Direction artistique : Nicolas Wiel
Couverture : Florie Bauduin
Illustration de couverture : d’après © Gligoric/Shutterstock
Illustrations : Rachid Maraï

© Dunod, 2022
11 rue Paul Bert, 92240 Malakoff
www.dunod.com

ISBN : 978-2-10-084691-7

Ce document numérique a été réalisé par PCA

Crédits iconographiques

Figure 1.1 : DR. Figure 4.1 : © WEIBEL Christophe / Shutterstock.

Figures 5.1 et 5.2 : Jean-Paul Delahaye. Figure 6.1 : DR.

Préface

En premier lieu, je dois remercier l’auteur, Jean-Paul Delahaye, de m’avoir proposé de préfacer ce livre. Nous nous connaissons depuis longtemps et j’ai été proche voisin de son bureau à Lille vers 1992, durant deux ans. J’ai ainsi appris à l’apprécier et ses chroniques mathématiques expertes chaque mois dans Pour la Science font mon bonheur, comme celui de beaucoup de ses lecteurs.

De mon côté, pour justifier un peu ma présence dans ces pages, j’ai donné récemment plus de vingt exposés sur les bitcoins (il y a une différence entre bitcoin et Bitcoin, je n’en tiens pas compte ici), les cryptomonnaies et blockchains (notamment à l’UNESCO) et, surtout, je suis cité par l’article fondateur de Satoshi Nakamoto parmi ses seules huit références. Pourquoi ? Parce que nous sommes les tout premiers à avoir mis une blockchain sur le web (1996), alors que leurs inventeurs, Stuart Haber et Scott Stornetta (1990), utilisaient – bonne idée aussi ! – les petites annonces du New York Times pour surety.com.

Tout cela était très novateur, nous n’allons pas écrire la genèse de cette idée, mais il faut bien retenir qu’une bonne idée peut mettre beaucoup de temps avant d’émerger dans la pratique quotidienne. Ici aussi. Même si tout semble aller si vite. De l’horodatage du début, puis pour éviter la double dépense dans le bitcoin, on arrive à plein d’applications plus ou moins pratiques ou même nécessaires.

Il est aisé de préfacer un livre de Jean-Paul Delahaye. En effet, ce dernier nous facilite toujours la tâche : c’est bien écrit, pédagogique, bien documenté, et tous les concepts sont accessibles sans difficulté. Ce volume n’est pas une exception, bien au contraire. L’auteur veut nous communiquer sa passion, critique et ouverte, sur le sujet, et il le fait avec brio et simplicité.

L’ouvrage est à jour sur un sujet qui évolue très vite et prend le recul nécessaire pour éviter au mieux l’obsolescence, non programmée, sur un sujet qui part dans beaucoup de directions, certaines étonnantes pour le quidam (NFT).

Discuter bitcoin conduit très vite à parler de l’énergie que cela utilise et consomme sans raison apparente. L’auteur n’évite pas le sujet, bien au contraire. Satoshi Nakamoto n’avait certainement pas imaginé les dérives actuelles. Il faudra bien prendre en compte le monde où l’on vit, la crise climatique qui se profile, chacun devant faire un grand effort, et même être exemplaire. Il ne s’agit pas du tout de se comparer à un pays ou un usage, et ici quelle référence prendre ? Il s’agit de montrer en pratique que l’on sera sobre dans le minage, le consensus, les communications et le stockage. Pourquoi n’y aurait-il pas ici aussi de progrès ?

La plupart des cryptomonnaies importantes utilisent bien moins d’énergie dès leur création et Ethereum prévoit sa transition vers la preuve d’enjeu, bien adaptée à ce genre d’usage. Pourquoi bitcoin, cet ancêtre de tous, ne montrerait-il pas l’exemple ? Certes, cela ne sera pas facile, il y a tellement d’enjeux (sic) et le passage, pourtant simple, de la signature ECDSA à celle de Schnorr (Taproot) nous montre bien que le chemin sera long et ardu. Il s’agit bien de parler du futur, pas de regarder vers le passé ce qui n’était pas du tout l’idée de Satoshi. Ne nous en veuillez pas pour cette suggestion vertueuse.

Le sujet du minage ascendant de bitcoin conduit donc à des controverses houleuses (à défaut de métaverses) qui seraient assez respectueuses si certains de leurs auteurs maximalistes n’étaient pas trop convaincus de leur vérité au point de la crier inutilement trop haut. Certes, on n’est pas ici au niveau de la controverse Einstein-Bohr qui fut un débat de haute qualité retenu comme exemple en philosophie des sciences. De la controverse il reste le célèbre cri d’Einstein « Dieu ne joue pas aux dés » : ici, c’est plutôt « Les mineurs de bitcoin jouent aux dés et les sèment à tout vent ». Et tous les deux avec force électrons pleins d’énergie.

L’argent ne fait pas le bonheur et, de plus, il n’a pas d’odeur. Et quid des cryptomonnaies ? Nous laissons au lecteur le soin de conclure après sa lecture attentive et aussi critique.

Lisez vite ce livre bien documenté pour mieux comprendre notre monde numérique actuel.

