. Une fonction de vérification compare ensuite la clé publique à la clé secrète pour prouver que le message est valide, et fournit un résultat vrai ou faux (T/F). L'objectif de cette fonction est qu'il est complètement impossible de trouver une signature valide sans la clé secrète. La seule façon de trouver une signature consiste à la deviner puis à la vérifier, mais il existe 2256 combinaisons de 256 bits, soit un nombre astronomique. Cela permet d'être à peu près certain que la signature a été générée en connaissant la clé secrète.

Un identifiant (ID) de message unique peut être généré pour chaque transaction, afin d'éviter que l'ensemble de la transaction ne fasse l'objet d'une copie. Les dépenses excessives peuvent être évitées en demandant à tout le monde une contribution initiale de 100 € au fonds commun, et en n'acceptant pas par la suite les transactions qui dépassent le solde d'une personne dans le registre. Il devient alors nécessaire de tenir un historique complet de toutes les transactions. En outre, l'ensemble du système pourrait être exploité à l'aide d'une crypto-monnaie au lieu d'une monnaie réelle ; la crypto-monnaie correspond à l'historique des transactions. Néanmoins, les monnaies cryptographiques et réelles pourraient être convertibles.

Toutefois, une importante question de confiance subsiste encore : qui héberge le site Web central ? Pour résoudre ce problème, tout le monde doit détenir sa propre copie du registre. Chaque transaction est diffusée à toutes les personnes, qui en prennent connaissance et l'inscrivent dans leur propre registre personnel. Mais tout le monde peut-il s'entendre sur la version du véritable registre ? Comment pouvez-vous être sûr que tout le monde enregistre les mêmes transactions et reconnaît que vous avez reçu de l'argent pour effectuer des paiements ?

Cela suppose l'existence d'un protocole visant à accepter ou rejeter les opérations, dans le bon ordre, pour que les utilisateurs aient l'impression que toute personne au monde suivant le même protocole dispose d'un registre personnel identique au sien. C'était le problème abordé dans le document original sur bitcoin de Satoshi Nakamoto.

Une solution consiste à faire confiance au registre comportant le plus grand nombre d'opérations informatiques ; utiliser les opérations de calcul informatique comme base de confiance. Les transactions frauduleuses et les registres contradictoires peuvent se voir exiger de réaliser une quantité de calcul infaisable. Ceci peut être fait avec une fonction de hachage, qui peut utiliser n'importe quel type de message ou de fichier et qui génère une chaîne de bits de longueur fixe comme 256 bits :

SHA256(« 3Blue1Brown ») = (chaîne binaire de 256 bits)

La chaîne est un hachage, ou un condensé, du message. Si l'entrée est légèrement modifiée, le hachage change complètement. SHA256 est une fonction de hachage cryptographique, ce qui rend impossible le fait de retrouver la fonction à partir du résultat, à moins de deviner et de vérifier, ce qui implique à nouveau les 2 256 combinaisons. Un grand nombre de systèmes de sécurité dépendent de cette propriété irréversible ; SHA256 est largement utilisé par YouTube, les banques et d'autres organisations.

Une transaction est effectuée lorsqu'une personne calcule un nombre, et que suite au hachage du nombre et de la transaction par SHA256, cela génère un hachage qui commence par exemple par 30 zéros. La seule façon de générer ce numéro est d'exécuter un processus d'essai et d'erreur, qui exige un temps de calcul considérable, mais qui constitue, une fois qu'il est terminé, une « preuve de travail ». Tout le monde fait confiance au registre comportant le plus de travaux.

En pratique, cela se gère en divisant un registre donné en blocs, chacun contenant une liste de transactions finissant par un numéro de preuve de travail. Un bloc doit contenir le hachage du bloc précédent dans son en-tête. Si vous modifiez une transaction ou un ordre de blocs, le hachage devient invalide, donc les blocs sont enchaînés les uns aux autres, ce qui constitue un concept de chaîne de blocs (blockchain), plutôt que de registre. La fig. 2 présente un schéma simplifié de la blockchain bitcoin.

N'importe qui peut être un créateur de bloc, en écoutant les transactions, en les rassemblant dans un bloc, puis en effectuant l'opération pour trouver le numéro spécial pour faire commencer le hachage par 30 zéros. La personne diffuse ensuite le bloc à nouveau. En récompense, elle peut ajouter au début du bloc une transaction pour laquelle elle reçoit un petit paiement à partir de rien, une « récompense de bloc ». Le volume de la monnaie dans la crypto-économie augmente avec chaque nouveau bloc. La création de blocs s'appelle le « minage » parce que cela implique beaucoup de travail et que cela introduit de nouveaux éléments de monnaie dans l'économie.

