Qu’est-ce qu’une chaîne de blocs et pourquoi est-ce important?

Nombres binaires et blocs (matejmo, iStockphoto)

Informatique, Mathématiques, Technologies et ingénierie

Parlons sciences

19 décembre 2022

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Découvre ce qu’est une chaîne de blocs et la façon dont elle est utilisée pour assurer la sécurité des données.

Dans le monde de la technologie en constante évolution, tu as peut-être entendu parler de ce qu’on appelle une chaîne de blocs. T’es-tu déjà demandé si cela impliquait des blocs et des chaînes? Peut-être pas. Mais si oui, tu avais raison! Cela implique EFFECTIVEMENT des blocs et des chaînes. Nous y reviendrons plus en détail plus loin…

La chaîne de blocs est la technologie qui se cache derrière la cryptomonnaie Bitcoin. Le bitcoin utilise toujours sa chaîne de blocs d’origine, mais il existe désormais d’autres versions de chaînes de blocs qui sont utilisées par d’autres cryptomonnaies. Les chaînes de blocs ne sont pas seulement utilisées pour les cryptomonnaies, elles servent aussi à protéger d’autres types de données numériques.

Comprendre la Blockchain en 7 minutes (2019) par Cryptoast (7 min 26 s)

Alors, qu’est-ce qu’une chaîne de blocs exactement? Une chaîne de blocs est une liste d’enregistrements numériques. Nous appelons les groupes d’enregistrements des blocs. Chaque bloc d’enregistrements est relié, ou «enchaîné», à d’autres blocs d’enregistrements. Les blocs sont sécurisés en ligne à l’aide de la cryptographie. Examinons en détail chacune des parties du système.

Les blocs peuvent être des groupes de n’importe quel type de données. Pour les bitcoins, les enregistrements dans les blocs sont des listes de transactions entre des personnes. Par exemple, voici une transaction:

La personne X donne 50 $ à la personne Y

Dans d’autres systèmes de chaîne de blocs, les enregistrements peuvent inclure des informations telles que la quantité de Wi-Fi qu’une personne utilise ou les arrêts qu’un produit effectue de l’usine au magasin. Pour ce document d’information, nous nous en tiendrons au système utilisé pour les bitcoins.

Une fois que les transactions d’un bloc ont été approuvées, celui-ci peut être «fermé» puis ajouté à la «chaîne». Dans l’image ci-dessous, les blocs violets ont été approuvés et ajoutés à la chaîne de blocs. Le bloc bleu doit encore être vérifié.

Shown is a colour diagram illustrating the links between approved blocks in blockchain. — Des blocs approuvés sont connectés par des chaînes. (©2023 Parlons sciences.)

Image - Version texte

On voit ici un diagramme en couleur qui illustre les liens entre des blocs approuvés dans une chaîne de blocs.

Quatre carrés sont disposés en ligne sur un fond blanc. Les trois premiers sont violets avec des coches vertes dans le haut. Ils sont reliés par des chaînes bleu sarcelle. Le quatrième carré est bleu, sans coche. Il n’est pas relié aux autres.

Comment les transactions sont-elles approuvées?

L’approbation de ce qui entre dans une chaîne est une partie importante de ce qui fait qu’une chaîne de blocs est un moyen sûr de partager des informations. Voyons comment cela fonctionne.

Tout d’abord, une transaction est demandée. Par exemple, cela peut être le cas lorsqu’une personne A souhaite envoyer des bitcoins à une personne B.
Les informations relatives à cette transaction sont placées dans un bloc ouvert (tu te souviens du bloc bleu ci-dessus?). Il s’agit d’un bloc qui n’est pas encore relié à la chaîne.
Le bloc est envoyé à d’autres ordinateurs dans un réseau. Nous appelons ces ordinateurs individuels des nœuds. Dans la plupart des chaînes de blocs, toute personne possédant un ordinateur peut être un nœud. Tout ce dont tu as besoin pour être un nœud est un ordinateur capable d’exécuter un logiciel spécifique.
Le réseau de nœuds (ou groupe d’ordinateurs) examine le bloc pour s’assurer que toutes les données de ce bloc sont valides. C’est ce que l’on appelle une preuve de travail ou un minage.
Les nœuds votent ensuite pour déterminer si les données sont valides. Si quelqu’un a essayé de falsifier les données, certains nœuds peuvent avoir des informations qui ne correspondent pas à celles des autres nœuds. Cela envoie un signal indiquant que quelque chose ne va pas. C’est ainsi que les nœuds trouvent les pirates informatiques et les personnes qui tentent de faire des doubles dépenses.
Si la majorité des nœuds conviennent que les données sont valides, le bloc peut alors être fermé et ajouté à la chaîne. Si un bloc est rejeté, il devient un bloc orphelin et la transaction reprend depuis le début.
Finalement, la transaction a été approuvée et la personne B peut accéder aux bitcoins que la personne A lui a envoyés.