Jean-Jacques Quisquater

Prologue

« Le Bitcoin représente une alternative pour remplacer les monnaies fiduciaires et échapper à la régulation et à l’intervention gouvernementale. Cependant, je ne pense pas que cela fonctionnera. »

Ben Bernanke, ancien président de la Réserve fédérale des États-Unis, 2017

Lorsqu’en janvier 2009 les premiers bitcoins (avec un b minuscule quand il s’agit des jetons de la cryptomonnaie) ont été créés, personne n’en a été informé à l’exception de quelques informaticiens spécialistes de cryptographie et de monnaies numériques. Des informaticiens qui ont d’ailleurs joué un rôle essentiel dans la mise en marche du réseau associé à cette première expérience.

La cryptomonnaie Bitcoin (avec un B majuscule quand il s’agit du réseau, du protocole ou de la cryptomonnaie) n’est dépendante d’aucune autorité centrale de contrôle : c’est une communauté d’utilisateurs et de passionnés qui s’occupe de faire fonctionner le dispositif informatique constitué d’un réseau d’ordinateurs. Une communauté dont l’étendue est suffisamment importante pour assurer la fiabilité et la sécurité des informations, en l’occurrence la répartition des jetons bitcoin entre les comptes.

J’y reviendrai, mais avant cela, je dois donner quelques informations de nature personnelle pour que mon propos soit clair et que l’on sache pourquoi et comment s’est forgée ma position sur le sujet, développée dans les chapitres de ce livre. C’est en 2013 que j’ai découvert les cryptomonnaies à travers le Bitcoin et sa blockchain qui existaient déjà depuis quatre ans. Dans un premier temps, séduit et fasciné, j’ai défendu le Bitcoin en écrivant plusieurs articles sur mon blog et dans des journaux scientifiques (dont pour la revue Pour la science, l’édition française du Scientific American), puis en faisant des conférences. À cette époque, j’ai développé des arguments liant la robustesse du protocole au « contenu en calcul », une notion qui est au centre de certains de mes travaux de recherche en informatique théorique. Cette phase initiale m’a permis de rencontrer quelques acteurs de la sphère blockchain/cryptomonnaie en France. Je suis par exemple intervenu à la Maison du Bitcoin (devenu Coinhouse en 2018), dans le séminaire universitaire de Crypto-finance de Ricardo Perez-Marco (CNRS, Paris) et Cyril Grunspan (Pôle universitaire Léonard De Vinci), dans les centres INRIA (Institut national de recherche en sciences et technologies du numérique) de Sophia-Antipolis, Rennes, Saclay, Bordeaux, Nancy et Lille, ainsi qu’à l’étranger dans le cadre des rencontres de l’APM (Association Progrès du Management) à Shanghai, Londres, Casablanca, Tunis, etc.

Est venue ensuite une phase de doutes principalement liés à la dépense énergétique du protocole Bitcoin : négligeable au départ (y compris en 2013), elle est devenue progressivement importante, puis massive et même scandaleuse. En outre, en approfondissant ma compréhension du sujet, j’ai perçu de plus en plus précisément certains autres aspects navrants du Bitcoin, qui se sont aggravés d’année en année, ne laissant à présent aucun doute sur l’échec du projet initial de créer une monnaie d’usage universel, sécurisée, indépendante et décentralisée. J’aborderai en détail ces aspects, sur lesquels je me suis alors publiquement et largement exprimé, ce qui bien sûr n’a pas été apprécié par le noyau des défenseurs acharnés du Bitcoin que l’on appelle les « maximalistes Bitcoin ».

La spéculation, frein au progrès des technologies

Soyons clairs, je considère que le Bitcoin est aujourd’hui obsolète, dépassé par de nombreuses autres cryptomonnaies qui ont repris certains de ses principes généraux, tout en corrigeant ses défauts et surpassant ses capacités. Il n’est plus aujourd’hui qu’une sorte de « Minitel » des cryptomonnaies.

Le paradoxe – et c’est terriblement dommage – est que la faiblesse technologique du protocole Bitcoin est restée largement ignorée du public, sous les effets conjugués de la spéculation dont les jetons bitcoins sont l’objet, et de l’ignorance technique de ceux qui découvrent le domaine et se laissent séduire par les discours de ses aficionados. Comme enfermé dans un cercle vicieux, la réalité technique qui devrait conduire le Bitcoin au musée de l’Informatique à côté de l’Apple II, du ZX80, de l’IBM360, de Pong ou encore de l’Intel 8086, ne parvient pas totalement à juguler les effets de la spéculation. C’est ainsi que le Bitcoin persiste en tête de toutes les cryptomonnaies du point de vue de la somme d’argent qu’il représente : sa capitalisation = (nombre de bitcoins émis) × (prix d’un bitcoin). Une frénésie absurde qui préserve le Bitcoin, alors que tous ceux qui y comprennent quelque chose et ne cherchent pas à protéger le petit pécule mis entre leurs mains par la montée des cours, aboutissent comme moi à la conclusion suivante : il est urgent de laisser l’évolution technique se poursuivre, et vital pour le domaine de ne pas rester attaché religieusement à un ancêtre devenu Diplodocus.