Du point de vue du « mineur », le minage est une course ou une loterie où le premier à trouver le bon numéro remporte le prix.

Les utilisateurs surveillent les blocs diffusés par les mineurs et mettent à jour leurs propres copies personnelles de la blockchain. S’ils repèrent deux blockchains distinctes avec des historiques de transaction contradictoire, ils choisissent celle qui comporte le plus de travaux. En cas d'égalité, ils attendent qu'une chaîne reçoive le bloc supplémentaire qui va la rendre plus longue. C'est un consensus décentralisé.

Si un utilisateur essaie d'envoyer un autre un bloc frauduleux, il devra produire une preuve de travail avant les autres mineurs. Ceci peut fonctionner une fois, mais il faudrait continuer à ajouter des blocs avant les autres mineurs. S'il a moins de 50 % de la puissance de calcul disponible sur le réseau, il finira par perdre.

En fin de compte, tout l'argent de Bitcoin provient d'une récompense de bloc. Le prix continue de diminuer avec l'arrivée de nouveaux mineurs, si bien qu'il n'y aura jamais plus de 21 millions de bitcoins en circulation. Toutefois, les mineurs peuvent également collecter des frais de transaction. Pour chaque transaction, les utilisateurs peuvent ajouter des frais de transaction qui iront au mineur qui va capter le bloc. Cela incite les mineurs à inclure la transaction dans le bloc suivant qu'ils diffusent.

L'exemple de valeur cible commençant par 30 zéros a été mentionné plus haut, mais cette valeur change de temps à autre. Cela sert à augmenter la difficulté de trouver le numéro de preuve de travail, pour conserver la durée typique de la recherche dans les dix minutes pour bitcoin. D'autres durées de recherche sont utilisées pour d'autres crypto-monnaies.

Fig.2 : schéma blockchain bitcoin simplifié ; Image de Wikimedia Commons

Obtenir des crypto-monnaies et les vendre

Il y a deux façons d'obtenir des pièces de crypto-monnaie.

La première consiste à les acheter. Cela nécessite la mise en place d'un portefeuille en ligne pour stocker les clés de cryptage et de l'argent, ou d'un portefeuille sur un site tiers comme Coinbase. Des portefeuilles papier avec des codes QR imprimés existent aussi, comme les portefeuilles physiques qui ressemblent un peu à une clé USB. Ensuite, vous allez choisir un service d'échange comme Coinbase ou Xapo qui vous permettra de convertir les devises cryptographiques et réelles et, dans certains cas, de réaliser des transactions en bitcoins. La plupart des agences vous permettront d'acheter et de vendre des bitcoins, ainsi que d'échanger des bitcoins contre de l'argent ou d'autres crypto-monnaies.

Il est également possible d'utiliser des plates-formes comme LocalBitcoins, qui permet de trouver des personnes souhaitant échanger des bitcoins contre de l'argent. En outre, certaines banques acceptent les dépôts en espèces et fournissent des bitcoins quelques heures plus tard. Il y a également des guichets automatiques bancaires qui acceptent les véritables billets de banque, qui numérisent un code QR du portefeuille papier et qui transmettent alors une valeur bitcoin correspondante sur le compte associé.

L'autre façon d'en obtenir passe par le mining ; cela a été présenté ci-dessus, et c'est abordé plus en détail ci-dessous.

Réalités du minage des crypto-monnaies

Au début de Bitcoin, les mineurs pouvaient gagner de l'argent en exécutant les algorithmes de hachage sur leur PC de bureau ou parfois sur un Raspberry Pi. Des informations détaillées sur Raspberry Pi et ses produits de support sont disponibles sur le site Web de Farnell, ainsi que des informations sur d'autres ordinateurs monocarte. Toutefois, étant donné que de plus en plus de mineurs ont rejoint le réseau, la concurrence et les exigences de performances ont augmenté, et il faut désormais un matériel plus puissant. Les cartes graphiques issues de l'univers des jeux ont amené les premières améliorations, car leurs processeurs graphiques ont beaucoup d'ALU capables de gérer les tâches répétitives nécessaires afin de calculer l'algorithme SHA256. Toutefois, ces cartes présentaient une consommation énergétique élevée et ont connu des problèmes de surchauffe. Des produits de minage ont alors été commercialisés, avec des puces reprogrammées pour le minage de bitcoins. Ils étaient plus rapides, mais consommaient toujours beaucoup. Les FPGA, et peut -être désormais les ASIC, proposent de meilleures solutions parce qu'ils offrent à la fois des améliorations en termes de vitesse et de réduction de la consommation.

