Blockchain

Représentation d’une chaîne de blocs. La chaîne principale (en noir) est composée de la plus longue suite de blocs après le bloc initial (vert). Les blocs orphelins sont représentés en violet.

Une blockchain, ou chaîne de blocs, est une technologie de stockage et de transmission d'informations sans organe de contrôle. Techniquement, il s'agit d'une base de données distribuée dont les informations envoyées par les utilisateurs et les liens internes à la base sont vérifiés et groupés à intervalles de temps réguliers en blocs, formant ainsi une chaîne. L'ensemble est sécurisé par cryptographie. Par extension, une chaîne de blocs est une base de données distribuée qui gère une liste d'enregistrements protégés contre la falsification ou la modification par les nœuds de stockage ; c'est donc un registre distribué et sécurisé de toutes les transactions effectuées depuis le démarrage du système réparti.

Il existe une analogie avec le réseau Internet, car dans les deux cas les technologies emploient des protocoles informatiques liés à une infrastructure décentralisée. Internet permet de transférer des paquets de données d'un serveur « sûr » à des clients distants (charge aux destinataires de vérifier l'intégrité des données transmises), alors qu'une blockchain permet à la « confiance » de s'établir entre des agents distincts du système. Avec la technologie blockchain, le « tiers de confiance » devient le système lui-même : chaque élément réparti de la blockchain contient les éléments nécessaires pour garantir l'intégrité des données échangées (par un algorithme cryptographique).

Concepts et définitions

Une blockchain est fondamentalement une base de données partagée, c'est pourquoi elle est également connue sous le nom de grand livre (au sens de grand registre) distribué (bien que des grands livres distribués puissent reposer sur d'autres technologies). La blockchain se différencie de la technologie traditionnelle des bases de données : au lieu d'une unique base gérée par un unique propriétaire qui partage les données, dans le réseau blockchain les participants au réseau ont leur propre copie de la base. Le mécanisme de blockchain peut assurer un accord unanime sur le contenu correct des données, assurer la conformité des copies des données convenues et assurer l'absence ultérieure de tricherie par altération des données.

Cela permet à nombre de personnes ou d'entités — collaborateurs ou concurrents — de convenir d'un consensus sur des informations et d'enregistrer de manière immuable ce consensus de la vérité. Pour cette raison, la blockchain a été décrite comme une « infrastructure de confiance ».

Normalisation ISO

Le terme est largement utilisé au point d'être parfois vidé de cette substance.

Pour éviter cela, des standards sont définis.

• ISO 22739:2020 : Chaîne de blocs et technologies de registres distribués — Vocabulaire (Blockchain and distributed ledger technologies — Vocabulary)
• ISO/TR 23244:2020 : Blockchain and distributed ledger technologies — Privacy and personally identifiable information protection considerations
• ISO/TR 23455:2019 : Blockchain and distributed ledger technologies — Overview of and interactions between smart contracts in blockchain and distributed ledger technology systems
• ISO/TR 23576:2020 : Blockchain and distributed ledger technologies — Security management of digital asset custodians

« §3.6 blockchain: distributed ledger (3.22) with confirmed blocks (3.9) organized in an append-only, sequential chain using cryptographic links (3.16) »

— ISO 22739:2020

« §3.6 chaîne de blocs : registre distribué (3.22) avec des blocs confirmés (3.9) organisés en chaîne séquentielle incrémentale utilisant des liens cryptographiques (3.16) »

La norme ISO définit par ailleurs 84 termes de vocabulaire.

Aspects

Travaux antérieurs

La première étude sur les chaînes de blocs cryptographiquement sécurisées a été décrite en 1991 par Stuart Haber et W. Scott Stornetta. Ils voulaient mettre en application un système où les documents horodatés ne pourraient pas être falsifiés ou antidatés. En 1992, Bayer, Haber et Stornetta ont incorporé le concept d'arbre de Merkle au système, ce qui a amélioré son efficacité en permettant à plusieurs documents d'être assemblés en un seul bloc.

Selon le chercheur Ittai Abraham, le premier système de certification décentralisé est celui de la société Surety, qui publie chaque semaine depuis 1995 un certificat cryptographique de sa base de données dans la rubrique « Annonces et objets trouvés » de The New York Times.

La première chaîne de blocs a été conceptualisée par une personne (ou une équipe) connue sous le nom de Satoshi Nakamoto en 2008. Elle a été implémentée l'année suivante par Nakamoto en tant que composant principal du bitcoin, où elle sert de registre public à toutes les transactions sur le réseau.

Aspects historiques

Beaucoup de monnaies virtuelles et de cryptomonnaies utilisent les chaînes de blocs pour leur sécurité. Satoshi Nakamoto, l'inventeur du bitcoin, a été le premier à appliquer une chaîne de blocs décentralisée. Les transactions sur une chaîne de blocs sont très difficiles à annuler parce que les chaînes de blocs sont résistantes aux changements.

Impacts sociaux des blockchains

Plusieurs "Blockchain Academy" ont émergé en Inde, dont (ici) celle de l' Indian Institute of Information Technology and Management à Thiruvananthapuram

Michel Bauwens (cyberphilosophe) décrit la blockchain comme « un rêve technocratique totalitaire » notamment parce que niant la confiance entre humains, excluant une grande partie de la société civile (notamment dans les régions pauvres), et car gouvernée par une solution techniques soumise à aucun débat démocratique

La blockchain est souvent présentée comme une solution-miracle, mathématique et informatique, génératrice de confiance, qui, mise au service de divers systèmes socio-techniques, a de fortes potentialités de transformation socialement utiles (ex : traçabilité dans les chaines d'approvisionnement ; e-procurement et le commerce de des arts ou la gestion des données de santé « contrat intelligent » (dont les impacts sociaux sont encore discutés), outils de soutenabilité (qui en 2019 n'avait pas encore pu faire ses preuves, faute de données fiables et accessibles), mais ses usages (pour les actifs financiers notamment) ne sont pas encore régulé, et sa consommation rapidement croissante d'énergie, ainsi que sa contribution aux émissions mondiales de CO2, via plusieurs types d'usages interrogent quand à sa soutenabilité socioenvironnementale.

La blockchain se présente comme « technologiquement neutre», mais selon le cyber philosophe Michel Bauwens dans Le Monde (2016), « la technologie n’est jamais neutre. C’est un terrain de conflit influencé par les imaginaires et les intérêts des personnes en charge de son design. La blockchain dérive ainsi d’une vision de l’homme très particulière : des individus autonomes passent des contrats entre eux. Ils n’ont pas besoin de collectif, de communauté. Et les contrats sont fondés sur une forme de propriété. Comme au Monopoly, sans jetons vous ne jouez pas. Un paysan indien de l’Uttar Pradesh, qui n’a pas d’ordinateur, est exclu. L’idéologie prend une connotation anarcho-capitaliste, doublée d’une vision libertarienne à l’américaine ». De plus, pour supposément créer de la confiance entre deux personnes, la blockchain impose vérifier l’intégralité du réseau. « C’est loufoque ! A cause de l’énergie dépensée, mais aussi en termes de confiance humaine », confiance qui est au contraire la base du peer-to-peer tel qu'utilisé dans l’économie collaborative et les communs, l’open source, le crowdsourcing, les Fablabs, les micro-usines, le mouvement des “makers”, l’agriculture urbaine, etc. lesquels ouvrent selon Bauwens sur une société post-capitaliste.

La blockchain voulait se passer d'intermédiaires, mais elle déplace la confiance, des intermédiaires traditionnels (banquiers, notaires, société de services énergétiques, etc.) vers la technologie, le code (qui peut comporter des bugs) et donc vers ceux qui l’élaborent (mineurs et développeurs de software notamment) et les fournisseurs d'électricité ...avec quels risques sociaux ? s'interrogent en 2018 Energy-Cities et l'Ademe ; avec quels éventuels biais d'excès de confiance envers la technologie numérique ? « Ces nouveaux intermédiaires – qui pourront de plus constituer une porte d’entrée importante pour lesGAFA (Google, Amazon, Facebook, Apple) - auront-ils notre préférence ? ».