Dès le départ, j’ai souhaité ne pas spéculer sur les cryptomonnaies, et bien que possédant quelques fractions de jetons divers, je me moque totalement de ce qu’ils valent et suis prêt à tout perdre sans le moindre regret. Ce qui m’intéresse est la nouveauté technique et le petit miracle que représente la blockchain au cœur du Bitcoin… Blockchain qu’il faut corriger, perfectionner et multiplier car plusieurs protocoles différents sont intéressants et ont des rôles complémentaires à jouer. Aujourd’hui, le problème majeur des blockchains et des cryptomonnaies est qu’un lobby de gens intéressés monopolise la parole sur le sujet et en présente une vue biaisée, avec bien souvent pour objectifs d’inciter de nouveaux acteurs à entrer sur le marché spéculatif, de faire gonfler les cours et ainsi d’éviter que le soufflet ne retombe. L’image qui est donnée du domaine par le lobby pro-Bitcoin empêche celui-ci d’évoluer, ou du moins freine son évolution. Heureusement, la situation a commencé à changer, la vérité sur les qualités et défauts des divers protocoles blockchain commence à être perçue, et je ne doute pas qu’elle finira par être prise en compte par les spéculateurs eux-mêmes.

Le but de cet ouvrage est donc de donner autant que possible une présentation du domaine libérée de tout intérêt autre que technique et scientifique, sans jamais faire glisser la moindre poussière sous le tapis et en appelant un chat un chat.

Résumé des idées développées dans l’ouvrage

Voici en quelques mots les thèses qui seront présentées et défendues. Je les formule ici sans trop de précaution de vocabulaire pour ceux qui connaissent un peu le sujet. Ceux qui le découvrent comprendront complètement le sens de ce petit résumé au fur et à mesure qu’ils avanceront dans la lecture du texte.

1. La blockchain au cœur du Bitcoin qui en a introduit le concept en 2008 (année de la publication du protocole théorique mis en fonctionnement en janvier 2009) est un outil technique nouveau qui permet de faire circuler de la valeur sur les réseaux sans qu’aucune autorité centrale (banque, État, etc.) en ait le contrôle. De même qu’Internet permet de faire circuler des informations de manière décentralisée (email, blog, réseaux sociaux, etc.), les blockchains permettent la circulation d’objets numériques dont ils empêchent la duplication, et auxquels on peut ainsi attribuer une valeur. Un argent liquide numérique, indépendant de tout tiers de confiance (chose inconcevable auparavant), est devenu possible.

2. Les réseaux pair-à-pair (c’est-à-dire sans dispositif central de contrôle) sur lesquels repose le fonctionnement des blockchains organisent une gestion décentralisée et sécurisée des informations et des valeurs qui y circulent. Une multitude de blockchains différentes sont concevables, dont les propriétés variées dépendent des réseaux pairs-à-pairs servant de support.

3. La redondance du stockage des informations et des calculs est la principale source de fiabilité de ce qui se déroule sur un réseau blockchain. Chaque information est reproduite dans un fichier informatique appelé « blockchain » (on dit aussi « chaîne de blocs » ou « chaîne de pages »), détenu à l’identique par les validateurs du réseau : c’est la redondance des informations. Les validateurs doivent être assez nombreux et indépendants ; chacun d’eux mène de son côté, indépendamment des autres, des calculs pour qu’aucune anomalie de fonctionnement ne se produise : c’est la redondance du calcul et du contrôle. Cette surveillance mutuelle et décentralisée engendre un nouveau type de confiance qui s’affranchit d’une autorité de contrôle ou d’un tiers de confiance.

4. Aucune dépense d’électricité importante n’est nécessaire pour assurer le bon fonctionnement d’une blockchain ; c’est par erreur qu’un élément du protocole Bitcoin, appelé « Preuve de travail », a conduit le réseau Bitcoin à être follement et inutilement énergivore.

5. La vitesse de fonctionnement du réseau d’une blockchain peut varier de quelques transactions par seconde – sept pour le Bitcoin – à plusieurs centaines de milliers ; c’est l’un des progrès spectaculaires de cette technologie depuis son introduction.

6. Le problème de l’anonymat – absent, partiel ou total ? – des utilisateurs et des validateurs (il faut distinguer les deux questions) est un point essentiel laissé au libre choix du concepteur d’une blockchain.

L’anonymat des utilisateurs pour les petites transactions est souhaitable car il contribue à la protection de la vie privée. Il est donc nécessaire que l’anonymat qui nous est permis quand nous payons aujourd’hui avec des billets et des pièces de monnaie ait un équivalent dans le monde numérique. Aujourd’hui, la facilité du paiement électronique (en particulier du paiement sans contact) a pour effet la diminution des règlements en espèces, même pour les petits achats de la vie de tous les jours, et il est probable que ce mouvement soit irréversible. Le fait que ma banque – ou qui que ce soit d’autre – soit informée de chacun de mes achats effectués avec une carte bancaire est absurde (rien ne justifie la collecte et la centralisation de toutes les informations associées à ces petits transferts) et dangereux. La solution se trouve dans les cryptomonnaies, qui réconcilient paiements électroniques faciles, sécurité et anonymat, en rendant possible l’existence d’un argent liquide numérique, protecteur de la vie privée. C’est l’un des intérêts majeurs de la technologie des blockchains.