Les mineurs ont maintenant plusieurs options. Tout d'abord, ils peuvent travailler ensemble en se regroupant au sein d'un pool qui se partage la charge. Les pools trouvent des solutions plus rapidement que les membres individuels, et chaque membre est récompensé proportionnellement à sa contribution. NiceHash fait partie de ces pools ; car il répartit la charge, il n'exige pas de matériel spécifique, mais spécifie des machines de bureau, des stations de travail ou des serveurs avec de puissantes cartes graphiques séparées. Les ordinateurs portables ou les ordinateurs de bureau à carte graphique intégrée ne sont pas assez puissants. Les machines ASIC et les fermes de serveurs sont également prises en charge.

NiceHash travaille sur de nombreuses crypto-monnaies, comme FedoraCoin DogeCoin, Litecoin, Ethereum et d'autres encore, ainsi que Bitcoin.

Par ailleurs, les mineurs peuvent choisir plusieurs options en termes de matériel. Ils peuvent acheter un « ASIC » construit par un professionnel, ce qui est en fait une machine complète bâtie autour de la technologie ASIC. L'Antminer Bitmain S9 proposé par Bitmain Partner en est un exemple. Selon Antminer Bitmain, chaque S9 utilise 189 puces pour délivrer un taux de hachage et une efficacité supérieurs à n'importe quel matériel de mining pour bitcoin jamais construit. La puce BM1387 est construite à l'aide de la technologie 16 nm FinFET de TSMC. Une autre approche consiste à acheter un périphérique USB, comme les cartes FPGA ZTEX pour calculs cryptographiques, y compris le minage bitcoin.

Il est également possible de construire votre propre machine en suivant des instructions, telles que celles fournies par Coinminingrigs.com. Ce système utilise une seule carte mère qui exploite six cartes graphiques telles que les NVIDIA GTX 1060 6 Go, GTX 1070, AMD RX 580 ou RX 570.

Quelle que soit l'option matérielle choisie par les mineurs, un fait demeure certain : il peut être difficile de réaliser des profits car les valeurs des crypto-monnaies sont volatiles, et les profits issus des récompenses de blocs sont toujours remis en question par les coûts d'acquisition d'un matériel puissant, ainsi qu'à la facture énergétique associée à son exploitation.

Plus d'informations sur Xilinx et ses produits sont disponibles sur le site Web de Farnell.

L'avenir de Bitcoin : législation et technologie

Même si les crypto-monnaies, et surtout Bitcoin, ont reçu une attention particulière de la part des médias, leur avenir demeure instable. Très peu de gens l'utilisent pour acheter des choses ; Overstock.com, le plus grand détaillant en ligne à adopter bitcoin, dit que cela représente moins de 0,1 % des ventes. Le rôle principal de la crypto-monnaie semble se jouer en coulisses, en offrant aux banques et à d'autres organisations un moyen libre et peu coûteux de déplacer des sommes d'argent.

Mais d'autres commentateurs ont des attentes bien plus élevées en ce qui concerne l'avenir du Bitcoin. Dans le cadre d'une présentation lors d'une convention sur Bitcoin à San Jose en 2013, Erik Voorhees a déclaré :

« Les caractéristiques de Bitcoin lui permettent de fonctionner librement et de prendre de l'ampleur au sein d'une sphère d'activité de plus en plus importante. Inévitablement, cela signifie que cette devise va commencer à déloger des monnaies aux caractéristiques inférieures.

Bitcoin se propagera sous de multiples formes utiles, et se développera dans chaque pays et chaque communauté. Cette devise va engloutir le commerce qui, jusqu'à présent, était enchaîné par la sorcellerie économique d'un système fiduciaire en décrépitude, et laissera un grand marché sans friction dans son sillage. C'est à vous tous de saisir ce nouveau marché et d'en assurer la croissance. »

Toutefois, certains experts pensent que l'augmentation de la taille de bloc de la blockchain est essentielle en vue d'accueillir le nombre croissant de transactions sur le réseau. Sinon, le réseau bitcoin pourrait ralentir progressivement jusqu'à l'inertie. Le réseau effectue actuellement environ sept transactions par seconde, contre 100 pour PayPal et 4 000 pour Visa. Toutefois, certains acteurs préfèrent préserver le statu quo pour éviter de faire fuir les investisseurs.