Selon ses promoteurs, la blockchain pourrait faciliter le lutte contre la fraude fiscale (par exemple, selon deux chercheurs de Dubaï, via un système d'imposition des personnes et des entreprises fixant un taux prédéterminé lié aux revenus bruts plutôt qu'au revenu net), collecter et gérer les taxes et impôts (ce qui avait été proposé en Chine en 3020 par Juan Wang, de l'Université de Jilin (sans succès), etc. ou aider les banques, états et entreprises à vérifier la conformité, probité et intégrité des personnes/clients vis à vis de législations visant à prévenir la corruption, l'usurpation d'identité, diverses fraudes, le blanchiment d'argent, les fake-news ou encore le financement du terrorisme.
Dans les faits, elle a été rapidement utilisée par des activités illégitimes tels que blanchiment d'argent, d'arnaques financières ou encore du financement de guerres et du terrorisme ou l'évasion fiscale. L'ampleur de la fraude fiscale en Europe est inconnue, de même que la part d'utilisation abusive de monnaies virtuelles dans ce domaine, mais elle aurait dépassé les 7 milliards d'euros avant 2010.

En 2022, alors que « plus de 100 millions de personnes détiennent une crypto-monnaie, principalement à titre d'actif spéculatif », selon Howson et de Vries : « la trajectoire non-soutenable de certaines crypto-monnaies a un impact disproportionné sur les communautés pauvres et vulnérables où les producteurs de crypto-monnaies et d'autres acteurs profitent des instabilités économiques, de la faiblesse des réglementations et de l'accès à une énergie et à d'autres ressources bon marché (...) Si l'adoption massive du bitcoin se poursuit, une escalade de la crise climatique est inévitable, exacerbant de manière disproportionnée les défis sociaux et environnementaux pour les communautés qui connaissent déjà de multiples dimensions de privation ». Des États ou régions connaissent une "ruée vers le minage" ; la haute volatilité des cryptomonnaies et les aléas du minage peut plonger les mineurs les moins bien formés et/ou les moins équipés en matériel informatique vers la faillite, alors qu'ils ont parfois quitté leur métier en espérant ainsi s'enrichir (ainsi, en 2018, la capitalisation boursière totale de toutes les crypto-monnaies a atteint 728 milliards de dollars, mais seulement trois semaines après ce pic, elle chutait à environ 360 milliards de dollars). Le minage, très énergivore, bénéficie souvent de tarifs avantageux (ex : le groupe canadien Hut 8 affirme en 2022 disposer de 100 000 machines en fonctionnement réparties dans 3 centres de minage (soit 127,5 péta de hachage par seconde) et d'une électricité sécurisée à un prix très bas (3,5 cents le kWh en moyenne) pour 209 MW de capacité d'achat contractualisée d'électricité.

La blockchain peut avoir des effets positifs ou conduire à de graves dérives (notamment si utilisée contre la démocratie, par exemple pour le Système de crédit social ou d'autres formes de surveillance et contrôle des citoyens dans des régimes autoritaires ou dictatoriaux).

Blockchain, ville durable et smartcitiy

Le SolarCoin : cryptomonnaie inventée pour encourager la production d'électricité photovoltaïque. Sa blockchain, initialement basée sur la preuve de travail, a été convertie à la preuve d'enjeu (bien moins énergivore)

La Blockchain est souvent mise en avant dans les smartcities, notamment pour la gestion des flux et des factures d'énergie et en particulier des énergies intermittentes renouvelables (solaire, éolien, avec des blockchains (voire des cryptomonnaies dédiées telles que SolarCoin, Gruenstromjeton, NRGCoin) testées ans des projets participatifs, dont l'un basé sur l'Ethereum), et le service Enegie de Vienne teste une blockchain pour gérer les échange d’énergie sur le marché en gros ; mais selon Andrew Collinge (chef du service Smart Cities de la Greater London Authority, les dirigeants municipaux doivent « mieux se préparer aux implications de technologies telles que la blockchain ; même s'ils peuvent avoir une compréhension de haut niveau de la technologie, il n'y a généralement «aucune compréhension» de l'impact qu'elle pourrait avoir pour le gouvernement et les communautés qu'il dessert. "Cela doit absolument changer" (...) « Il est urgent que les services publics, et le leadership de ces services publics, soient capables d'anticiper la technologie et les modèles économiques perturbés qu'elle crée ; et qu'elle peut y répondre en énonçant les principales revendications » .

Empreinte carbone des blockchains, effets sur le climat

La British Blockchain Association arguait en 2018 qu ela blockchain pourrait aider à faire respecter certains objectifs climatiques, mais le minage est dénoncé par d'autres comme une catastrophe climatique ; ainsi, selon une étude publiée en 2017 dans Nature Climate Change, l'usage du bitcoin a émis plus de 69 millions de tonnes de dioxyde de carbone (CO₂) en 2017, soit l'équivalent de la production en CO₂ de l'Irlande ou environ 0,3 % de la production mondiale de gaz à effet de serre.

En 2018 MIT de l'Université de Cambridge, Stoll, Klaaßen et Gallersdörfer du Center for Energy and Environmental Policy Research ont estimé l'empreinte énergétique du minage de Bitcoin : en novembre 2018, il aurait nécessité à lui seul une puissance électrique de 48,2 TWh, soit de 21,5 ) 53,6 MtCO2 émis dans l'année (niveau qui a empiré depuis, mais qui était alors comparable à ceux de la Bolivie ou du Portugal).
Cette même année (2018), Cédric Villani note dans son rapport que « près de 4 % des émissions carbonées mondiales sont dues à la production et à l'utilisation des outils numériques, qui engendrent une consommation énergétique augmentant de 8,5 % par an et sa part dans la consommation mondiale d'électricité (en croissance de 2 % par an) pourrait atteindre 20 % (scénario modéré) ou 50 % (scénario pessimiste) en 2030, et être ainsi multipliée par 10 en 20 ans. Vu le mix électrique mondial, la part d'émissions de gaz à effet de serre (GES) du numérique va ainsi passer de 2,5 % en 2015 à 5 % en 2020 (2,5 Gt). ».

En 2021, selon Digiconomist (ex : estimation de 64,18 MtCO2 émises par Bitcoin, publiée en juillet 2021, soit environ l'empreinte carbone de la Grèce ou d'Oman) et selon l'index CBECI (Cambridge Bitcoin Energy Consumption) de l'Université de Cambridge, l'empreinte carbone et environnementale de plusieurs blockchains croît de manière préoccupante (celles, cumulées, du Bitcoin et de l'Ethereum ont été évaluées en juillet 2021 à 90.31 MtCO2 ; presque autant que les émissions cumulées de la Belgique : 91.20 MtCO2).

En 2022, le minage du Bitcoin a « une empreinte carbone qui a, à elle seule, dépassé celle de l'industrie de l'extraction de l'or », alors qu'en termes de création de valeur, la Bitcoin et moins intéressant que l'extraction de cuivre, d'or, de platine et même d'oxydes de terres rares. Krause (2018) a comparé l'énergie nécessaire pour produire un dollar américain (US $) d'actifs numériques entre le 1er janvier 2016 et le 30 juin 2018 à celle nécessaire à produire la même valeur à partir de véritables gisements de métaux. Le minage de Bitcoin, Ethereum, Litecoin et Monero a respectivement consommé (en moyenne) 17, 7, 7 et 14 MJ pour générer un US $, soit plus que l'exploitation minière conventionnelle de cuivre, d'or, de platine et d'oxydes de terres rares; respectivement 122, 4, 5, 7 et 9 mégajoules (MJ). Le cryptominage consomme déjà nettement plus d'énergie que l'exploitation de ces minerais, et bien que le marché des cryptomonnaies soit plutôt volatil, les taux de hachage du réseau pour trois des quatre crypto-monnaies ont constamment augmenté, suggérant que leurs besoins en énergie augmenteront encore (nécessairement pour le bitcoin). Selon cette évaluation, en 30 mois, l'extraction de ces 4 crypto-monnaies a causé l'émission de 3 à 15 millions de t de CO2, une quantité considérable de gaz à effet de serre.