En revanche, l’anonymat illimité des utilisateurs pour les sommes importantes est une porte ouverte à tous les trafics, ainsi qu’une incitation au développement des « rançongiciels » (ou ransomwares) dont les dégâts se sont considérablement accrus en 2021 – presque toujours en s’appuyant sur le Bitcoin. Les rançongiciels ciblent non seulement l’utilisateur lambda qui peut perdre les données de son ordinateur, mais aussi les entreprises de toute taille, les administrations, et les établissements de santé qui sont mis en panne jusqu’au paiement d’une rançon en cryptomonnaie anonyme (plusieurs cas de décès provoqués par des rançongiciels qui perturbaient le fonctionnement des hôpitaux ont été signalés1).

Ma position est donc qu’il est souhaitable et utile de préserver l’anonymat d’une transaction, tout en le limitant (ce qui est parfaitement possible) pour les sommes importantes, par exemple à partir de 1 000 euros, c’est-à-dire le montant au-delà duquel on ne peut pas régler une somme en espèces en France.

7. Les smart-contracts, des programmes fonctionnant de manière redondante sur les blockchains les plus récentes, sont impossibles à arrêter, on dit qu’ils sont « irrévocables ». Ils savent manipuler des jetons de cryptomonnaie, et en émettre si nécessaire. On les utilise aussi pour créer des non fongible token (NFT) dont je parlerai au chapitre 8. Les smart-contracts conduisent au développement d’une catégorie nouvelle d’applications, en particulier dans le domaine de la finance décentralisée. Les innovations rendues possibles sont la raison principale qui amène les banques centrales à étudier, et peut-être un jour à émettre, leurs propres cryptomonnaies… ou quelque chose qui y ressemble un peu. J’en reparlerai aussi dans le chapitre 8.

8. Les blockchains permettent également la manipulation et la sécurisation d’informations non nécessairement liées à des jetons ayant une valeur. Elles peuvent être utilisées par exemple pour le traçage de produits de consommation, d’œuvres d’art, de containers maritimes, de métaux et d’objets précieux, ou simplement leur horodatage. Une multitude d’usages nouveaux entre particuliers, entreprises et administrations se développe, dont nous ignorons sans doute encore tout le potentiel.

Vous jugerez par vous-même !

Cet ouvrage a pour ambition de vous expliquer, sans faire appel à des considérations trop techniques mais avec précision, comment se développe et fonctionne le monde des blockchains et des cryptomonnaies. Vous pourrez ainsi vous forger votre propre opinion : les blockchains représentent-elles une révolution ? Ou ne sont-elles qu’une innovation de l’informatique des réseaux, parmi d’autres, destinée à quelques domaines spécialisés ?

Rien n’est vraiment compliqué, nul besoin de connaissances mathématiques ou informatiques spécialisées pour suivre et comprendre ce que vous allez lire. Il suffit d’un peu de logique, de bon sens et parfois de détermination pour ne pas se laisser intimider par cet univers de recherches et de nouveautés, né en 2008 et qui a depuis bourgeonné dans une multitude de directions.

1

L’invention géniale de Satoshi Nakamoto

« Bitcoin est un tour de force technologique. »

Bill Gates, 2014

« En matière de cryptomonnaies, je peux dire, avec une quasi-certitude, qu’elles finiront mal. C’est ingénieux et la blockchain est importante, mais le Bitcoin n’a pas la moindre valeur. »

Warren Buffet, 2019

Avant l’informatique

Imaginez qu’au centre de la place de la Concorde à Paris, à côté de l’Obélisque de Louxor, on installe un très grand cahier. Librement et gratuitement, tout le monde pourrait le lire et y écrire, mais il serait impossible à modifier et indestructible. On y ajouterait des pages quand cela serait nécessaire. Ce cahier serait-il utile ? Il semble que oui…

On y consignerait des engagements : « Je promets que je donnerai ma maison à celui qui démontrera la conjecture de Riemann. Jacques Dupont, 17 rue Louis à Paris ». On y scellerait des contrats à plusieurs, en détaillant le texte de l’accord et en faisant signer chacun des cocontractants. On y décrirait ses découvertes, rendant impossible que l’on en soit dépossédé : « Voici la description d’un mécanisme de mouvement perpétuel… ». On y laisserait des reconnaissances de dettes qui seraient considérées comme valides tant que celui à qui l’on doit l’argent n’a pas été remboursé et n’est pas venu l’indiquer sur le cahier. On y donnerait son adresse, et celle-ci resterait valide jusqu’à ce qu’une nouvelle, également associée à notre nom, soit ajoutée et annule ainsi la précédente. On y consignerait des faits que l’on voudrait définitivement rendre publics, pour qu’ils soient connus de tous, pour aider une personne dont on souhaite défendre la réputation, pour lancer une alerte, etc.

Pour empêcher la triche, chaque message déposé pourrait être signé et authentifié de telle manière que personne ne puisse écrire ou prendre des engagements en votre nom. Il serait également utile que l’instant précis où est écrit un texte soit précisé (horodatage). Enfin, certains messages pourraient être chiffrés (« cryptés »), et la clef de déchiffrement ne serait dévoilée qu’au moment opportun.

Imaginons que tout cela soit possible et qu’un tel cahier soit mis en place, auquel seraient ajoutées autant de pages nouvelles que nécessaire, au fur et à mesure des besoins. Testaments, contrats, cahiers de comptes, certificats de propriétés, récits divers, messages adressés à une personne particulière ou à tous, revendications de priorité pour une invention, etc. ; tout cela deviendrait facile et accessible, sans recours à un notaire ou à un huissier. Si un tel document public était permanent, infalsifiable, indestructible, et que l’on y écrive librement et gratuitement tout ce que l’on veut, alors une multitude d’usages pourraient en découler, bien au-delà de ce qui vient d’être mentionné.

