Qu’est-ce que la Blockchain et comment fonctionne-t-elle ?

Résumé

• La blockchain est un registre numérique décentralisé qui enregistre de manière sécurisée les données de transactions sur de nombreux ordinateurs spécialisés sur le réseau.

• La blockchain garantit l’intégrité des données grâce à sa nature immuable résultant de la cryptographie et des mécanismes de consensus. Ainsi une fois l’information enregistrée, elle ne peut pas être modifiée rétroactivement.

• La blockchain est la colonne vertébrale des cryptomonnaies comme le Bitcoin et l’Ether et est essentielle pour favoriser la transparence, la sécurité et la confiance dans divers secteurs au-delà de la finance. 

Qu’est-ce que la blockchain ?

Une blockchain est un type particulier de base de données, également appelée registre numérique décentralisé. Celui-ci est maintenu par de nombreux ordinateurs répartis dans le monde entier. Les données de la blockchain sont organisées en blocs, qui sont classés chronologiquement et sécurisés par la cryptographie.

Le premier modèle de blockchain a été créé au début des années 1990 lorsque l’informaticien Stuart Haber et le physicien W. Scott Stornetta ont utilisé des techniques cryptographiques dans une chaîne de blocs, afin de sécuriser les documents numériques contre la falsification des données.

Haber et Stornetta ont inspiré le travail de nombreux autres informaticiens et passionnés de cryptographie, conduisant finalement à la création de la première cryptomonnaie utilisant la technologie de la blockchain, le Bitcoin. Depuis lors, l’adoption de la technologie de la blockchain s’est progressivement élargie, et les cryptomonnaies sont utilisées par un nombre croissant de personnes dans le monde entier.

Si la technologie blockchain est souvent utilisée pour enregistrer les transactions en cryptomonnaie, elle convient à l’enregistrement de nombreux autres types de données numériques et peut être appliquée à un large éventail de cas d’utilisation.

Qu’est-ce que la décentralisation dans la blockchain ?

La décentralisation dans la blockchain renvoie à l’idée que le contrôle et le pouvoir de décision d’un réseau sont répartis parmi ses utilisateurs plutôt que contrôlés par une seule entité (ex : un gouvernement ou une entreprise). Ceci peut être utile dans des situations où les gens ont besoin de se coordonner avec des inconnus ou lorsqu’ils souhaitent assurer la sécurité et l’intégrité de leurs données.

Dans un réseau blockchain décentralisé, il n’y a pas d’autorité centrale ou d’intermédiaire qui contrôle le flux de données ou de transactions. Au lieu de cela, les transactions sont vérifiées et enregistrées par un réseau distribué d’ordinateurs qui travaillent ensemble pour maintenir l’intégrité du réseau.

Lorsque les gens parlent de la technologie blockchain, ils ne parlent souvent pas seulement de la base de données. La technologie blockchain alimente des applications telles que les cryptomonnaies et les tokens non fongibles (NFT), permettant aux gens de collaborer et de réaliser des transactions entre eux sans dépendre d’une autorité centrale.

Comment fonctionne une blockchain ?

Fondamentalement, une blockchain est un registre numérique qui enregistre de manière sécurisée les transactions entre deux parties de manière inviolable. Ces données de transaction sont enregistrées par un réseau distribué de machines spéciales : les nœuds.

Lorsqu’un utilisateur initie une transaction (ex : l’envoi d’une certaine quantité de cryptomonnaie à un autre utilisateur), cette transaction est diffusée sur le réseau. Chaque nœud authentifie la transaction en vérifiant les signatures numériques et les autres données de la transaction.

Une fois la transaction vérifiée, elle est ajoutée à un bloc avec d’autres transactions déjà vérifiées. Les blocs sont liés entre eux via la cryptographie, formant ainsi la blockchain (chaîne de blocs). Le processus de vérification des transactions et leur ajout à la blockchain est réalisé via un mécanisme de consensus, un ensemble de règles qui régissent comment les nœuds du réseau parviennent à un accord sur l’état de la blockchain et la validité des transactions.

