Fin de la preuve de travail : vers l’Ethereum 2.0

Depuis plusieurs mois, Ethereum annonce qu’il va franchir un cap vers le 2.0. La blockchain massivement utilisée pour l’achat et la vente des jetons non fongibles (NFT), va mobiliser une nouvelle méthode, la preuve d’enjeu, pour sécuriser les opérations qu’elle enregistre. L’objectif principal est avant tout écologique : la preuve de travail, utilisée actuellement, est un processus très énergivore et son impact sur l’environnement est donc conséquent.

Qu’est-ce que la blockchain Ethereum ?

Ethereum, conçue en 2015, est une blockchain (chaîne de blocs) : cette technologie permet de transmettre ou de stocker des informations sans qu’il existe un centre de contrôle régissant l’utilisation de ces informations. Chaque bloc correspond à une multitude d’actions réalisée par les internautes et dont la validité a été vérifiée.

Cette blockchain tend à se différencier de Bitcoin, car elle fonctionne différemment. Bitcoin a pour but de servir de plateforme pour exécuter des transactions financières décentralisées. Ethereum, de son côté, est un réseau d’exécution d’applications décentralisées (les smart contracts). La cryptomonnaie Ether permet de payer les mineurs, des personnes qui, grâce à la puissance de leur ordinateur et à l’énergie électrique qu’ils utilisent, permettent de valider les transactions et les contrats de l’ensemble des utilisateurs de la blockchain. Ethereum est particulièrement utilisé pour l’achat et la vente de certains produits comme des NFT.

C’est justement grâce à ces NFT, dont le marché a atteint plus de 40 milliards de dollars en 2021, que Ethereum est devenue de plus en plus utilisée. Afin de garantir la vérification des transactions, Ethereum, tout comme Bitcoin, s’appuie sur le mécanisme de preuve de travail. Il tient le registre de toutes les transactions réalisées au fil du temps. Ce protocole de consensus est très efficace pour ce qui est de sécuriser les transactions, il permet notamment de dissuader les attaques par déni de service (DDoS) ou de limiter le spam.

Ce mécanisme repose sur les mineurs de cryptomonnaies. Le mineur va calculer la preuve de travail. Elle atteste qu’il a dépensé l’énergie et le temps nécessaire à la résolution d’équations complexes permettant l’ajout d’un bloc supplémentaire dans la blockchain. Le bloc constitue en lui-même la preuve de travail. Le temps moyen entre l’ajout du précédent bloc et l’ajout d’un nouveau bloc est d’environ 10 minutes. Toutefois, ce temps fluctue en fonction du matériel informatique dont dispose le mineur, mais aussi du cours de la cryptomonnaie : plus la valeur de la transaction est grande, plus le temps de vérification sera long.

Pourquoi Ethereum ne souhaite-t-il plus exploiter la preuve de travail ?

Même si la preuve de travail est très efficace, cette méthode présente un inconvénient de taille : le mécanisme est très énergivore. Comme expliqué précédemment, la preuve de travail est assurée par les mineurs de cryptomonnaies. Tout mineur réussissant à appliquer sa preuve de travail ajoute un nouveau bloc à la chaîne et reçoit, en retour, un peu de cryptomonnaies. Ce processus nécessite une énorme puissance de calcul, et par conséquent, une importante quantité d’électricité.

La blockchain Ethereum utilise 113 térawatts-heures (soit 113 milliards de kWh) par an selon Digiconomist : cette valeur correspond à la quantité d’énergie utilisée par les Pays-Bas en une année. La moindre transaction avec Ethereum peut consommer autant d’énergie utilisée par un ménage américain moyen en une semaine. Le Kazakhstan, où un grand nombre de mineurs de différentes cryptomonnaies se sont installés, souffre de problèmes d’alimentation électrique.

Plusieurs pays comme la Suède ont pour volonté d’interdire le minage de ces cryptomonnaies tant elles sont énergivores. Le projet a même été proposé au sein de l’Union européenne. La Chine, elle, a franchi le pas et a purement et simplement interdit les cryptomonnaies sur son sol, tout comme le minage.

En plus du gaspillage d’électricité, la preuve de travail génère des déchets conséquents. Les serveurs informatiques utilisés pour l’extraction de cryptomonnaies deviennent souvent obsolètes au bout d’un an et demi à deux ans et finissent à la décharge. De plus, elle est vulnérable aux attaques des 51 % c’est-à-dire qu’un mineur mal intentionné pourrait porter atteinte à l’intégralité de la blockchain en s’appropriant la majorité de la puissance de validation.

S’il y parvient, il peut tenter de bloquer les validations des transactions d’utilisateurs de cryptomonnaies ou faire en sorte de réitérer la transaction. Ainsi, si le hackeur-mineur achète un bien, il peut faire en sorte de récupérer les cryptos qu’il a dépensés tout en obtenant des cryptos supplémentaires grâce aux frais de transactions et en conservant l’objet qu’il avait initialement acheté.