Figure 1.1. Un grand livre sur la place de la Concorde

Un tel objet serait plus que nos fragiles cahiers de doléances et livres d’or. Ce serait plus qu’un tableau d’affichage offert à tous sur les murs d’une entreprise, d’une école ou d’une ville, eux aussi éphémères. Ce serait plus que des enveloppes déposées chez un huissier ou les enveloppes Soleau de l’INPI (Institut national de la propriété industrielle) ; elles sont coûteuses et leur lecture n’est pas accessible à tous. Ce serait plus qu’un registre de brevets, dont la permanence est assurée mais sur lequel il est difficile d’écrire. Ce serait plus que les pages des petites annonces d’un quotidien ; elles sont indestructibles car multipliées en des milliers d’exemplaires, mais il n’est pas facile de les lire longtemps après publication, et y écrire est payant et contraignant.

Avec l’informatique

Bien sûr, ce cahier localisé en un point géographique unique ne serait pas très commode pour ceux qui habitent loin de Paris. Ceux qui y rechercheraient des informations en tournant les pages se gêneraient les uns les autres, et gêneraient ceux venus y inscrire de nouveaux messages. Bien sûr encore, effectuer des recherches pour savoir ce qui est écrit dans le cahier (telle dette a-t-elle été soldée ? telle adresse est-elle la dernière ? etc.) deviendrait impossible en pratique une fois le cahier devenu trop gros et après multiplication des utilisateurs.

Ces trois inconvénients majeurs – (a) localisation unique rendant l’accès malcommode, et permettant en outre la manipulation de ce seul exemplaire de données ; (b) impossibilité de travailler en nombre au même instant pour y lire ou y écrire ; (c) difficultés à utiliser un grand cahier – sont aujourd’hui résolus. L’informatique moderne, avec la puissance de ses machines (y compris les smartphones) et de ses réseaux de communication, offre la solution.

Cette idée d’un grand cahier informatique, partagé, infalsifiable et indestructible du fait même de sa conception, est au cœur d’une innovation dont la naissance s’est produite en 2008 avec la description du protocole de fonctionnement du Bitcoin. Il s’agit des « blockchains », parfois dénommées « chaînes de blocs » ou « chaînes de pages ».

L’article de Satoshi Nakamoto

Le mot blockchain vient de la « blockchain du Bitcoin », la monnaie cryptographique définie en octobre 2008 par un certain Satoshi Nakamoto – c’est un pseudonyme et on ignore qui se cache derrière – et mise en fonctionnement en janvier 2009. Elle a, depuis, connu un développement considérable et un succès très concrètement mesurable : la valeur d’échange des bitcoins émis se compte aujourd’hui en centaines de milliards d’euros. Dans son article de 2008, intitulé « Bitcoin : A Peer-to-Peer Electronic Cash System » (« Bitcoin : un système d’argent liquide électronique en pair-à-pair »), Nakamoto parle de « chain », de « block », il écrit parfois « blocks are chained » mais n’utilise pas le mot « blockchain ». Il ne fait cependant aucun doute qu’il est bien l’inventeur du concept. En cherchant, on trouvera bien sûr des sortes de précurseurs ici ou là, et la description de certaines composantes du protocole utilisées en cryptographie pour d’autres applications. Cependant, le concept complet et précis définissant et organisant le protocole n’a jamais été proposé avant l’article de 2008 de Nakamoto.

Au cœur de cette monnaie – du moins si c’est bien une monnaie, j’évoquerai cette question dans les chapitres 4 et 7 –, il y a effectivement un fichier informatique infalsifiable et ouvert (comme le grand cahier de la place de la Concorde), et c’est lui qui permet la création et le suivi des bitcoins de compte en compte. Le cahier du Bitcoin est le registre de tous les mouvements de bitcoins depuis janvier 2009 : toutes les créations et attributions de bitcoins y sont consignées, de même que tous leurs déplacements (les transactions) d’un compte vers un autre. C’est un fichier informatique partagé : tout le monde peut le lire et y écrire les transactions qui y sont stockées. La blockchain existe matériellement grâce à un réseau d’ordinateurs fonctionnant en « pair-à-pair », c’est-à-dire gérés sans autorité centrale par les utilisateurs qui se coordonnent en échangeant des messages. Certains de ces utilisateurs détiennent des copies du fichier blockchain, qui existe ainsi en une multitude d’exemplaires partout dans le monde. Les détenteurs d’une copie sont les « validateurs » du réseau Bitcoin, et leurs ordinateurs sont dits « nœuds complets ». Par milliers, ces copies sont sans cesse mises à jour simultanément, ce qui rend le fichier blockchain indestructible, à moins d’une improbable catastrophe qui toucherait en même temps toute la surface de la Terre. Ce fichier est rendu infalsifiable par l’utilisation de procédés cryptographiques qui, depuis la création de la blockchain, ont résisté à toutes les attaques : jamais personne n’a pu effacer ou modifier le moindre message de transaction auparavant inscrit dans la blockchain du Bitcoin, et en particulier aucun faux bitcoin n’a été émis ; seuls existent, et circulent de compte en compte, ceux prévus par les règles précises d’émission fixées lors de la mise en marche du protocole.