Aspects énergétiques et environnementaux

Consommation approximative d'énergie (par transaction) par type de blockchain

Important : l'axe Y (vertical) est logarithmique
1) Simple serveur : transactions traitées en consommant peu d'énergie.
2) Système centralisé typique sans blockchain : utilise une base de données et des sauvegardes plus complexes, consommant un peu plus d'énergie.
3) Blockchain autorisée à petite échelle ("interentreprises" par exemple) : redondance similaire, mais frais généraux et consommation supplémentaire par transaction (ex : consensus PoA et cryptographie plus complexes).
4) Une blockchain sans autorisation sans PoW à grand nombre de nœuds : consomme beaucoup d'électricité (Cf. degré élevé de redondance).
5) Blockchain à preuve de travail, de type Bitcoin : intrinsèquement extrêmement énergivore

Puissance électrique nécessaire (en bleu) aux blockchains de 4 crypto-monnaies PoW dont la capitalisation boursière (barre grise) était alors évaluée à au moins 1 milliard USD.

Important : les axes Y et Y' sont logarithmiques. L'axe de gauche représente la capitalisation sur les marchés, en valeur (en milliards d'USdollars) et celui de droite les consommations annuelles en TWh.
L'énergie consommée est corrélée à la capitalisation boursière de la cryptomonnaie, car seuls les mineurs les plus rapides sont récompensés et la difficulté de minage augmente avec la valeur marchande de la cryptomonnaie. Seules 5 cryptomonnaies sont ici représentées, mais début de 2018, il en existe plusieurs centaines, et la capitalisation boursière totale des 100 plus grandes aurait dépassé 330 milliards d'euros dans le monde.

Évaluation de la demande de puissance électrique (qui reflète la consommation d'électricité), avec avec une valeur maximale et une valeur minimale calculée, ici rien que pour le minage du Bitcoin ; selon le Cambridge Bitcoin Electricity Consumption Index du Centre de Cambridge pour la finance alternative, basé à l'Université de Cambridge.
Le maximum, le minimum et une valeur de meilleure estimation (estimée) sont tracés au fil du temps (les 3 courbes du graphique), et comparés à la consommation d'électricité de divers pays (à droite)
Graphique mis à jour le 11 mars 2021 ; source : Https://cbeci.org/

Répartition des consortiums de minage en avril 2020, rien que pour le Bitcoin.
La Chine a interdit le minage et les cryptomonnaies en juin 2021. Mais avant cela, elle représentait plus de 75 % du minage de cryptomonnaies dans le monde grâce à un prix de l'électricité peu élevé mais souvent issu de centrales au charbon). Source statistique : https://btc.com/stats

Évolution du niveau de difficulté de minage du bloc Bitcoin et du prix du marché (de janvier 2013 à octobre 2018).
Plus le temps passe, plus la difficulté de minage augmente et moindre est le nombre de bitcoin mis sur le marché ... sans relation avec le cours de cette cryptomonnaie. Plus la difficulté augmente, plus le minage consomme d'électricité

Ferme de minage de 60,7 MW, de 'Hut 8 Mining Corp.' à Medicine Hat (une "juridictions à faible coût énergétique" et au climat désertique, froid et venteux de l'Alberta). Coût:100 millions de dollars). Le site dispose d'une centrale électrique au gaz (construite par la ville pour 55,7 millions de dollars). Elle fournira 42 mégawatts d'électricité durant 10 ans (durée du bail foncier) pour alimenter et refroidir les processeurs des 56 data-centers (containers de type Bitfury BlockBox AC déplaçables sur semi-remorque).
Les panneaux bleus (non-photovoltaïques) sont des ombrières facilitant le refroidissement et abritant les processeurs de la pluie. (vue plus large) (En savoir plus en vidéo, Bitcoin Mining at Hut8 - Facility Tour)

Racks de processeurs d'une installation de minage de Bitcoin (Argo Blockchain Mirabel Bitcoin Mining Facility, à Mirabel, au nord-ouest de Laval au Canada, en 2018)

Après la crise bancaire et financière de l'automne 2008 le Bitcoin a voulu être un système de paiement électronique irréversible, infalsifiable, décentralisé, anonymisé, participatif, appuyé sur une infrastructure mutualiste autogéré, insensible aux frontières, aux attaques numériques et résilient (car décentralisé et redondant). Il s'agissait d'être indépendant des banques, des banques centrale, des États ou de groupes de pression ou d'autres tiers.

Mais en sécurisant sa blockchain par la « preuve de travail », Satoshi Nakamoto (inventeur supposé du Bitcoin) s'est soumis à une ressource externes qu'il ne peut contrôler : l'électricité ; une ressource inégalement répartie dans le monde et soumise à des aléas, qui a un coût, une disponibilité limitée, et qui est contrôlée par des tiers : les fournisseurs d'énergie.

Selon Bob Burnett (dans, le Bitcoin Magazine, le 21 février 2022), c'est le principal « talon d'Achille » du Bitcoin : il a désormais trop de besoin de densité de puissance de hachage dans un trop petit nombre de fermes de minage (lesquelles sont en outre de plus en plus coûteuses). Ainsi, Atlas Power veut avant fin 2023, pour 1,9 milliard de dollars, construire une capacité de minage d'environ 750 mégawatts (MW) sur des serveurs d'une capacité d'au moins 150 téra par seconde (TH/s), à Williston dans une zones aride et froide du Dakota du Nord, également connue pour l'exploitation de ses schistes bitumineux. La ville a du se doter en 2014 de 112 MW de production électrique supplémentaire (d'origine fossile) et les mineurs y demandent 750 mégawatts supplémentaires.
Ce type de 'recentralisations' associé à une hyperconsommation électrique expose massivement le bitcoin au risque d'attaque du Système entier, par simple déni de fourniture d'électricité. Et d'autres facteurs de recentralisation s'ajoutent à celui ci (géopolitique, juridictions, type de sources d'énergie, taille des fermes de minage, nature et propriété des « pools miniers », ou encore l'origine des puces électroniques, ajoutait B. Burnett en février 2021).

En effet, la demande électrique d'une blockchain varie de plusieurs ordres de grandeur selon son architecture, sa taille, son type de matériel de minage et la valeur prise par une cryptomonnaie. Or, pour le Bitcoin, Satochi a choisi le mode de sécurisation énergétiquement le plus couteux, et ne pouvant que devenir de plus en plus énergivore au fur et à mesure que le Bitcoin prendra de la valeur. Ceci a suscité la création de nombreuses fermes de minage coûteuses (en millions à plus d'un milliard de dollars par site pour les plus grosses), coûteuses en puces et matériels informatiques, et qui sont paradoxalement devenues très vulnérables aux risques d'attentats, de fermetures administratives ou plus simplement de coupures d'électricité de la part du fournisseur. La disparition d'une ferme de minage ne poserait pas de problème, mais, note Bob Burnett, une attaque coordonnée (simple coupure d'électricité) contre les fermes les plus importantes priverait le bitcoin des ressources énergétiques qui lui sont vitales pour maintenir un temps de traitement par bloc de la chaine (temps que Satochi a fixé à environ 10 minutes). Ce scénario de crise est d'autant plus crédible que les pools de mineurs ont concentré leurs fermes dans quelques pays accueillants mais dont plusieurs ont une gouvernance autoritaire et/ou sont politiquement instables (ex : Kazakstan, Russie, Géorgie) ou ont une monnaie faible (le bolivar vénézuélien a perdu 99,9% de sa valeur entre 2016 et 2018, et l'Etat limite l'approvisionnement du pays en devises fortes, ce qui a encouragé le minage de Bitcoin par des Vénézuéliens qui y voient un placement plus sûr que leur monnaie nationale). Aux États-Unis, les élus et communautés du Texas et du Nord-Dakota, du Kentucky, de l’Illinois, de Georgie se sont récemment (2021, 2022) montrés très accueillants pour les fermes de minage, mais celles-ci y seront dépendantes de ressources fossiles (électricité en grande partie issue du pétrole ou du gaz et donc très carbonée), et d'un réseau électrique fragile (black-out systémique) et vulnérable aux attaques terroristes dirigées et/ou à des catastrophes naturelles de plus en plus fréquentes, qui pourraient y mettre en péril le réseau minier. Bien que le climat ne soit pas favorable au minage, et l'électricité très carbonée, Rockland (Texas), grâce à une électricité bradée, a réussi à attirer la plus grande ferme de minage de bitcoins d'Amérique (exploitée par Whinstone U.S) . La Georgie, suite à un accord tripartite entre les entreprises de minage ISW Holdings, Bit5ive, et Bitmain, espère attirer 56 000 mineurs Bitmain avant octobre 2022, mais elle est en concurrence avec d'autres Etats qui offrent aux mineurs des avantages fiscaux, allant jusqu'à proposer une électricité détaxée pour les attirer.

