Chapitre 3

Comment fonctionne une blockchain ?

Découvrez les concepts de cette technologie révolutionnaire et comprenez comment fonctionne une blockchain, ainsi que sa terminologie.

En résumé

  • Une blockchain est une base de données fonctionnant sous forme de registre de transactions chronologiquement inaltérable.
  • C’est une percée technologique permettant de coordonner des échanges de façon décentralisée.
  • Par définition, une blockchain est ouverte, publique et sans permission. Les blockchains publiques sont une classe fondamentalement nouvelle d’institutions (crypto-)économiques. Dans leur forme la plus pure, elles sont des entités décentralisées et sans juridictions qui n’existent qu’en ligne, maintenues par une combinaison de cryptographie et de consensus socio-économique. Elles sont le pilier de ce qu’on commence à appeler l’Internet de l’argent.

Nombreux ont été les sceptiques vis-à-vis de la technologie blockchain, qui a beaucoup été vendue comme le remède à tous les maux. En conséquence, elle a souvent été renvoyée dans la catégorie des modes passagères comme une technologie qui ne devait pas être prise au sérieuse. Dans cet article, nous vous expliquons pourquoi ce n’est bien sûr pas le cas !

Bien que la blockchain ne soit évidemment pas une solution magique à tout et n’importe quoi, la réalité est qu’elle représente vraiment une révolution technologique permettant à l’humain d’interagir à large échelle et de façon extensible. Elle ne demande qu’à être clairement définie et comprise.

Alors, c'est quoi une blockchain ?

Dans sa forme la plus fondamentale, une blockchain est une base de données. C’est une base de données qui est répartie sur un vaste réseau composé de ce qu’on appelle des nœuds. Ces nœuds sont les participants du réseau, représentants des ordinateurs un peu partout autour du globe. Tous ces ordinateurs tournent le logiciel d’une blockchain, un genre de protocole servant de langage qu’ils utilisent afin de communiquer entre eux. Cette caractéristique fait qu’on appelle souvent une blockchain une technologie de registre distribué (TRD ou DLT en anglais).

Blockchain network diagram

Voici à quoi ressemble un réseau blockchain, des ordinateurs se parlant entre eux.

Bien entendu, ces ordinateurs ne se parlent pas de la même façon que vous et moi. Ils « chuchotent » entre eux et propagent des informations entre tous les nœuds, chacun interagissant avec les autres en peer-to-peer.

Les informations qu’ils partagent prennent la forme de mises à jour du registre. Ce qui est mis à jour dans le registre d’une blockchain ? L’historique de toutes les transactions qui ont eu lieu sur le réseau, dont chaque nœud garde une trace tel que programmé dans le protocole de la blockchain en question.

Un historique inaltérable de transactions

Au sein de la blockchain, une forme de cryptage est utilisée pour enregistrer les transactions et leurs dates de création. Les transactions sont groupées dans des blocs, qui sont ensuite hashés ensemble.

Un hash est une fonction mathématique convertissant une valeur en une autre valeur. Hasher des données est une pratique courante en informatique, utilisée à de nombreuses fins. Dans le cas des blockchains, ce qu’on appelle des fonctions de hash unidirectionnel sont utilisées. Ces fonctions génèrent une empreinte unique pour une entrée, sans qu’il y ait de façon de retrouver l’entrée originelle. Tant que l’entrée ne change pas, le hash reste toujours identique. En revanche, si l’entrée change ne serait-ce que d’un caractère, le hash résultant sera complètement différent.

Le hashing est un composant important de chaque transaction blockchain. Chaque bloc de transactions est marqué avec un hash référant au bloc précédent. Ainsi, un historique complet des transactions est créé. Vous savez désormais d’où vient le terme « blockchain », ou chaîne de blocs.

Représentation de bloc et transactions d'une blockchain

Représentation des blocs et de transactions, le bloc 8 étant en train d'être rempli de nouvelles transactions.

Cet historique de transactions est identique sur tous les ordinateurs du réseau. Si une nouvelle entrée est faite dans l’historique des transactions, une version mise à jour est immédiatement propagée sur chaque nœud du réseau. Plus précisément, dès qu’un changement se produit sur le registre d’un nœud et que ce changement ne contredit pas les mathématiques du code de la blockchain, l’état du registre de chaque ordinateur du réseau est automatiquement mis à jour en fonction. Ainsi, le réseau dans son ensemble est toujours synchronisé.