Quand le rêve est surpassé

Le rêve du grand cahier de la place de la Concorde est donc à présent une réalité : non seulement il y a le cahier du Bitcoin mis en fonctionnement en 2009, qui est bien plus solide qu’un simple cahier en papier grâce à sa recopie en une multitude d’endroits éloignés les uns des autres, mais il y a aussi plusieurs milliers d’autres cahiers du même type, totalement indépendants, qui ont depuis été créés à l’aide d’autres réseaux informatiques pair-à-pair. Et on en crée tous les jours de nouveaux pour toutes sortes d’applications.

Il ne fait aucun doute que ces cahiers, nés de l’informatique moderne, des réseaux et de la cryptographie, sont bien supérieurs à tout ce que l’on aurait pu faire avec du papier, du métal ou des dispositifs composés d’objets physiques usuels.

a) L’accès à une blockchain, grâce aux réseaux, se fait instantanément de n’importe où dans le monde, pourvu que l’on dispose d’un ordinateur ou simplement d’un smartphone, et parfois des clés d’accès quand il s’agit de blockchains dites « privées ».

b) Des milliers d’utilisateurs peuvent y lire et y écrire sans se gêner.

c) Chacun peut, gratuitement et sans limitation (autre que celles des règles propres à chaque blockchain), ajouter de nouveaux messages de transactions selon un procédé qui assure la cohérence et la robustesse du fichier blockchain.

d) La multiplication des copies à l’identique du fichier blockchain rend les informations qu’il contient totalement indestructibles, contrairement au cahier de la place de la Concorde.

La taille de la blockchain du Bitcoin s’accroît progressivement car on n’y efface jamais rien. Elle reste cependant manipulable par les formidables machines dont nous disposons tous aujourd’hui. En 2022, sa taille est inférieure à 500 gigaoctets (5 × 10¹¹ caractères) et ne s’accroît qu’à une vitesse raisonnable. Le fichier peut donc être enregistré sur un disque dur d’un téraoctet (10¹² octets) coûtant moins d’une centaine d’euros. Nos ordinateurs sont maintenant assez puissants pour lire et écrire dans des fichiers de ce volume, et pour y rechercher rapidement une information quand cela est nécessaire.

L’exploration par son ordinateur de ce qui est inscrit donne librement accès à tout le contenu d’une blockchain publique quasi instantanément. C’est d’ailleurs, dans le cas du Bitcoin, ce qui permet à toute personne qui le souhaite de calculer le solde de tout compte en monnaie Bitcoin. Le système de signatures cryptographiques garantit que les messages de transaction que vous inscrivez sur la blockchain concernant vos comptes ont été écrits par vous. Ces messages sont signés, et vous êtes le seul à pouvoir les signer. L’ordre des inscriptions fournit aussi une datation (horodatage) des transactions. Tout cela s’effectue sans la moindre intervention d’une quelconque autorité centrale, puisque ce sont les validateurs, aussi appelés « mineurs » dans le cas du Bitcoin (nous verrons plus loin qu’identifier mineurs et validateurs est une simplification), qui en opèrent la surveillance. Ils se contrôlent mutuellement, assurant l’honnêteté des sauvegardes et leurs cohérences.

Précisons que l’équivalent informatique du cahier de la place de la Concorde aurait pu prendre la forme d’une base de données stockée sur un seul ordinateur, qui en assurerait la sauvegarde et empêcherait que l’on y efface quoi que ce soit. La multiplication, propre aux blockchains, de cette base de données dans une multitude d’endroits différents, a pour fonction de ne pas faire reposer la sécurité des informations sur une seule machine, et de rendre la surveillance collective, et non pas dépendante d’un tiers de confiance.

Les cryptomonnaies sont les plus spectaculaires des applications des blockchains. Que l’on ait pu créer en 2009, grâce à un fichier partagé, une monnaie d’un nouveau type, semble incroyable : une monnaie qui ne repose sur aucune autorité émettrice, et dont les transactions sont exécutées rapidement et à faible coût, d’un point à l’autre du globe. C’est d’autant plus étonnant qu’elle a toujours bien fonctionné depuis sa création (précisons cependant que le détenteur d’un compte mal protégé peut être volé, et que l’on utilise des bitcoins pour toutes sortes de trafics).

Concernant l’anonymat des monnaies cryptographiques que j’ai jugé souhaitable pour créer un argent liquide numérique jouant le rôle des pièces et des billets et préservant la vie privée, vous verrez plus loin, même si cela semble étonnant, qu’il est compatible avec le principe d’un fichier blockchain lisible par tous. L’idée est qu’on pourra ne pas exiger des détenteurs de comptes qu’ils donnent leur identité.

Après cette présentation liminaire, générale et simplificatrice, tentons maintenant d’être plus précis et surtout de faire comprendre qu’il peut exister une grande variété des blockchains.

Qu’est-ce qu’une blockchain ?

La définition que je propose comporte une série de dix points qui fixent le schéma complet d’une blockchain typique.

1. Une blockchain est un dispositif informatique s’appuyant sur un réseau d’ordinateurs fonctionnant sans coordinateur central (réseau pair-à-pair) qui constitue le « réseau des validateurs ».