Le diagramme-barre rouge (ci-contre) compare approximativement la consommation électriques de différents types d'architectures de blockchain. Il montre qu'il existe une énorme différence (de plusieurs ordres de grandeur) entre la faible consommation électrique engendrée par une transaction moyenne traitée par un serveur 'normal', et celle engendrée par des systèmes de blockchain, en particulier quand la chaine basée sur la Preuve de travail [Proof-of-Work], comme c'est typiquement le cas pour le Bitcoin qui est de très loin la cryptomonnaie la plus consommatrice d'énergie. Et son principe de fonctionnement la condamne intrinsèquement à le devenir plus encore au fur et à mesure que le bitcoin se développera et/ou prendra de la valeur).

La consommation des fermes de minage a été si intense au Kazakhstan en 2021, qu'elle y concurrencait les besoins domestiques, urbains et industriels en électricité causant des coupures de courant (selon le gouvernement le minage a fait augmenter la consommation électrique du Kazakhstan de 7% à 8% en un an ; ce qui a justifié des arrêts de livraison d'électricité aux mineurs de cryptomonnaies). L'exemple de la Chine continentale montre que le minage peut être subitement interdit dans un pays. En Chine avant cette interdiction, de nombreux "mineurs" déplaçaient leurs installations saisonnièrement : de la fin de l'automne au printemps («saison sèche») ils étaient dans les régions alimentées au charbon les plus stables (Xinjiang typiquement), puis en « saison des pluies », ils migraient vers des régions en surcapacités temporaires d'hydroélectricité (Sichuan typiquement) où l'électricité leur était fournie à bas coût.

La consommation d'une blockchain est très difficile à évaluer mineur par mineur car la blockchain s'appuie sur de très nombreux réseaux ouverts et distribués, où on ne connait ni le nombre précis de participants (qui peut en outre fluctuer à tout moment), ni les caractéristiques de leurs ordinateurs et serveurs, ni l'intensité de leur effort de minage, ni parfois les sources d'énergie qui ont permis la fabrication de l'électricité, et encore moins l'énergie grise nécessaire à l'ensemble du processus. De plus, les mineurs travaillant à résoudre les énigmes (puzzle) d'une blockchain de type bitcoin utiliseront des puces dédiées (« Application-specific integrated circuit » ou ASICS), spécialement adaptées au hachage cryptographique SHA256 retenu pour le Bitcoin, alors que - inversement - une monnaie numérique comme Ethereum a été conçu pour empêcher l'utilisation de tels circuits hautement dédiée à un minage spécifique.

Néanmoins, selon Vranken (2017) et Krause et Tolaymat (2018), les limites basses et hautes de la consommation directe d'énergie de toute blockchain PoW peuvent être assez finement évaluées, indirectement :

1. la limite inférieure du besoin énergétique du seul minage pour une blockchain PoW est liée à la difficulté des énigmes cryptographiques et la fréquence à quelles elles sont solutionnées, deux paramètres connus ; on peut donc en déduire la valeur de la fréquence minimale de calculs ("hash-rate") nécessaire pour résoudre ces énigmes. À titre d'exemple, le 05 février 2020, les données extraites du Coinmarketcap (2020) et Coinswitch (2019) montrent qu'au moins 6,8 GW ont été nécessaire ce jour là, (ce qui correspondrait à un besoin annuel d'au moins 60 TWh, chiffre redescendu à 54.02 TWh au 19 mars 2021 ; attention ; il s'agit de la fourchette basse de l'estimation, la fourchette haute étant de 319.40 TWh). Cette méthode peut être utilisée pour calculer le besoin considéré sur d'autres périodes de temps.
2. la limite supérieure des besoins énergétiques du processus de minage pour une blockchain PoW peut aussi être approchée : si les mineurs sont rationnels et ne travaillent pas à perte (c'est à dire que les revenus attendus du minage restent supérieur aux coûts associés, notamment lié au prix de l'électricité) :

Pour O'Dwyer & Malone (2014), les systèmes fondés sur la blockchain avec preuve de travail sont des « gouffres énergétiques ». Et l'utilisation de la preuve de travail induit une consommation d'électricité et de temps de calcul (et donc une mobilisation de serveurs ou de réseaux d'ordinateurs individuels) qui croît exponentiellement dans le monde ; ce pourquoi la Banque des règlements internationaux (la « banque des banques centrales ») a critiqué le système des validations par preuve de travail nécessaire à la blockchain ; système qualifié de « désastre environnemental » par Hyun Song Shin en juin 2018.

En 2015, Nicholas Weaver (International Computer Science Institute ; université de Californie à Berkeley), après avoir examiné la sécurité en ligne de la blockchain et l'efficacité énergétique du système de la « preuve de travail » utilisé par les blockchains conclut dans les deux cas, que ces solutions sont « totalement inadéquates ».

En 2017, les analystes de l'énergie et de la blockchain s'inquiètent de la possibilité d'une « tempête parfaite » car alors que les gains d'efficacité énergétique du matériel de minage ralentissent, la valeur du bitcoin et les transactions en bitcoin augmentent (ce qui accroit considérablement le besoin de minage et donc d'électricité. Déjà certaines fermes de minage consomment autant d'électricité qu'une petite ville. Ce problème inquiète par exemple Michael Reed (responsable de la technologie blockchain chez Intel) ou Peter Fairley (Université de la Sapienza) qui compare Bitcoin à un sangsue qui aspire le contenu des réseaux électriques mondiaux, et qui ne pourra longtemps être maîtrisée par les gains rapides d'efficacité énergétique du minage. Ceci sera confirmé deux ans après par une autre modélisation (allemande) de divers scenarii possibles ; Beck et al. soulignent le besoin de données détaillée sur la consommation d'énergie des technologies blockchain.

En 2018, plusieurs étude réalertent sur les risques posés par le fait que Bitcoin et son fonctionnement sont intrinsèquement et intentionnellement conçus pour être très consommateurs d'électricité, ce qui le rend très émissifs en calories et contributeur aux émissions mondiales de gaz à effet de serre alors que les engagements internationaux sont à la décarbonisation. Il concurrence en outre d'autres usages de l'électricité. Toute ceci fait que « les grands avantages transactionnels, de confiance et de sécurité du Bitcoin sont éclipsés par la conception intentionnellement gourmande en ressources de son processus de vérification des transactions qui menace désormais le climat dont nous dépendons pour notre survie (...) au moment où les gouvernements du monde se démènent pour réduire la consommation d'énergie grâce à leurs engagements sur le changement climatique de l'Accord de Paris et au-delà pour atténuer les conséquences du changement climatique pour l'avenir ».

En 2018, la puissance de calcul nécessaire à la résolution d'un puzzle Bitcoin a plus que triplé, entraînant conséquemment une forte croissance de la consommation d'électricité. Dans pour la Science, Jean-Paul DELAHAYE parle de « La folie électrique du Bitcoin ». Dans Nature Climate Change, Mora et al. (2018) montrent que si la tendance se prolonge en suivant le taux d'adoption d'autres technologies largement adoptées, alors « - à lui seul - Bitcoin produira assez d'émissions de CO2 pour pousser le réchauffement au-dessus de 2°C en moins de trois décennies ». Ce modèle est questionné en 2019 par Dittmar & A. Praktiknjo qui se demandent, eux, si ces émissions pourraient causer un dépassement de +2°C en 2100. Ces projections sont jugées invraisemblables et surestimant les émissions de CO2 de Bitcoin, au moins à court terme par Masanet & al. en sept 2019. Mora et al. répondent à leurs détracteurs en 2019

Selon le rapport (2018) de Cédric Villani, de manière générale « d'ici 2040, l'énergie requise pour les besoins en calcul devrait également dépasser la production énergétique mondiale. Les progrès de la blockchain pourraient également faire exploser nos besoins énergétiques. Il est donc capital de sensibiliser le plus grand nombre à ces enjeux et d'agir pour prévenir les pénuries ».