La cryptographie est essentielle pour que la blockchain maintienne un enregistrement sécurisé, transparent et inviolable des transactions. Le hachage est l’une des méthodes cryptographiques cruciales utilisées dans les blockchains. C’est un processus cryptographique qui convertit une entrée de n’importe quelle taille en une chaîne de caractères de taille fixe.

Les fonctions de hachage utilisées dans les blockchains sont généralement résistantes aux collisions. Cela signifie que les chances de trouver deux éléments de données produisant le même résultat sont quasiment impossibles. Une autre caractéristique est appelée effet d’avalanche, qui fait référence au phénomène selon lequel tout léger changement dans les données d’entrée produirait un résultat radicalement différent. 

Illustrons cela avec le SHA256, une fonction utilisée par Bitcoin. Comme vous pouvez le constater, la modification de la casse (majuscule/minuscule) des lettres a provoqué une différence radicale dans le résultat. Les fonctions de hachage sont également des fonctions unidirectionnelles. Il est en effet informatiquement irréalisable de retrouver les données d’entrée en partant du hachage de sortie. 

Chaque bloc d’une blockchain contient de manière sécurisée le hachage du bloc précédent, établissant une chaîne robuste de blocs. Toute personne souhaitant modifier un bloc devrait modifier tous les blocs suivants. Une tâche non seulement techniquement difficile, mais également extrêmement coûteuse. 

Un autre élément de la cryptographie largement utilisé dans la blockchain est la cryptographie à clé publique. Également appelée cryptographie asymétrique, elle aide à établir des transactions sécurisées et vérifiables entre les utilisateurs.

Voici comment celle-ci fonctionne : chaque participant dispose d’une paire de clés unique, à savoir une clé privée, qui est gardée secrète, et une clé publique, qui est partagée ouvertement. Lorsqu’un utilisateur initie une transaction, il la signe à l’aide de sa clé privée, créant une signature numérique.

Les autres utilisateurs du réseau peuvent alors vérifier l’authenticité de la transaction en appliquant la clé publique de l’émetteur à la signature numérique. Cette approche garantit des transactions sécurisées, car seul le propriétaire légitime de la clé privée peut autoriser une transaction. Néanmoins, tout le monde peut vérifier les signatures à l’aide de la clé publique. 

Une autre caractéristique de la blockchain est sa transparence. Grâce à certains sites publics, tout le monde peut généralement vérifier les données d’une blockchain, y compris toutes les données de transaction et les données de bloc.  Vous pouvez par exemple consulter toutes les transactions jamais enregistrées sur le réseau Bitcoin sur les sites explorateurs de blockchain, y compris l’identifiant de l’expéditeur et du destinataire, le montant du transfert et une liste des propriétaires de l’intégralité des bitcoins. Vous pouvez également retracer l’historique des blocs d’aujourd’hui (c-à-d le bloc 788 995, du 29 mai 2023 à 18 h 52 mn 21 ss GMT) jusqu’au premier bloc, connu sous le nom de bloc de genèse.

Qu’est-ce qu’un mécanisme de consensus ?

Un algorithme de consensus est un mécanisme qui permet aux utilisateurs ou aux machines de se coordonner dans un environnement distribué. Il doit garantir que tous les agents du système peuvent s’accorder sur une seule source de vérité, même si certains agents échouent. Il garantit que tous les nœuds du réseau ont la même copie du registre, qui contient un enregistrement de toutes les transactions. Les mécanismes de consensus sont nécessaires pour les blockchains car il n’y a pas d’autorité centrale pour vérifier les transactions et maintenir l’intégrité du réseau.

Lorsque des dizaines de milliers de nœuds conservent une copie des données de la blockchain, certains défis peuvent rapidement se poser, comme la cohérence des données et les nœuds malveillants. Pour garantir l’intégrité de la blockchain, il existe différents mécanismes de consensus qui régissent la manière dont les nœuds du réseau parviennent à un accord. Examinons ensemble les plus courants.

Types de mécanismes de consensus

Qu’est-ce que la preuve de travail (PoW) ?

La Preuve de Travail (PoW) est un mécanisme de consensus utilisé dans de nombreux réseaux blockchain pour vérifier les transactions et maintenir l’intégrité de celle-ci. C’est le mécanisme de consensus original utilisé par Bitcoin.