2. Chaque validateur détient la copie d’un fichier informatique appelé « fichier blockchain », ou simplement « blockchain », qui est donc multiplié à l’identique autant de fois qu’il y a de validateurs.

3. En plus du réseau des validateurs, de nombreuses blockchains sont accessibles à un ensemble d’utilisateurs qui ne sont pas validateurs et qui ne détiennent donc pas une copie du fichier blockchain. Ces utilisateurs peuvent échanger des messages avec le réseau des validateurs, ce qui leur donne accès partiellement ou totalement en lecture et en écriture au fichier blockchain.

4. Le fichier blockchain ne peut pas être effacé. Il n’évolue que par l’ajout de compléments appelés « pages » ou « blocs » qui l’allongent périodiquement. Du fait de cette immutabilité du fichier et de sa localisation multiple, on parle de « registre distribué », et la technologie des blockchains est aussi appelée « technologie des registres distribués » (Digital Ledger Technology en anglais, DLT).

5. Les validateurs s’échangent des messages afin de se mettre d’accord sur le contenu des nouveaux blocs du fichier blockchain. Envoyés par les validateurs ou les utilisateurs non-validateurs, les messages destinés à changer l’état du fichier blockchain se nomment des « transactions ». Dans le cas d’une blockchain de cryptomonnaie, une transaction indiquera en général que certains jetons (unités de base) de la cryptomonnaie passent d’un compte à un autre. Dans le cas d’une blockchain destinée à partager de l’information, une transaction sera l’ordre d’ajouter une information au fichier blockchain. Des transactions plus complexes sont prévues, en particulier pour le fonctionnement des smart-contracts (voir plus loin). Les transactions ne sont pas ajoutées immédiatement au fichier blockchain. Elles restent en attente un certain temps, puis sont regroupées par « blocs » (n’incluant pas nécessairement toutes les transactions en attente), lesquels sont ajoutés périodiquement au fichier blockchain et l’allongent. Cette méthode de mise en attente et de regroupement par blocs est la plus simple, assurant la coordination des validateurs. En raison des délais de circulation des transactions et du délicat processus permettant d’aboutir au consensus entre les validateurs, un ajout immédiat de chaque transaction dès son envoi n’est en effet envisageable que si le nombre de validateurs est très petit, ce qui, le plus souvent, n’est pas souhaité.

6. Les blocs ajoutés périodiquement sont validés par chaque ordinateur du réseau des validateurs selon un protocole de consensus qui nécessite un accord général entre eux. Ce fonctionnement assure la redondance du stockage de l’information et des opérations de validation des nouveaux blocs. Personne ne décide seul de ce qui s’écrit sur le fichier blockchain ; les validateurs se contrôlent mutuellement.

7. Les programmes qui font fonctionner les ordinateurs des validateurs se nomment les « clients du réseau ». Un même client du réseau est souvent utilisé et recopié par tous les validateurs. Cependant, il existe parfois plusieurs versions de ce programme qui opèrent identiquement pour l’essentiel, et surtout respectent les conventions qui définissent la blockchain et assurent le consensus. L’évolution d’un réseau blockchain pour en corriger les bugs ou l’améliorer consiste à remplacer simultanément un ancien client du réseau par un nouveau dans la mémoire des ordinateurs de chaque validateur. Ces changements éventuellement importants sont le résultat d’un accord entre les validateurs : c’est le délicat problème de la gouvernance, traité de façon différente selon les blockchains. Les utilisateurs non-validateurs utilisent ce que l’on nomme des porte-monnaie, portefeuilles ou wallets, appelés encore « clients allégés ». Ces derniers sont des programmes donnant accès au réseau et permettant d’envoyer des transactions et d’accéder aux informations détenues par le fichier blockchain sans en détenir une copie complète.

8. Chacun des blocs du fichier blockchain est horodaté, fixant de fait un ordre entre les transactions qui s’y trouvent. Cet horodatage est essentiel, notamment pour savoir si le jeton d’une monnaie cryptographique est toujours sur un compte donné, ou s’il a été déplacé vers un autre compte.

9. Les blocs sont « chaînés », ce qui veut dire que chacun d’eux contient une information sur les précédents, permettant de repérer facilement une modification dans les blocs plus anciens. Techniquement, chaque bloc contient le « hash » du bloc précédent (voir les notions de « fonction de hachage » et de « hash » ou « empreinte » d’un fichier dans le chapitre 6). Les procédés cryptographiques qui assurent ce chaînage interdisent toute modification du fichier blockchain, qui est donc infalsifiable.

10. La multiplication des copies du fichier blockchain assure par ailleurs la pérennité de ses informations, qui sont donc infalsifiables et indestructibles. Elles proviennent d’un consensus entre validateurs et constituent un moyen d’établir de la confiance entre eux sans recours à un tiers de confiance.

Figure 1.2. Le dispositif général d’un réseau blockchain

Au centre, dans la partie grisée, le réseau pair-à-pair des validateurs (ou « nœuds complets »), chacun détenant une copie du fichier blockchain. Autour, les utilisateurs non-validateurs.