En 2019, Ethereum (avec une demande électrique de 0,6 à 3 GW) tend à rejoindre le niveau de consommation électrique de Bitcoin, et selon jade & al. (2019) en cas de croissance linéaire de la difficulté du bloc et d'augmentation sigmoïde de l'efficacité du matériel de minage consommera en environ 8 GW en 2025. En 2020, quatre chercheurs du Project Group Business and Information Systems Engineering (BISE) du Fraunhofer FIT, de Bayreuth en Allemagne et/ou du FIM Research Center de l'Université de Bayreuth, publie une revue d'étude sur le sujet. Ils y concluent que l'énergie actuellement consommée (i.e dans la décennie 2010 par les blockchain est « effectivement une quantité d'énergie qui peut être considérée comme disproportionnée par rapport à l'utilité réelle des devises ». Selon les auteurs, de nouvelles approches peuvent théoriquement diminuer les émissions des blockchain de plusieurs ordres de grandeur (par rapport aux blockchains PoW (Proof of work) de première génération), grâce à des « mécanismes de consensus alternatifs » (le « mécanisme de consensus » est le mécanismes qui permet d'arriver à un accord sur les nouveaux blocs à ajouter) mais soulignent les auteurs, « en plus du consensus, la redondance sous-jacente à tous les types de technologie blockchain peut rendre les solutions informatiques basées sur la blockchain considérablement plus énergivores qu'une alternative centralisée sans blockchain ». En effet la blockchain est basée sur le minage qui est récompensé par une somme en crypto-monnaie et des frais pour les transactions associées ; cette somme est proportionnelle au prix de la crypto-monnaie sur le marché. Ceci fait que :

• plus la blockchain s'allonge et intègre de nouveaux blocs, plus elle consomme de l'énergie ;
• plus une crypto-monnaies prend de la valeur sur les marchés financiers, plus le minage (PoW) est encouragé, minage qui est la clé de l'inviolabilité dusystème, mais qui est par nature très consommateur d'énergie. Via une boucle de rétroaction positive simple : plus une crypto-monnaie PoW prend de la valeur, mieux elle est protégée contre les attaques, mais avec comme effet pervers une consommation d'énergie supplémentaire et potentiellement exponentielle. Sedlmeir & al (2020) insistent sur cet aspect : « Il est essentiel de noter que la forte consommation d'énergie des blockchains PoW n'est ni le résultat d'algorithmes inefficaces ni d'un matériel obsolète. Il est frappant de constater que ces blockchains sont "énergivores par conception" », pour réduire la vulnérabilité à l'attaque des 51 % notamment.

Le Kazakhstan, devenu second pays plus gros mineur de bitcoin au monde (après l'interdiction du minage et commerce des cryptomonnaies en Chine qui abritait fin 2020 plus de 60% du minage mondial rien que pour le bitcoin) avec en 2021 18% de l'activité mondiale, juste derrière les Etats-Unis (35%) et devant la Russie (11%) selon l'Université de Cambridge qui a mis en ligne un calculateur évaluant la demande de puissance électrique du réseau Bitcoin (donnée mise à jour chaque 24 heures). D'après un documentaire (RTS, 2021), les 50'000 machines de minage alors installées dans l'un des plus gros centres de minage du pays (installé sous huit hangars près de la ville d'Ekibastouz en Climat continental humide où la température moyenne mensuelle ne dépasse pas 22°C en été, et directement alimentées en électricité haute-tension par la centrale à charbon locale) consommaient l'équivalent d'une ville d'environ 100'000 habitants ; dans ce pays seule environ 2% de l'électricité est d'origin renouvelable.

En 2022, le minage du Bitcoin, nécessite autant d'énergie que l'ensemble de la Thaïlande, et selon la FAQ d'Ethereum : « ppar exemple, on estime que Bitcoin et Ethereum brûlent plus d'un million de dollars de coûts d'électricité et de matériel par jour dans le cadre de leur mécanisme de consensus ». Dans tous les cas, le sharding, implique cependant toujours une intensité de charge de vérification des transactions proportionnelle au montant de capital investi et donc une consommation croissante d'énergie.

Aspects juridiques

La chaîne de blocs pose des questions d'ordre juridique. Ces questions portent sur différents points : le droit de la concurrence, le droit à la vie privée, le droit de la propriété intellectuelle, le droit du contrat ainsi que la gouvernance de la chaîne.

En particulier, les blockchains avec une gouvernance publique fonctionnent sans tiers de confiance, correspondant à une forme d'idéalisme communautaire. Elles se différencient des blockchains de consortium où les nœuds participant au consensus sont définis à l'avance, comme dans le projet R3.

Une blockchain privée fonctionne avec un cadre établi dont les règles éventuellement extrinsèques au code régissent le fonctionnement, alors que la blockchain publique ne définit pas d'autre règle que celle du code constitué par la technologie protocolaire et logicielle qui la compose.

Divers auteurs, dont par exemple la juriste et militante d'Internet Primavera De Filippi (du CNRS et du « Berkman Klein Center for Internet & Society » de l'Université de Harvard) et Samer Hassan en 2018, appellent à une régulation, à passer du stade « code is law » à un stade « law is code ». Mais les changements juridiques pourraient être considérable. Rien que pour le secteur de l'énergie, une étude faite par PwC, commandée par la représentation des consommateurs de Rhénanie-Nord-Westphalie (Verbraucherzentrale NRW) a conclu que créer un cadre légal et politique favorable à la massification de la blockchain dans ce secteur nécessiterait de significativement changer la législation actuelle.

En 2018 un rapport de la CNIL a estimé que la blockchain ne pose pas a priori problème, si ce n'est concernant droit à l'effacement des données personnelles, imposé par le règlement général sur la protection des données.

Atteintes à la protection de la vie privée et des données personnelles

À la croisée de la théorie archivistique, de la [vie gouvernance financière et du droit émergeant de la Gouvernance d'Internet et de celle de l'information numérique, la blockchain pose des problèmes juridiques nouveaux, en particulier par ce que :

• Sauf défaillance générale de l'Internet, chaque bloc de la blockchain, une fois validé par les mineurs, est inaltérable pour l'éternité (il ne peut donc pas non plus être corrigé, ce qui est contraire au droit à l'oubli). Cette assertion est théorique, en réalité cela est difficile mais possible dès que la majorité des mineurs accepte de modifier la chaine, comme cela s'est par exemple fait pour TheDAO après qu'un attaquant ait volé des millions d'Ethers en profitant d'une vulnérabilité du code de contrats intelligents ;

• une blockchain n'a pas d'autorité régulatrice interne (son code informatique est sa seule loi, ni de défenseur des droits, et elle semble souvent échapper aux Droits nationaux, bien que la Chine l'ait interdite.

• dans un système de type Bitcoin, les acteurs sont généralement identifiés par des pseudonymes et toujours par des adresse anonymisantes (suite de lettres et chiffres), et l'information liée à une transaction notée dans le registre décentralisé ne donne pas ou peu d'information sur le contexte général de l'échange. Si l'information (avant ou après validation du bloc qui la contient) n'est pas directement accessible pour le grand public, elle l'est, de manière illimitée, pour les mineurs (« chaque pair du réseau possède sa copie de la blockchain »). La facilité d'accès à la quantité d'informations personnelles et de métadonnées stockées dans le « grand livre » de la blockchain est en outre très « asymétrique », car il faut les logiciels et les compétences nécessaires pour les retrouver.

• La blockchain peut formellement prouver qu'une donnée ou information spécifique a bien été enregistré à un moment T, mais elle qui n'indique rien de sa véracité du fond ou de l'honnêteté de la transaction ainsi mémorisée. Il a été proposé d'enregistrer tous les diplômes, les droit d'auteurs ou brevets dans des blockchains, mais un diplôme acquis par tricherie non détectée ou une oeuvre volée ou plagiée, un brevet malhonête y seront intégrés de la même manière qu'un diplôme honnêtement acquis ou une oeuvre originale ou un brevet justifié. De même manière une erreur judiciaire pourrait être quasi-définitivement inscrite dans une blockchain enregistrant les actes de justice. L'enregistrement foncier ou notarial dans un pays en développement ne disposant pas encore de cadastre précis aurait les mêmes limites : selon une étude publiée en 2016, un cadastre numérique sur blockchain - même bénéficiant d'une architecture de sécurité appropriée et de contrôles de gestion de l'infrastructure - « ne garantit pas la fiabilité des informations en premier lieu, et aurait plusieurs limites en tant que solution à long terme pour maintenir des enregistrements numériques fiables ».