Image - Version texte

On voit ici un schéma en couleur qui explique le fonctionnement d’une chaîne de blocs.

Le titre «Comment ça marche: chaîne de blocs» est écrit en lettres majuscules en haut au centre de l’image, entre deux petites illustrations rondes. L’illustration de gauche représente trois blocs rectangulaires reliés par des chaînes violettes incurvées. L’illustration de droite montre trois pièces d’or reliées par une bande bleu foncé et une bande violette. En dessous, sept étapes sont énumérées, sur un fond bleu foncé, chacune étant accompagnée d’une plus grande illustration ronde.

L’étape 1 se lit comme suit: « A veut envoyer de l’argent à B». L’illustration représente une pièce d’or étincelante estampée avec la lettre B, dans un portefeuille violet.

L’étape 2 se lit comme suit: «La transaction va dans un bloc ouvert». L’illustration est un cube violet, ouvert dans le bas et à l’avant.

L’étape 3 se lit comme suit: «Le bloc est envoyé à d’autres ordinateurs dans un réseau». L’illustration est un cube violet relié par des lignes bleues à quatre cubes dorés qui l’entourent. Les cubes dorés sont reliés par une ligne circulaire en pointillés.

L’étape 4 se lit comme suit: «Les nœuds vérifient si les données sont correctes». L’illustration présente un rectangle doré avec un signe de dollar blanc, et un rectangle bleu avec un signe de dollar et une coche. Ils sont reliés par une flèche incurvée bleue et une flèche incurvée violette qui forment une boucle continue entre les deux rectangles.

L’étape 5 se lit comme suit: «Les nœuds votent pour déterminer si les données sont correctes». L’illustration présente une pièce de monnaie en or estampée de la lettre B, au centre. Elle est entourée de sphères bleues et violettes sur des rayons, comme une roue. Des étoiles bleues, dorées et violettes sont dispersées autour.

L’étape 6 se lit comme suit: «Le bloc est fermé et ajouté à la chaîne». L’illustration montre trois blocs bleus rectangulaires avec des rayures blanches. Chacun d’eux a une coche dorée dans un coin. Ils sont reliés par des lignes violettes incurvées en pointillés et sont entourés d’étoiles violettes et bleues.

L’étape 7 se lit comme suit: «La personne B peut accéder à l’argent». L’illustration est une main bleue tenant une pièce d’or estampée de la lettre B et entourée d’étoiles dorées, bleues et violettes.

La technologie des chaînes de blocs est un moyen sûr de stocker des informations importantes pour ces raisons :

Le registre est partagé entre les nœuds afin que tous puissent voir toutes les transactions.
Personne ne peut modifier les données une fois qu’elles ont été approuvées et qu’elles se trouvent dans la chaîne de blocs.
Les nœuds doivent convenir que les données sont valides (c’est un peu comme une évaluation par les pairs!)

Image - Version texte

On voit ici un texte en noir sur un fond jaune.

Il est écrit:

Bloc: 0
Code de hachage:
0000000000000000000009a88b8d1d9fd73bf0386c07d0f5620e0e887c7495911f
Code de hachage précédent:
0
Temps: 2020-05-21 17:26:31
Transactions: 4
Nombre aléatoire: 2504433986

Le savais-tu?

Le premier bloc d’une chaîne de blocs est numéroté bloc 0. Nous l’appelons le bloc d’origine.

Tu te demandes peut-être ce qu’est un «code de hachage». Un code de hachage est un ensemble unique de chiffres et de lettres qui représentent le bloc. C’est comme une signature numérique pour les informations contenues dans le bloc.

Le code de hachage dans l’image ci-dessus est réel. Il a été généré à l’aide du générateur de codes de hachage SHA-256. Il s’agit du générateur de codes de hachage utilisé pour créer des codes pour Bitcoin.