Dans la figure 1.2 (page suivante), représentation graphique d’une blockchain, la partie centrale (grisée) représente le réseau pair-à-pair des validateurs du fichier blockchain, dont chacun détient une copie. En périphérie, les utilisateurs ne détenant pas de copie du fichier blockchain mais pouvant communiquer avec le réseau des validateurs, sont représentés par des smartphones (si les validateurs sont presque toujours des ordinateurs disposant d’une bonne puissance de calcul et d’une capacité de stockage mémoire conséquente, les utilisateurs non-validateurs peuvent en revanche être aussi bien des smartphones que d’autres ordinateurs, voire des dispositifs informatiques légers).

Il n’existe pas de définition officielle de ce qu’est une blockchain. Aussi la définition proposée ici pourra être discutée sur certains points. Le terme blockchain, parfois plus que le concept, ayant eu beaucoup de succès, il arrive ainsi que certains en usent à tort pour désigner un protocole informatique qui n’en est pas. De mon point de vue, en l’absence d’un réseau pair-à-pair de validateurs indépendants, on ne doit pas parler de blockchain. C’est en effet grâce à lui qu’aucune autorité centrale ne contrôle le fichier blockchain, et que l’on peut parler de « décentralisation » et de « registre distribué ». C’est également lui qui garantit la redondance des calculs et de la mémorisation des informations empêchant la manipulation frauduleuse du contenu de la blockchain. C’est lui, enfin, qui rend indestructible le fichier blockchain.

Figure 1.3. La structure causale abstraite d’une blockchain.

Une série de progrès techniques et mathématiques a rendu possible en 2009 la conception et la mise en place de dispositifs informatiques fonctionnant selon ce que l’on a appelé un protocole blockchain. Grâce à la décentralisation, celui-ci assure la redondance de la mémorisation des informations gérées par le dispositif et celle des calculs qu’il opère. Il en résulte une sécurité générale de fonctionnement et un consensus entre les acteurs participant ou utilisant le dispositif, ce qui crée de la confiance entre eux.

Si on vous parle de blockchain sans qu’il soit possible de savoir qui sont et comment sont déterminés les validateurs de la partie centrale du réseau fonctionnant en pair-à-pair, c’est sans doute qu’il ne s’agit pas d’une véritable blockchain. Nous verrons que le problème se pose pour les monnaies numériques de banques centrales dont la technologie est assimilée sans précaution à celle des blockchains, et pour certaines blockchains logistiques (dites « de traçage » ou « chaînes d’approvisionnements », supply chain), destinées au suivi de marchandises mais dont la décentralisation est parfois douteuse. Insistons encore une fois : s’il n’y a pas de réseau pair-à-pair de validateurs indépendants détenant chacun la copie d’un fichier reproduit à l’identique, parler de blockchain est un abus !

Les deux chapitres suivants formulent une série de précisions sur les points que l’on peut fixer d’une façon ou d’une autre lors de la conception d’une blockchain particulière. C’est l’ensemble de ces points qui permet d’envisager des modèles variés de blockchains, et donc une multitude d’applications dans toutes sortes de domaines.

Notes et références

Prologue

1. Lisa Vaas, Baby’s Death Alleged to Be Linked to Ransomware, Threatpost, 9-2021 : https://threatpost.com/babys-death-linked-ransomware/175232/

Dans la même collection

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Aurélien Barrau, Des univers multiples. Nouveaux horizons cosmiques, 2017.

John Barrow, Le livre des univers, 2012.

Matteo Barsuglia, Les vagues de l’espace-temps. La révolution des ondes gravitationnelles, 2019.

Maddalena Bearzi, Craig B. Stanford, Ces belles intelligences. Grands singes et dauphins, 2009.

Gianfranco Bertone, Le mystère de la matière noire. Dans les coulisses de l’Univers, 2014.

Derek Bickerton, La langue d’Adam, 2010.

Pierre Binétruy, À la poursuite des ondes gravitationnelles. Dernières nouvelles de l’Univers, 2016.

David Bodanis, La surprenante histoire de la fée électricité, 2006.

Vincent Boqueho, Les civilisations à l’épreuve du climat, 2012.

Vincent Boqueho, La vie, ailleurs ?, 2011.

Nick Bostrom, Superintelligence, 2017.

Carlos Calle, Supercordes et autres ficelles. Voyage au cœur de la physique, 2004.

William Camu, Nicolas Chevassus-au-Louis, Quand meurent les neurones, 2003.

John Derbyshire, Dans la jungle des nombres premiers, 2007.

Cathy Dubois, Michel Avignon, Philippe Escudier, Observer la terre depuis l’espace. Enjeux des données spatiales pour la société, 2014.

John Emsley, Sexe, bonheur et cosmétique. Les nouveaux pouvoirs de la chimie, 2004.

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Charles Frankel, L’Homme sur Mars. Science ou Fiction ?, 2007.

Owen Gingerich, Le livre que nul n’avait lu. À la poursuite du « De Revolutionibus » de Copernic, 2008.

James Gleick, Isaac Newton. Un destin fabuleux, 2005.

Barbara Goldsmith, Marie Curie. Portrait intime d’une femme d’exception, 2006.

John Richard Gott, L’Univers est une éponge, 2017.

Steven S. Gubser, Frans Pretorius, Le petit livre des trous noirs, 2018.

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Palle Yourgrau, Einstein/Gödel. Quand deux génies refont le monde, 2005.