La réglementation, qui n'est pas encore arrivée à maturité et sera probablement modifiée, tout comme elle devrait différer selon les pays, a également une incidence sur les crypto-monnaies. Un article de Eitan Jankelewitz du cabinet d'avocats Sheridans décrit comment, au Royaume-Uni, il faut tenir compte de trois domaines au sein de la législation ; la protection des consommateurs, la lutte contre le blanchiment d'argent et la fiscalité. Les réglementations étrangères ont également certaines implications pour ceux qui opèrent au Royaume-Uni.

Au Royaume-Uni, l'autorité de bonne conduite financière (Financial Conduct Authority, FCA) est le régulateur qui est responsable de s'assurer que les services financiers sont fournis en protégeant les consommateurs et en préservant l'intégrité du marché. Toutefois, la FCA n'a proposé aucune orientation constructive ni commentaire sur la réglementation des devises numériques. En fait, la FCA est allée jusqu'à déclarer qu'elle ne réglementera pas les monnaies numériques. En l’absence d'orientation officielle, les entreprises sont obligées d'agir selon leur propre interprétation de ce que devraient être les règles.

Les réglementations de 2007 sur le blanchiment d'argent sont appliquées par un certain nombre d'agences, principalement l'autorité fiscale du Royaume-Uni, le HMRC (HM Revenue & Customs) et la FCA, mais également par d'autres agences. Toutefois, il n'y a aucune obligation officielle de prendre des mesures pour empêcher le blanchiment d'argent par le biais de transactions effectuées en bitcoins. Par contre, les entreprises américaines doivent se conformer à la réglementation anti-blanchiment d'argent au niveau fédéral puis renouveler cette conformité dans presque tous les autres États.

En réponse, la plupart des entreprises britanniques se chargent elles-mêmes de la réglementation. Elles prennent certaines mesures pour essayer d'identifier leurs clients aux fins de la prévention du blanchiment d'argent.

En matière de fiscalité, le HMRC réfléchit toujours à la façon d'aborder bitcoin. La TVA sera probablement facturée sur les frais de service de bitcoin, mais pas sur la monnaie elle-même. Par conséquent, une transaction devrait faire l'objet d'une facturation de TVA sur sa commission, mais pas sur les bitcoins échangés. En outre, le HMRC réfléchit à tous les autres aspects de la fiscalité, et pas seulement à la TVA. Nous espérons assister prochainement à des développements dans ce domaine, avec une position définitive sur les obligations de déclaration des entreprises utilisant des bitcoins.

Les entreprises britanniques peuvent aussi être concernées par la législation étrangère, surtout aux États-Unis. Là-bas, l'exploitation d'une entreprise de transfert d'argent est réglementée par le réseau de lutte contre la criminalité financière (Financial Crimes Enforcement Network, FinCEN) au niveau fédéral, et puis de nouveau au niveau de l'État. En mars 2013, le FinCEN a étendu le champ d'application de cette réglementation aux échanges en bitcoins et aux achats et ventes de bitcoins ou d'autres devises numériques.

Malheureusement pour les entreprises du Royaume-Uni, cette réglementation s'applique également aux entreprises non américaines qui fournissent leurs services aux citoyens américains. En conséquence, la plupart des entreprises britanniques ferment simplement leurs portes aux citoyens américains en attendant de pouvoir pénétrer ce marché et de disposer de suffisamment de fonds pour entreprendre le processus de conformité.

Au-delà du Royaume-Uni et des États-Unis, le statut juridique de bitcoin varie sensiblement d'un pays à l'autre et n'est toujours pas défini ou est en train de changer dans de nombreux pays. Bien que la plupart des pays ne rendent pas l'utilisation de bitcoin illégale en soi, son statut en tant qu'argent (ou marchandise) varie, avec des implications réglementaires divergentes. Alors que certains pays ont explicitement autorisé son utilisation et son commerce, d'autres l'ont interdit ou restreint. De même, divers organes, ministères et tribunaux nationaux ont procédé à différentes classifications de bitcoin. Un article de Wikipedia présente un énoncé exhaustif du statut légal actuel de bitcoin dans chaque pays.

Conclusions

Depuis leur récente introduction, bitcoin, blockchain et les autres crypto-monnaies ont eu un effet marquant pour ceux qui ont choisi de s'en servir pour travailler. L'extrême volatilité des valeurs des crypto-monnaies a entraîné des pertes comme des gains de grande ampleur pour les spéculateurs. L'avenir des crypto-monnaies est également incertain, entre les prédictions d’une poursuite de leur croissance phénoménale pour certains et leur déclin terminal annoncé par d'autres. Toutefois, la blockchain est également un concept prometteur à part entière, dont de nombreuses applications indépendantes des crypto-monnaies ont déjà vu le jour.