Avec la PoW, les mineurs se font concurrence pour résoudre un problème mathématique complexe, afin d’avoir le droit d’ajouter le prochain bloc à la blockchain. Dans le processus connu sous le nom de minage, le premie

r mineur à résoudre le problème est récompensé par une cryptomonnaie. 

Les mineurs doivent utiliser des ordinateurs puissants pour résoudre des problèmes mathématiques, leur permettant de miner de nouvelles cryptomonnaies et de sécuriser le réseau. C’est pourquoi le processus de minage nécessite des quantités significatives de puissance de calcul et, par conséquent, d’énergie. 

Qu’est-ce que la Preuve d’enjeu (PoS) ?

La Preuve d’Enjeu (PoS) est un mécanisme de consensus conçu pour résoudre certains des inconvénients de la Preuve de Travail (PoW). Dans un système PoS, au lieu que les mineurs se fassent concurrence pour résoudre des problèmes mathématiques complexes pour valider les transactions et ajouter de nouveaux blocs à la blockchain, les validateurs sont choisis en fonction de la quantité de cryptomonnaie qu’ils « stakent » (mettent en gage) dans le réseau.

Les validateurs détiennent une certaine quantité de cryptomonnaie en garantie, ou « stake », pour participer au processus de consensus. Ils sont ensuite sélectionnés au hasard pour créer de nouveaux blocs et valider les transactions en fonction de la taille de leur stake. Les validateurs sont récompensés par des frais de transaction pour la création de nouveaux blocs, ce qui les incite à agir dans l’intérêt du réseau.

Autres mécanismes de consensus populaires

La Preuve de travail (PoW) et la Preuve d’enjeu (PoS) sont les algorithmes de consensus les plus courants, mais il en existe d’autres. Certains sont des hybrides qui combinent des éléments des deux systèmes, alors que d’autres sont des méthodes complètement différentes.

Par exemple, la preuve d’enjeu déléguée (DPoS) est similaire à la PoS. Toutefois, au lieu que tous les validateurs soient admissibles pour créer de nouveaux blocs, les propriétaires de tokens élisent un ensemble plus restreint de délégués pour le faire en leur nom.

En revanche, dans le cadre de la preuve d’autorité (PoA), les validateurs sont identifiés par leur réputation ou leur identité, plutôt que par la quantité de cryptomonnaies qu’ils détiennent. Les validateurs sont sélectionnés en fonction de leur fiabilité et peuvent être supprimés du réseau s’ils agissent de manière malveillante.

Avantages de la blockchain

1. La décentralisation

La nature décentralisée de la blockchain signifie qu’il n’existe pas de point unique de contrôle ou de défaillance. Cela la rend plus sûre et plus résistante aux attaques ou aux brèches de données.

2. La transparence

Les transactions sur une blockchain sont visibles par tous les participants, ce qui facilite le suivi et la vérification des transactions et garantit leur exactitude.

3. L’immuabilité

Une fois qu’une transaction est enregistrée sur une blockchain, elle ne peut pas être modifiée ou supprimée. Cela crée un relevé permanent de toutes les transactions qui peut être vérifié par toute personne ayant accès au réseau de la blockchain. Il s’agit d’un changement important par rapport aux systèmes traditionnels où les transactions sont réversibles.

4. L’efficacité

La blockchain peut permettre des transactions plus rapides et plus efficaces car elle ne nécessite pas d’intermédiaires comme les banques.

5. Des frais plus faibles

En éliminant les intermédiaires et en automatisant les processus, la blockchain peut réduire les coûts de transaction et rendre certaines opérations commerciales plus efficaces.

6. Une absence de confiance

La technologie blockchain permet des transactions transparentes vérifiées et validées par les participants du réseau eux-mêmes, sans intermédiaires de confiance.

Quels sont les différents types de réseaux blockchain ?

Blockchain publique

Une blockchain publique est un réseau décentralisé ouvert à tous ceux qui souhaitent y participer. Ces réseaux sont généralement open source (en libre accès), transparents et sans autorisation, ce qui signifie que tout le monde peut y accéder et les utiliser. Bitcoin et Ethereum sont des exemples de blockchains publiques.