En tant que registre, la blockchain doit se conformer au RGPD, mais ses caractéristiques intrinsèques la font aussi entrer en conflit direct avec la protection de la vie privée et la protection des données, et en particulier avec :

• certaines exigences du Règlement général sur la protection des données (RGPD) (qui impose une obligation de résultat et non de moyens, restant « neutres sur le plan technologique »).
  La blockchain n'est pas un moteur de recherche, elle n'est donc pas juridiquement soumise au droit à l'oubli, mais ses interfaces d'accès (dès qu'elles relient une identité à une transaction) pourrait l'être. Cependant, la conception d'une blockchain y rend intrinsèquement impossible toute suppression d'un contenu faux, illicite ou inadéquat stocké dans un des blocs de la chaine, sauf par une action coordonnée de la majorité des noeuds individuels, ce qui semble difficile dans le cas de grandes chaines et alors qu'il n'y a - par principe - aucun acteur central. Ainsi, personne n'est tenu responsable de la non-application du droit à l'oubli dans la blockchain, observait Jude C. Umeh en 2016, sauf à considérer que l'ensemble des mineurs et/ou les concepteurs du logiciels en soient responsables.  ;
• « le droit de déréférencement aussi dit droit à l'oubli » (droit inscrit dans le droit européen qui permet la correction d'informations inexactes, inadéquates ou excessives, pour permettre le pardon et la réhabilitation) ; impacts socio-environnementaux et empreinte carbone des grandes crypto-monnaies, etc.), des sujets qui intéressent de nombreux investisseurs soucieux des implications éthiques et des impacts environnementaux de leurs choix d'investissement. Selon Primavera de Filippi et Michel Reymond, une blockchain comme celle de Steem.it, qui met plus directement en relation des identités aux informations qu'elle "fige" pourrait être soumise au droit à l'oubli.

Fonctionnement

La preuve de travail, méthode historique de consensus

La chaîne de blocs est une forme de mise en œuvre de la solution du « problème des généraux byzantins ». Ce problème mathématique consiste à s'assurer qu’un ensemble de composants informatiques fonctionnant de concert sait gérer des défaillances (ou malveillances) et arrive à produire un consensus. Le système doit pouvoir maintenir sa fiabilité dans le cas où une part minoritaire des composants enverrait des informations erronées (bug) ou malveillantes (hack), comme dans le cas d'une cryptomonnaie, pour contourner la vérification de la double dépense par les mineurs du réseau (la double dépense consiste à réaliser deux paiements simultanément : un vers soi-même et un autre vers une victime ; l'objectif est de voir le paiement vers la victime inscrit dans la chaîne de blocs suffisamment longtemps pour tromper la victime mais inscrit de sorte qu'il finisse par être entièrement remplacé par le paiement vers soi-même).

La méthode historique pour aboutir à ce type de consensus est « la preuve de travail » (proof of work). Cette méthode utilise un problème mathématique dont la solution permet de vérifier que le « mineur » a bien réalisé un travail. Le protocole utilise un système cryptographique fondé sur un système décentralisé de preuves : la résolution de la preuve nécessite une puissance de calcul informatique élevée, fournie par les mineurs. Les mineurs sont des entités dont le rôle est d’alimenter le réseau en puissance de calcul, pour permettre la mise à jour de la base de données décentralisée. Pour cette mise à jour, les mineurs doivent confirmer les nouveaux blocs en validant les données. Dans le cas du bitcoin et dans le cas d'ajout de blocs à la chaîne, il faut résoudre un problème de cryptographie par force brute pour pouvoir ajouter un nouveau bloc. Selon la « difficulté » de la chaîne au moment de la résolution, celle-ci peut nécessiter de répéter plusieurs centaines de milliards de fois la même opération. Dans le cas du bitcoin, un mineur est uniquement rémunéré pour son travail fourni s'il a été le premier à résoudre le problème cryptographique.

Une concurrence existe entre les mineurs pour l'ajout de nouveaux blocs, mais aussi une certaine solidarité. N’importe qui peut prêter sa puissance de calcul pour miner, mais plus les mineurs sont nombreux plus la « difficulté » est élevée et plus la résolution du problème cryptographique est difficile. Réciproquement, si des mineurs arrêtent de miner, la difficulté diminue. Le protocole peut devenir quasi-inviolable dès lors qu’aucun groupement de mineurs ne devient majoritaire (empêchant ainsi l'attaque des 51 %).

Parmi les écueils associés à cette méthode figurent : le temps de latence nécessaire pour valider une transaction et le gain décroissant des mineurs. La consommation importante d'énergie liée à cette méthode est aussi pointée. Face à ces constats, la communauté « blockchain » débat de l’utilisation de méthodes de consensus qui ne seraient plus la preuve de travail mais par exemple la preuve de participation.

Autres méthodes de consensus

Plusieurs entités utilisent d'autres méthodes de consensus. Ainsi, la cryptomonnaie Peercoin utilise un mélange entre la « preuve de travail » (proof of work) et la « preuve de participation » (proof of stake), c'est-à-dire qu’elle adapte la difficulté du travail en fonction de la « part » de chacun des nœuds. La « participation » étant définie comme le produit du nombre de peercoins détenus et de l’âge de chacun de ces nœuds. Plus la participation est élevée, plus la difficulté de la fonction de hachage est réduite (le hachage permet de réduire un ensemble de données par un procédé cryptographique. Il régit le système proof-of-work. Les hashs sont simples à vérifier mais très difficiles à résoudre) ; ceci réduit mécaniquement la consommation d'énergie des algorithmes de minage (SCRYPT ou SHA-256) nécessaires à la création de monnaie.

Ethereum, qui utilise la méthode de « la preuve du travail », a annoncé en 2015 sa décision de migrer progressivement vers la preuve de participation en 2018 ou 2019.

Le Burstcoin utilise, lui, une preuve de stockage (PoC, proof of capacity), où des disques durs stockent des « tracés », dont la présence est prouvée en y accédant. Ce protocole se distingue par sa faible consommation électrique.

Gouvernance

Il est important de noter que la notion de Loi dans les blockchains ne doit pas être comprise au sens des lois législatives (votées par un parlement d'une nation par exemple), mais d'une loi interne au processus de la blockchain, géré par la gouvernance de cette blockchain. La phrase usuelle Code is law régulièrement utilisée comme règle de gouvernance des blockchains ne se réfère donc pas aux lois nationales ou internationales, mais uniquement aux « règles de gouvernance » édictées et applicables à la Blockchain. Dans ce cas, ces lois ne sont souvent que des codes et algorithmes informatiques, afin que les règles édictées puissent être vérifiées par les mineurs lors des sessions de vérification des transactions. Toute transaction qui respecte les codes est acceptée dans la blockchain, sinon, la modification est rejetée, sans intervention humaine de la gouvernance (sauf exception).

Plusieurs modes de gouvernance sont possibles :

• Un mode « ouvert » (tout le monde peut lire et écrire les registres de la chaîne). Dans ce cas, en règle générale, la loi applicable à la chaîne est la loi (code algorithmique) désignée par les parties.
• Un mode « semi-fermé » (seul un organisme central peut écrire, mais l'accès en lecture est plus libre). Cela peut être utilisé pour les fonctions dévolues aux États (cadastres…) ou aux institutions gérant une donnée sécurisée (traçabilité alimentaire…). Dans ce cas, les règles sont plus libres, l'organisme central ayant la main sur les aspects techniques de validation de la Blockchain.
• un mode fermé (seul un organisme central peut écrire, personne ne peut lire sauf cet organisme). Dans ce cas, l'intérêt réside dans la robustesse théorique et la traçabilité du processus, qui n'a pas besoin d'être (ou ne doit pas être) public, mais qui a besoin de cette sécurité. À noter que dans ce cas, il reste vulnérable à une attaque des 51 %, du fait de la non-décentralisation, et de la non-publication.

Une gouvernance ouverte ne signifie pas pour autant une absence de gouvernance. Dans le cas du Bitcoin, qui représente 50 % de la totalité de la valeur des cryptomonnaies en circulation au 18 août 2018, la gouvernance est assurée par la communauté, de manière décentralisée. La décentralisation est un apport majeur de la blockchain et par ricochet, des crypto-monnaies. Il y a un wiki (ouvert en 2010, qui contient plus de 1 500 pages au 18 août 2018), des forums de discussion IRC consacrés à la gouvernance, à la technique, etc., et même un protocole d'urgence en cas de piratage ou de bug avéré. Bien sûr, ce qui est disponible pour le Bitcoin n'est pas forcément disponible ou applicable pour les autres cryptomonnaies, en particulier les plus récentes et/ou les plus confidentielles.