Quels autres inconvénients présente le fonctionnement d’Ethereum ?

Les experts et architectes travaillant pour Ethereum ont mis en avant quelques problèmes qu’ils souhaitent résoudre dans les prochains mois.

Tout d’abord, les frais de gaz élevés. Il ne s’agit pas de l’énergie fossile, mais le nom donné à une redevance versée au mineur qui fournit la puissance de calcul nécessaire au fonctionnement du réseau. Il faut savoir que le gaz est ce qui fait fonctionner Ethereum. Comme tout produit, il est sujet à la loi de l’offre et de la demande. S’il y a de grosses transactions impliquant de grandes valeurs, les frais de gaz sont élevés, si elle ne l’est pas, ces frais sont moindres. Ainsi, avec l’explosion du marché du NFT, la demande a tout autant explosé, ainsi acheter un NFT peut coûter plus cher en frais de gaz que le prix du NFT lui-même.

Ensuite, la congestion du réseau est à prendre en compte. Le réseau Ethereum tend à s’agrandir au fur et à mesure que son utilisation augmente. Cela rend plus difficile l’exécution de certaines actions, car l’historique de toutes les transactions réalisées sur la blockchain occupe plus d’espace. Cela limite le fonctionnement rapide de la blockchain : on recense une moyenne de 15 transactions par seconde, une valeur n’évoluant plus depuis quelques années.

Enfin, l’algorithme de minage Ethash. Cet algorithme, conçu spécialement pour Ethereum, a été initialement développé pour faire en sorte que le minage soit rentable sur des cartes graphiques grand public. Ce qui devait être un vrai atout pour la blockchain se retourne contre elle et provoque la colère des particuliers et des entreprises souhaitant se procurer du matériel performant. En effet, les mineurs ont découvert qu’en utilisant des ordinateurs avec des GPU puissants, ils pouvaient gagner plus de cryptomonnaies grâce aux frais de gaz.

Cette réaction en chaîne crée une pénurie qui fait irrémédiablement grimper le prix des cartes graphiques. D’autres blockchains comme le Bitcoin sont également concernées. Certains constructeurs comme Nvidia ont décidé de brider leurs cartes graphiques afin que leurs ordinateurs ne soient plus utilisés pour le minage. Cela a attisé la colère d’un groupe de cybercriminels, Lapsus$, qui a décidé de voler une grande quantité de données de la firme afin d’exiger une rançon : il demande à Nvidia de cesser de brider certains de ses composants pour le minage de cryptomonnaies.

Qu’est-ce que la preuve d’enjeu, la méthode qui permettra à l’Ethereum de passer au 2.0 ?

En août 2021, Ethereum a proposé une mise à jour majeure pour tous ses utilisateurs, le « hard fork London ». L’objectif premier était de répondre aux frais de transactions très élevés et fluctuants selon les opérations afin de les stabiliser. Mais un objectif sous-jacent était déjà évoqué à ce moment-là : le passage vers la preuve d’enjeu, un mécanisme qui pourrait être 99,95% moins énergivore que la preuve de travail.

Quelques mois plus tard, en décembre 2021, Tim Beko, l’un des développeurs de l’Ethereum, annonçait le lancement d’une phase de test déterminante avant le lancement de la preuve d’enjeu : Kintsugi. L’objectif était de préparer l’arrivée de l’Ethereum 2.0. Ce réseau de test reprend de nombreuses caractéristiques de la blockchain tout en apportant plusieurs changements, dont l’introduction de la preuve d’enjeu.

Contrairement à la preuve de travail, la preuve d’enjeu ne demande pas l’implication de mineurs pour valider les transactions et l’ajout d’un bloc. Des mineurs virtuels appelés validateurs réalisent ce processus à leur place. Avec la preuve d’enjeu, un utilisateur de la blockchain, parmi ceux qui ont une grande quantité de cryptomonnaies, va voir une partie de ses Ethers utilisés afin de vérifier les transactions et créer un nouveau bloc. Par la suite, il recevra en retour une compensation pour avoir mis une partie de ses cryptomonnaies en jeu.

Les utilisateurs d’Ethereum attendent avec impatience l’arrivée de la preuve d’enjeu qu’ils considèrent comme plus sûre que la preuve de travail. Outre les coûts moindres en énergie, l’attaque des 51 % n’est plus possible, car il est nécessaire de contrôler bien plus que la simple moitié des blocs de la chaîne. De plus, les validateurs sont confrontés au slashing si le bloc qu’ils tentent de créer comporte de fausses transactions : une partie de leur Ether (si ce n’est tout) est perdue à tout jamais.

D’autres améliorations sont promises après l’arrivée de la preuve d’enjeu. Ethereum devrait introduire le sharding, une méthode de décomposition de la blockchain en 64 chaînes distinctes afin de prendre en charge plus de transactions. Une autre technique du nom de rollups permettrait également d’accélérer les transactions en les exécutant hors de la chaîne et en renvoyant les données au réseau Ethereum.