Un générateur de codes de hachage est un algorithme qui convertit une chaîne de texte en une chaîne de caractères. La chaîne créée par le générateur de codes de hachage SHA-256 comporte toujours 64 caractères. Cela équivaut à 256 bits , d’où son nom. Le «SHA» signifie Secure Hashing Algorithm (algorithme de codes de hachage sécurisé).

Essaie ceci!

Tu peux placer n’importe quelle chaîne de texte dans le générateur de codes de hachage SHA-256 et générer un code. Essaie en utilisant ton nom et vois quel code de hachage tu obtiens !

L’un des aspects les plus intéressants des codes de hachage créés à l’aide de SHA-256 est que, jusqu’à présent, il n’existe aucun moyen de les décoder. En effet, si on tente de deviner le bon nombre, il existe 2256 possibilités (1,5 x 1077). Autrement dit, personne ne peut soumettre les 64 caractères à un algorithme et retrouver la chaîne de texte d’origine. C’est pour cette raison que Bitcoin n’est pas le seul à utiliser SHA-256 pour vérifier les identités, c’est-à-dire pour s’assurer que les gens sont bien ceux qu’ils prétendent être en ligne.

Un autre aspect intéressant est qu’il est pratiquement impossible pour quelqu’un de modifier les données d’un bloc. Si même le plus petit bit de données change dans un bloc, un code de hachage différent est automatiquement généré.

Par exemple, supposons qu’un ou une pirate informatique souhaite modifier les données du Bloc 1.

Image - Version texte

On voit ici une illustration montrant trois carrés de couleur avec du texte noir, reliés par une chaîne.

Le premier bloc, à gauche, est jaune. On y lit:

Bloc : 0
Code de hachage: 00000000000000000009a88b8d1d9fd73bf0386c07d0f5620e0e887c7495911f
Code de hachage précédent :
0
Heure : 2020-05-21 17:26:31
Transactions : 4
Nombre aléatoire : 2504433986

Une longue flèche noire pointe du code de hachage vers l’heure du bloc suivant. Ce bloc est relié par une chaîne noire au bloc suivant.
Ce deuxième bloc est sarcelle. On y lit :

Bloc : 1
Code de hachage: 000000000000000000026ae784d194a5760464348329af4eb9fca2b27bbf8237
Code de hachage précédent :
00000000000000000009a88b8d1d9fd73bf0386c07d0f5620e0e887c7495911f
Heure : 2020-06-21 15:26:31
Transactions : 3
Nombre aléatoire : 52444663986

Une longue flèche noire pointe vers l’heure dans ce bloc, et le numéro du code de hachage est en rouge. Une flèche rouge pointe du code de hachage vers l’heure située dans le troisième bloc. Un grand X rouge se trouve au-dessus de cette flèche, dans l’espace entre les deux blocs. Ce bloc est relié par une chaîne noire au bloc suivant.
Le troisième bloc est vert. On y lit :

Bloc : 2
Code de hachage: 65013dbf913a36cdabc6ac44df0fdbb0bb1197dd2deb4023f2767d778f2f1ad7
Code de hachage précédent :
000000000000000000065013dbf913a36cdabc6ac44df0fdbb0bb1197dd2deb0
Heure : 2020-06-22 08:05:15
Transactions : 2
Nombre aléatoire : 58024648

Il ou elle veut peut-être que la personne A donne 100 $ à la personne C plutôt que 10 $. Comme les informations contenues dans le bloc ont changé, son code de hachage aussi. Mais le Bloc 2 contient toujours l’ancien code de hachage du Bloc 1. Le Bloc 2 et tous les blocs qui suivent ne sont donc pas valides, car ils ne contiennent pas le même code de hachage que le bloc précédent.

Les nœuds et les mineurs et mineuses ont des rôles très importants à jouer. Les nœuds conservent une copie de l’ensemble de la chaîne de blocs et relaient les transactions. Les mineurs et mineuses vérifient ou contrôlent les données contenues dans les blocs en résolvant des problèmes mathématiques complexes – ils et elles contribuent au maintien de l’honnêteté du système. Sinon, n’importe qui peut s’emparer de ton argent. Pour vérifier un bloc, un «mineur» ou une «mineuse» combine la liste des transactions avec un nombre magique appelé «nombre aléatoire». Ce nombre permet de s’assurer que les mêmes données de transaction ne sont soumises qu’une seule fois afin d’éviter les doubles dépenses. Plus de mineurs et mineuses signifie une vérification plus rapide des transactions et moins de fraudes.

Image - Version texte

On voit ici un texte noir sur un fond jaune.