Organisation

Les chercheurs en sciences de gestion étudient le rôle des chaînes de blocs pour soutenir les différentes formes de collaboration. Les chaînes de blocs peuvent favoriser à la fois la coopération (c’est-à-dire la prévention des comportements opportunistes) et la coordination (c’est-à-dire la communication et le partage d’information). Grâce à la fiabilité, la transparence, la traçabilité des enregistrements et l’immuabilité de l’information, les chaînes de blocs facilitent la collaboration d’une manière qui diffère à la fois de l’utilisation traditionnelle des contrats et des normes relationnelles. Contrairement aux contrats, les chaînes de blocs ne s’appuient pas directement sur le système juridique pour faire respecter les accords. En outre, contrairement à l’utilisation de normes relationnelles, les chaînes de blocs ne nécessitent pas de confiance ou de relations directes entre collaborateurs.

Transactions

Dans l'univers des blockchains, on appelle « transaction » toute opération consistant à modifier l'état de la blockchain, et donc à ajouter de nouvelles données qu'elle stockera de façon irréversible. Il peut s'agir :

• d'échanges entre les utilisateurs (un utilisateur A envoie x jetons à un utilisateur B) ;
• d'exécutions d'opérations par un smart contract (ex : exécution d'un smart contract sur la blockchain Ethereum), sur demande d'un utilisateur ou d'un autre smart contract.

Originellement, avec le réseau Bitcoin, les transactions n'étaient que du premier type puisqu'il était seulement possible d'envoyer une quantité de jetons « bitcoins » à une autre adresse. Le terme « transaction » a donc maintenant une acception beaucoup plus large et se rapproche davantage du concept de transaction informatique, qui consiste à interagir avec une base de données (pour écrire, modifier ou lire des données).

Blocs

Les différentes transactions enregistrées sont regroupées dans des blocs. Après avoir enregistré les transactions récentes, un nouveau bloc est généré et toutes les transactions vont être validées par les mineurs, qui vont analyser l'historique complet de la chaîne de blocs. Si le bloc est valide, il est horodaté et ajouté à la chaîne de blocs. Les transactions qu'il contient sont alors visibles dans l'ensemble du réseau. Une fois ajouté à la chaîne, un bloc ne peut plus être ni modifié ni supprimé (théoriquement), ce qui garantit l'authenticité et la sécurité du réseau.

Chaque bloc de la chaîne est constitué des éléments suivants :

• plusieurs transactions ;
• une somme de contrôle (« hash »), utilisée comme identifiant ;
• la somme de contrôle du bloc précédent (à l’exception du premier bloc de la chaîne, appelé bloc de genèse) ;
• une mesure de la quantité de travail qui a été nécessaire pour produire le bloc. Celle-ci est définie par la méthode de consensus utilisée au sein de la chaîne, telle que la « preuve de travail », ou « preuve de participation ».

Adresses

Dans une blockchain, chaque utilisateur possède un portefeuille, représenté par une adresse publique (une « clé publique »). Celle-ci peut être comparée à l'adresse d'un compte bancaire, qui permet à n'importe qui d'y envoyer des fonds via un virement.

Le propriétaire d'une adresse peut manipuler celle-ci à travers l'utilisation de sa clé privée, elle-même généralement dérivée d'une phrase mnémotechnique (suite de plusieurs mots, aussi appelée "seed phrase", dépendant de l'algorithme utilisé).

Par exemple, sur la blockchain Ethereum, l'adresse "0x8F3e32453A32C412D2ff51C3b4A25Db618469842" peut être manipulée par son propriétaire grâce à l'utilisation de la seed phrase suivante : crime guard diary maple around goat prepare affair equip gun wasp evidence, ou encore de la clé privée "0xef1a0ca2d3de28e2945f76eb314d90d564e3bb232f833bbe846629e5e6856c73".

Applications

Cryptomonnaie

L'application phare de cette technologie est celle des cryptomonnaies comme l'est par exemple le bitcoin, qui est toutefois loin d'être la seule monnaie virtuelle : il en existe de multiples autres comme Ether, Monero, et des dizaines d'autres plus ou moins confidentielles.

Applications envisagées

Au-delà de son aspect monétaire, cette technologie de stockage décentralisé d'informations pourrait avoir de multiples applications nécessitant une sécurisation des échanges sans passer par un organisme centralisateur, ou une traçabilité infalsifiable, comme :

• des applications basées sur les contrats intelligents, permettant d'échanger toutes sortes de biens ou de services ;
• des moyens de réduire les coûts de paiement et les coûts de transaction. Les banques internationales ont fait des annonces en 2015 sur ces sujets. Vingt-cinq d'entre elles ont par exemple signé un partenariat avec une société américaine R3 pour l’utilisation de blockchains dans les marchés financiers. Citibank a également annoncé son souhait d'émettre sa propre cryptomonnaie, le Citicoin. De même, en avril 2015, la banque UBS a ouvert à Londres son propre laboratoire de recherche voué à l'étude de la technologie blockchain et à ses applications dans le domaine financier. À travers ces recherches et ces consortiums, les banques espèrent mettre en place une technologie basée sur la blockchain qui deviendra une référence au sein du domaine bancaire. En effet, le consortium ou la banque qui parviendra le premier à sortir une technologie éprouvée sera à même de facturer son propre service auprès des autres acteurs du domaine financier ;
• des moyens d'améliorer leurs systèmes prédictifs dits « d'oracles », pour les assurances notamment ;
• le développement d'assurances peer-to-peers ;
• la traçabilité des produits de la chaîne alimentaire.

Financement participatif

En termes de financement participatif, le blockchain a permis la mise en place d'ICO (initial coin offering), qui permet des levées des fonds extrêmement rapides.

Administration

La technologie est développée au Ghana par l'ONG Bitland pour créer un cadastre virtuel. Un projet similaire avait été envisagé un temps au Honduras mais n'avait finalement pas abouti. La Géorgie a également annoncé une expérimentation de cadastre sur la blockchain en partenariat avec la start-up bitcoin BitFury, de même que la Suède avec la start-up ChromaWay.

Le groupe industriel General Electric a choisi d'investir dans une start-up baptisée Xage qui exploite la blockchain pour créer des empreintes numériques des machines industrielles et ainsi identifier et sécuriser chaque machine d'un réseau électrique.

En Europe, la technologie blockchain est envisagée pour des applications notariales, de gestion des diplômes ou de l'identité numérique.

Identification et dérives possibles

Dès les premières années, des experts mettent en garde contre une possible sur-utilisation des blockchains. Par exemple, en 2018, le National Institute of Standards and Technology (USA) présente un rapport indiquant que de nombreux problèmes restent mieux résolus avec des bases de données ou de simples emails.

Le système blockchain est également utilisé pour offrir un système de stockage des informations qui préserve la vie privée et la place entre les « mains des utilisateurs » plutôt que d'une tierce partie et pour contourner la censure des systèmes centralisés comme Google/ Youtube. Par exemple, les navigateurs brave cofondé par Brendan Eich ou dissenter, ou la plateforme de vidéos Verasity.

La technologie blockchain peut être aussi bien utilisée pour lutter contre la contrefaçon de biens physiques, comme pour la traçabilité de bouteilles de vin, qu'en matière d'identification des personnes physiques.

Initiatives à travers le monde

En Europe

Le Parlement européen a validé en mai 2016 la création d'un groupe de travail chargé de surveiller la blockchain et les crypto-monnaies. Ce groupe sera piloté par la Commission européenne, il a pour objectif de surveiller ces technologies et recommander des mesures législatives. Le 1^er février 2018 la Commission européenne lance, avec le soutien du Parlement européen, l'Observatoire-forum des chaînes de blocs de l'UE. Ses missions sont de mettre en lumière les grandes évolutions de la technologie des chaînes de blocs, d'encourager les acteurs européens dans ce secteur et d'aider à renforcer l'engagement européen auprès de plusieurs parties prenantes actives dans ce domaine.

En France

En décembre 2015, la Caisse des Dépôts a lancé une initiative avec de grands acteurs financiers, institutionnels et start-ups du secteur (dont Allianz, BNP Paribas, BPCE, Crédit Agricole, AXA, CNP Assurances, Croissance Plus, Blockchain Solutions, Paymium et Ledger) pour tester des cas d'usage.