Bitcoin blockchain blocks

Les derniers blocs de la blockchain Bitcoin, comme vous pouvez les voir sur blockchain.com.

Parce que chaque bloc (et avec lui chaque transaction) est hashé, c’est-à-dire connecté via son emprunte numérique unique au bloc précédent, toute modification de l’historique des transactions est immédiatement détectée avec la dernière mise à jour du registre de tous les ordinateurs.

Si le contenu d’une transaction est ajusté ultérieurement, le numéro d’identification (le hash) de son block change, créant ainsi une divergence avec le hash du bloc suivant. Les nœuds du réseau remarquent ainsi instantanément que les hashs des transactions ne correspondent plus. De cette façon, un pirate tentant de dépenser à double est ainsi pris la main dans le sac. C’est de cette façon qu’une blockchain est protégée des piratages et autres manipulations frauduleuses.

Le labeur des mineurs

Comment de nouveaux blocs sont-ils ajoutés à la chaîne existante, et qui s’assure qu’ils contiennent des transactions valides ? C’est là qu’interviennent les fameux mineurs ou validateurs.

Ceux-ci sont en compétition permanente pour attacher un nouveau bloc à la blockchain, chaque mineur essayant de créer un nouveau bloc correspondant à l’algorithme de la blockchain aussi vite que possible, en utilisant de la puissance de calcul. En suivant un intervalle de temps très spécifique qui varie d’une blockchain à l’autre, les mineurs reçoivent le token natif de la blockchain en question en récompense pour leur travail.

Cependant, tous les mineurs ne reçoivent pas des récompenses tout le temps. Il y a une forte concurrence entre eux et seul celui qui trouve la solution au problème proposé par l’algorithme de la blockchain en premier est récompensé.

Pour illustrer, vous pouvez vous imaginer tous les mineurs d’une blockchain lancer chacun un dé un milliard de fois à chaque nouveau bloc. Le premier mineur à obtenir un six cent fois d’affilée est celui qui gagne ce round et remporte la mise. Il présentera sa solution à tous les autres mineurs, qui vérifieront le résultat et garantiront ainsi qu’un bloc valide est intégré à la blockchain. Une fois le bloc vérifié, tous les mineurs passent au bloc suivant et retentent leur chance.

Crypto mining GIF

Mineurs de blockchain, vue d'artiste.

Ce processus est appelé proof-of-work. Parce qu’une blockchain, par design, n’a pas de comptable officiel qui met à jour son registre, le proof-of-work permet au registre d’être maintenu par une multitude d’acteurs différents. On peut ainsi voir les mineurs comme les comptables décentralisés d’une blockchain. Le proof-of-work est un mécanisme qui aide un système à continuellement être en état de consensus, permettant à chacun de vérifier quelles transactions ont été effectuées et dans quel ordre. Il y a donc un consensus constant – ou un accord si vous préférez – sur qui possède quoi et quand dans le réseau.

À ce stade, on peut se demander comment il est possible de « posséder » quelque chose sur une blockchain. La réponse est qu’en fait, personne ne possède le token natif d’une blockchain de façon absolue. En réalité, vous avez un droit sur une entrée du registre, droit qui vous attribué par le fait de posséder la clé privée permettant de débloquer cette entrée.

Ce système - de la cryptographie asymétrique, utilise des paires de clés composées de clés publiques (que vous pouvez librement partager) et de clés privées (qui doivent toujours rester secrètes), est un autre composant important de toute blockchain. Chaque clé publique est dérivée d’une clé privée, celle-ci permettant d’accéder à des tokens et de les transférer. Mais tout cela sera expliqué plus en détail dans le prochain chapitre.

Entrée et sortie libres

Une autre caractéristique essentielle d’une blockchain valant la peine d’être mentionnée est le fait d’être ouverte. Une blockchain publique (par opposition à une blockchain privée, nous allons y venir) est ouverte à quiconque. En d’autres termes elle est sans permission, c’est-à-dire que personne ne peut être empêché de télécharger son code source et de tourner son protocole sur son propre ordinateur. Ainsi, n’importe qui peut devenir un nœud du réseau.

En même temps, personne ne peut être non plus empêché d’utiliser une blockchain publique. Une paire de clés publiques et privées est tout ce qu’il faut pour utiliser les fonctionnalités d’une blockchain et une telle paire peut être créée en toute liberté.