Blockchain privée

Une blockchain privée, comme son nom l’indique, est un réseau de blockchain qui n’est pas ouvert au public. Les blockchains privées sont généralement gérées par une seule entité, telle qu’une entreprise, et sont utilisées à des fins internes et pour des d’utilisations bien précises.

Les blockchains privées sont des environnements autorisés avec des règles établies qui dictent qui peut voir et écrire sur la chaîne. Il ne s’agit pas de systèmes décentralisés, car il existe une hiérarchie de contrôle claire. Cependant, ceux-ci peuvent être distribués dans la mesure où de nombreux nœuds conservent une copie de la chaîne.

Blockchain de consortium

Un blockchain de consortium est un hybride de blockchain publique et privée. Dans une blockchain de consortium, plusieurs organisations se réunissent pour créer un réseau de blockchain partagé qui est géré et gouverné conjointement. Ces réseaux peuvent être ouverts ou fermés, en fonction des besoins des membres du consortium.

Au lieu d’un système ouvert où tout le monde peut valider des blocs ; ou d’un système fermé où une seule entité désigne les producteurs de blocs ; une blockchain de consortium voit une poignée de parties aussi puissantes les unes que les autres agir comme validateurs. 

Les règles du système sont souples : la visibilité de la chaîne peut être limitée aux validateurs, aux personnes autorisées ou à tous. Si les validateurs parviennent à un consensus, les changements peuvent être facilement mis en œuvre. En ce qui concerne le fonctionnement de la blockchain, si un certain seuil de ces parties se comporte honnêtement, le système ne rencontrera pas de problèmes.

À quoi sert la Blockchain ?

Bien que la technologie blockchain n’en soit qu’à ses balbutiements, elle revête déjà des applications dans de nombreux secteurs. Parmi les applications actuelles les plus courantes de celle-ci, citons :

1. Les cryptomonnaies

La technologie blockchain a été développée pour soutenir la création de cryptomonnaies, qui l’utilisent comme registre sécurisé et décentralisé pour l’enregistrement des transactions.

2. L’identité numérique

La blockchain peut être utilisée pour créer des identités numériques sécurisées et infalsifiables qui peuvent être utilisées pour vérifier des informations personnelles et d’autres données sensibles. Ce cas d’usage pourrait devenir de plus en plus important au fur et à mesure que nos informations personnelles et nos biens sont dématérialisés.

3. Le vote

En fournissant un registre décentralisé et infalsifiable de tous les votes exprimés, la technologie blockchain peut être utilisée pour créer un système de vote sécurisé et transparent qui élimine la possibilité de fraude électorale et garantit l’intégrité du vote.

4. La gestion de la chaîne logistique

La technologie blockchain peut être utilisée pour créer un registre de toutes les transactions au sein d’une chaîne logistique. Chaque transaction peut être enregistrée sous la forme d’un bloc dans la blockchain, créant ainsi un enregistrement immuable et transparent de l’ensemble du processus de la chaîne logistique.

5. Les smart contracts

Les smart contracts sont des contrats auto-exécutoires qui peuvent être programmés pour s’exécuter automatiquement lorsque certaines conditions sont remplies. La technologie blockchain permet de créer et d’exécuter des smart contracts de manière sécurisée et décentralisée. L’une des applications les plus prometteuses des smart contracts concerne les applications décentralisées (dApps) et les organisations (DAOs).

Conclusion

La technologie Blockchain offre un moyen sûr et transparent d’enregistrer les transactions et de stocker les données. Elle a le potentiel de révolutionner les industries en apportant un nouveau niveau de confiance et de sécurité au monde numérique.

Qu’il s’agisse de permettre des transactions de pair à pair, de créer de nouvelles formes d’actifs numériques, ou de faciliter les applications décentralisées, la technologie blockchain ouvre un monde de possibilités. La technologie continuant d’évoluer et d’être plus largement adoptée, nous pouvons nous attendre à ce que des cas d’utilisation plus innovants apparaissent dans les années à venir.

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