Le gouvernement a lancé des consultations sur un cadre dérogatoire permettant d'expérimenter la chaîne de blocs sur les bons de caisse puis le ministre de l'Économie, de l'Industrie et du Numérique a annoncé le 29 mars 2016 une adaptation de la réglementation de la chaîne de blocs au marché des bons de caisse. Malgré « l’engouement planétaire » tel que le décrit le magazine L'Expansion, en 2016, la France semble timide face au principe de la chaîne de blocs.

En juin 2016, plusieurs députés français ont proposé deux amendements qui font référence à la chaîne de blocs auprès du Parlement français, dans le cadre de la loi Sapin sur la transparence financière et la lutte contre la corruption, mais ceux-ci ont été rejetés. Le gouvernement lui-même a déposé un amendement relatif aux titres non cotés qui a été, lui, accepté.

Fin 2017, le conseil des ministres a adopté une ordonnance facilitant la transmission de certains titres financiers non cotés au moyen de la technologie de la chaîne de blocs, une première en Europe selon Bercy. La modification du code monétaire et financier ouvre la possibilité d'une sécurisation juridique du développement de la technologie et de l'usage de la chaîne de bloc sous la dénomination « dispositif d'enregistrement électronique partagé ».

Début 2018, l'Assemblée nationale a créé une mission d'information sur la chaîne de blocs, regroupant 17 députés (LREM pour la plupart) venant de trois commissions permanentes (affaires économiques, lois et finances) ; le président en est Julien Aubert et Jean-Michel Mis et Laure de la Raudière sont corapporteurs. C'est une initiative de Laure de La Raudière qui en 2017 a proposé deux amendements qui auraient pu autoriser le Quai d'Orsay à expérimenter la chaîne de blocs pour la dématérialisation des actes d'état civil, et qui en 2016 avait - avec une dizaine d'autres parlementaires - souhaité donner une valeur probante aux enregistrements de transactions authentifiés par cette même chaîne de blocs. Cette mission inclut Paula Forteza (présidente du groupes d’études « Internet et société numérique » et ex-rapporteuse du groupe de travail « démocratie numérique »), ainsi que Éric Bothorel qui pilote le groupe parlementaire Économie numérique de la donnée, de la connaissance et de l’IA à l’Assemblée nationale.

Cette mission bénéficie depuis mars 2018 de l'appui de l'Office Parlementaire d'évaluation des choix scientifiques et technologiques, qui a constitué une mission courte sur les enjeux scientifiques et technologiques des chaînes de blocs dont les rapporteurs sont les députés Valéria Faure-Muntian (LREM) et Claude de Ganay (LR), et le sénateur Ronan Le Gleut (LR).

Un des aboutissements de ces missions parlementaires est le projet de loi PACTE qui inclut des dispositions relatives à la blockchain, texte voté en première lecture par l'Assemblée Nationale le 9 octobre 2018 et transmis au Sénat.

En septembre 2018, l’artiste Richard Texier crée la première œuvre d’art adossée à une chaîne de blocs. Pour la première fois depuis l’invention du système, Elastochain code un concept artistique (l’Elastogenèse) sur Ethereum, dans l'intention d’unir art et technologie.

Le 5 mai 2018, l'Institut d’études indépendant Odoxa a réalisé un sondage au sujet de la vision de la blockchain par un échantillon de 1 018 personnes représentatif de la population française âgée de 18 ans et plus. 74 % des répondants ont indiqué qu'ils n'avaient jamais entendu parler de la blockchain. De plus, 67 % des sondés se montrent méfiants à l'égard de la technologie et n'a convaincu que 13 % des répondants.

En Allemagne

Le 28 juin 2017, la Landesbank Baden-Württemberg (LBBW) et le constructeur automobile Daimler AG annoncent avoir utilisé pour la première fois la technologie blockchain pour exécuter une transaction financière.

Daimler a lancé un Schuldschein de 100 millions d'euros sur la durée d'une année dans lequel quatre banques d'épargne (dont la LBBW) ont agi à titre de prêteurs. L'ensemble de la transaction a été réalisé via la technologie blockchain en coopération avec les filiales informatiques respectives des deux protagonistes.

En Espagne

La banque BBVA étudie l’utilisation de la blockchain dans le cas des imports/exports entre l'Amérique et l'Europe.

En Suisse

Le canton de Genève mène un projet pilote pour la délivrance d'extraits électroniques du Registre du commerce avec l'Ethereum et dans le négoce des matières premières dans un partenariat public-privé. La ville de Zoug mène également un projet pilote pour développer une identité numérique auprès de sa population.

Aux Pays-Bas

Développement de projets collaboratifs régionaux (participation de Oskar van Deventer).

En Estonie

L’État a créé un système de e-résident fonctionnant avec la technologie blockchain.

Au Canada

Dans la province canadienne du Québec, la firme comptable Raymond Chabot Grant Thornton a annoncé en juillet 2017 le lancement, de catallaxy , un centre d’expertise portant sur la technologie blockchain (Bitcoin principalement) avec les experts du domaine, Jonathan Hamel, Francis Pouliot et Vincent Gauthier.

Le nom Catallaxy étant une référence à l'importance de l'ordre spontané et autres concepts de l'école autrichienne d'économie dans bitcoin.

En Asie

En Asie, un consortium réunissant l'Autorité monétaire de Singapour (MAS) et huit autres banques a été formé en novembre 2016 pour un projet pilote ayant pour but de mettre en place une plateforme reposant sur ce type de registre de transactions numérique décentralisé. Dans un premier temps, des banques pourront acheter une monnaie virtuelle sous le contrôle de la MAS. Cette monnaie pourra ensuite être utilisée soit pour des paiements interbancaires soit pour être échangée pour une monnaie réelle et non plus virtuelle. Une seconde phase prévoit d'inclure des transactions en devises étrangères.

En Israël

En 2017, la société israélienne Zim a mené une expérience de connaissement (Bill of Lading) numérique en utilisant la blockchain.

Voir aussi

Bibliographie

• Billal Chouli, Frédéric Goujon et Yves-Michel Leporcher, Les Blockchains : De la théorie à la pratique, de l'idée à l'implémentation, Epsilon, 2017 (ISBN 978-2-409-00523-7).
• Stéphane Loignon, Big Bang Blockchain : La seconde révolution d'internet, Tallandier, 2017 (ISBN 979-1021022683).
• Martin Della Chiesa, François Hiault et Clément Téqui, Blockchain - vers de nouvelles chaînes de valeur, Prospectives Accuracy, 2018 (ISBN 978-2-9564703-0-4).
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• Primavera De Filippi et Aaaron Wright, Bockchain & Droit - Le Règne du code, Dicoland, 2019, 475 p. (ISBN 978-2856083536).
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• Matthieu Quiniou, Blockchain, l’avènement de la désintermédiation, ISTE/Wiley, 2019, 134 p. (ISBN 978-1784056056).
• Matthieu Quiniou et Christophe Debonneuil, Glossaire Blockchain UNESCO, Les Éditions de l'immatériel, Chaire UNESCO ITEN, 2019, 60 p. (ISBN 979-10-91636-18-6, lire en ligne)
• (en) C. Mora, R. L. Rollinsand et al., « Bitcoin emissions alone could push global warming above 2 °C », Nature Climate Change, n^o 8,‎ novembre 2018, p. 931–933 (DOI 10.1038/s41558-018-0321-8)

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• Notices d'autorité :

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  • Tchéquie
• Notice dans un dictionnaire ou une encyclopédie généraliste :

  • Treccani
• Ressource relative à la santé :
  • Medical Subject Headings
• Stanislas de Quénetain, « Qu’est ce que la blockchain ? Une explication simple! » (Article explicatif et vidéos expliquant la blockchain en termes simples), sur blockchains-expert.com.
• « La "blockchain" expliquée à ta belle-mère en moins de trois minutes », sur Rue89 (version du 19 février 2016 sur Internet Archive).
  Article présentant une courte vidéo qui explique le principe des chaînes de blocs.
  Le lien vidéo est lui-même brisé dans la page de l'Archive. Disponible sur YouTube.
• Arnaud Guignant, « Blockchain : la base des cryptomonnaies » (article expliquant le principe et la finalité d'une blockchain), 1^er septembre 2021