Mais ce n’est pas tout : une blockchain est aussi définie par le fait que son code source soit open source. Ainsi, n’importe quel développeur peut regarder ce code et lire directement le cœur d’une blockchain. Tout ce qu’une blockchain prétend être peut donc être vérifié par n’importe qui.

Dernier point mais non des moindres, le registre distribué d’une blockchain est public par définition, ce qui permet à ses utilisateurs de l’examiner en détail. Les variables économiques telles que le nombre de tokens émis, le nombre de transactions et les soldes de chaque adresse sont toutes librement accessibles. Comparé aux institutions traditionnelles, un tel niveau de transparence sur l’état en temps réel d’un registre financier est sans précédent.

Une structure finement élaborée

Vous l’aurez compris, la technologie blockchain sous sa forme la plus intéressante est composée de nombreux éléments différents. Bien que techniquement parlant, la blockchain en elle-même n’est que le fait de hasher (connecter) des blocs de transactions, de nombreux autres critères doivent être réunis pour pleinement libérer son potentiel. Ainsi, l’ensemble vaut bien plus que la somme de ses différentes parties. Les points suivants peuvent être cités parmi les éléments essentiels qui constituent les principales blockchains d’aujourd’hui :

  • La concaténation (hash) de données : la blockchain ou timechain en elle-même
  • Des signatures numériques, permises par la cryptographie asymétrique clés privées / clés publiques
  • Une base de données partagée entre un grand nombre d’ordinateurs : un registre distribué
  • Des incitations pour les mineurs via des mécanismes de proof-of-work
  • La transparence du réseau peer-to-peer via un code open source

Avec tous ces aspects, une blockchain peut être considérée comme un ordre économique ou institutionnel basé sur une structure d’incitations conçue avec minutie. Les nombreuses incitations en place permettent aux utilisateurs, mineurs, développeurs, entreprises et autres de se tenir en respect les uns les autres.

Avec ou sans permission

Tout ce qui a été dit jusqu’ici concerne la nature d’une blockchain publique. Les exemples les plus connus sont bien entendu les blockchains Bitcoin et Ethereum. Mais en parallèle des blockchains publiques, des blockchains permissionnées telles que les blockchains privées ou fédérées sont apparues ces dernières années.

Comme le terme « permissionné » l’indique, les nœuds d’une blockchain privée sont agréés au préalable par des participants identifiables. Dans le cas d’une blockchain privée, c’est en général une entreprise agissant en tant qu’autorité centrale qui autorise ou refuse l’accès au réseau. Dans le cas d’une blockchain fédérée, un consortium d’acteurs supervise l’autorisation de l’accès au réseau. Dans les deux cas, seuls les participants autorisés peuvent agir en tant que nœuds, vérifiant et validant le registre de la blockchain.

Le problème avec les blockchains privées ? Elles perdent précisément tout l’intérêt d’une blockchain : être décentralisée, résistante à la censure et à la saisie, inaltérable, sans permission et ouverte. Il est donc hautement discutable de savoir si ces approches méritent d’être appelées des blockchains.

Une question d'information

Il est de toute façon plus que probable que le cours des choses enterre progressivement les blockchains permissionnées. Elles suivront probablement le même sort que celui des Intranets, qui étaient vantés dans les années 90 mais qui ont été finalement supplantés par l’Internet ouvert.

En effet, que ce soit l’Internet de la communication tel que nous le connaissons aujourd’hui ou l’Internet de l’argent qui est en train d’être bâti par les blockchains publiques, l’information cherche toujours à être gratuite, accessible et librement échangeable.

Après tout, c’est à ce niveau qu’une blockchain publique fait vraiment du sens et peut apporter quelque chose de fondamentalement nouveau. Les choses gérées de façon centralisées comme la monnaie, la finance traditionnelle et l’information de façon générale sont des cibles idéales pour les blockchains publiques. Celles-ci ont été conçues pour désintermédier, désinstitutionnaliser et déhiérarchiser. En d’autres termes : démocratiser.

Cela ne veut bien sûr pas dire que les entreprises et institutions existantes ne peuvent pas utiliser la technologie blockchain, ou qu’elles soient même amenées à disparaître à cause d’elle. Elles devront cependant s’adapter et apprendre à mettre à profit les avantages de la blockchain pour en bénéficier elles ainsi que leurs clients.

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