Le texte se lit comme suit :

Bloc : 0
Code de hachage :
0000000000000000000009a88b8d1d9fd73bf0386c07d0f5620e0e887c7495911f
Code de hachage précédent :
0
Heure : 2020-05-21 17:26:31
Transactions : 4
Nombre aléatoire : 2504433986

Une grande flèche noire pointe de la droite vers la séquence de chiffres de la dernière ligne.

Les mineurs et mineuses continueront de faire des hypothèses sur le nombre aléatoire jusqu’à ce qu’ils et elles en obtiennent un qui soit égal ou inférieur à une ligne cible définie. La ligne cible est déterminée par Bitcoin. Comme de plus en plus de mineurs et mineuses ont rejoint le jeu, Bitcoin a déplacé la ligne cible, rendant plus difficile de deviner le nombre aléatoire rapidement. Plus la valeur cible est basse, plus le mineur ou la mineuse doit répéter l’opération pour obtenir un résultat acceptable.

Le premier mineur ou la première mineuse qui trouve la bonne réponse valide la transaction et les données de la transaction, puis le bloc est fermé. Le mineur ou la mineuse reçoit un paiement pour la vérification de la transaction ainsi qu’une certaine quantité de bitcoins.

Image - Version texte

On voit ici une illustration montrant un texte noir sur des blocs bleus et violets.

Le titre «Tous les codes de hachage possibles» est écrit en majuscules en haut de l’image. En dessous, l’image est divisée en un carré bleu pâle et un rectangle violet. Les deux blocs sont séparés par une ligne pointillée noire.

Dans le carré bleu, le titre «Le plus grand» est inscrit en caractères gras en haut au centre. En dessous, en haut à gauche, se trouve un carré avec un X rouge, à côté du texte «Nombre aléatoire = 31». En dessous, à droite, se trouve un autre X rouge à côté du texte «Nombre aléatoire = 2935». En dessous, à gauche, un troisième X rouge se trouve à côté du texte «Nombre aléatoire = 813». En dessous, à droite, un quatrième X rouge se trouve à côté des mots «Nombre aléatoire = 36798». Sur le bord inférieur de la zone bleue, on peut lire: «Cible = 000000000000».

Dans la section rectangulaire violette, en haut au centre, se trouve une case avec une coche verte. À côté de cette case se trouvent les mots «Nombre aléatoire = 5180». Le long du bord inférieur de la zone violette se trouvent les mots «Plus petit».

Toutes ces suppositions nécessitent une grande puissance de calcul (et de l’énergie).

Le savais-tu?

La difficulté est ajustée à tous les 2016 blocs (toutes les 2 semaines environ) de sorte que le temps moyen pour ajouter des blocs est d’environ 10 minutes.

Shown is a colour photograph of a person using a smartphone and laptop, next to a series of silver boxes connected by red and black wires. — Matériel informatique pour le minage de bitcoins. (Source: eclipse_images via iStockphoto.)

Image - Version texte

On voit ici une photographie en couleur d’une personne utilisant un téléphone intelligent et un ordinateur portable à côté d’une série de boîtes argentées reliées par des fils rouges et noirs.

Les six boîtes sont sur un support sur le dessus d’un bureau en bois. Chacune est reliée par des câbles rouges et noirs à une autre boîte, en dessous, sur le bureau. À droite, on voit une personne de dos, assise au bureau. Elle tient un téléphone dans une main et utilise le pavé tactile d’un ordinateur portable argenté de l’autre. Les deux écrans sont remplis de lignes de texte sur fond noir.

Combien de temps faut-il pour faire le minage d’un bitcoin?

Bien que, techniquement, il faut environ 10 minutes pour faire le minage d’un seul bitcoin, cela n’est possible qu’avec des ordinateurs très puissants. Pour la plupart des gens, il faut environ 30 jours pour faire le minage d’un bitcoin. Donc, selon l’endroit où tu demeures, cela peut représenter toute une facture d’électricité!

La technologie des chaînes de blocs sera probablement encore davantage utilisée à l’avenir pour les situations où il est important de tenir correctement des registres. Cela inclut des choses comme le stockage de dossiers médicaux et de propriété, le traçage des chaînes d’approvisionnement et même le vote. Les chaînes de blocs ne sont pas sans inconvénient. Les ordinateurs qui exploitent les données consomment beaucoup d’électricité! Selon la façon dont l’électricité est produite, les impacts environnementaux peuvent être importants.

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