La preuve de travail (Proof of Work, ou PoW) est un protocole conçu à l'origine pour contrer les attaques visant à perturber le fonctionnement d'un système et pour bloquer les messages indésirables envoyés par courrier électronique, autrement dit le spam. Ses origines remontent à un article publié en 1993 par les informaticiens Cynthia Dwork et Moni Naor. En 1999, il est entré dans la littérature sous son nom actuel grâce aux travaux des chercheurs Markus Jakobsson et Ari Juels.
Lors du développement du PoW dans les années 1990, son usage le plus courant consistait à empêcher les manœuvres destinées à rendre des systèmes informatiques inopérants, en particulier les attaques DDoS (déni de service). Le protocole servait de la même manière à lutter contre le spam. Le 31 octobre 2008, il est apparu sous une forme radicalement différente de ses usages précédents, dans le whitepaper de Bitcoin publié par une personne — ou plusieurs — sous le nom de Satoshi Nakamoto. Le document intitulé « Bitcoin: Peer-to-Peer Electronic Cash System », qui a révélé la toute première cryptomonnaie, montrait comment un système de paiement fiable et une cryptomonnaie pouvaient exister grâce au protocole Proof of Work.
Traitée dans la quatrième section de ce document, la preuve de travail répond aux questions sur les raisons de la présence de ce mécanisme dans l'infrastructure de Bitcoin.
Comment fonctionne la preuve de travail
Bitcoin et de nombreuses autres cryptomonnaies sont des systèmes blockchain protégés par des réseaux de nœuds décentralisés. La mission principale de ces systèmes est d'assurer la pérennité et la continuité du réseau. On y trouve des acteurs appelés mineurs, chargés d'ajouter de nouveaux blocs à la blockchain. Cet ajout n'est possible qu'en résolvant des problèmes mathématiques complexes et, comme ces problèmes sont extrêmement difficiles, il faut des processeurs puissants.
Le premier mineur qui résout le problème et vérifie les transactions du bloc diffuse le résultat sur le réseau : il remporte alors la récompense en cryptomonnaie fixée par le réseau ainsi que les frais payés pour les transactions contenues dans ce bloc. Les transactions vérifiées par les mineurs et publiées sur le réseau sont inscrites dans un registre distribué appelé blockchain. Tous les utilisateurs connectés au réseau peuvent télécharger une copie de la blockchain et vérifier eux-mêmes l'ensemble des blocs validés.
Quels sont les avantages et les inconvénients du protocole Proof of Work ?
Protocole le plus répandu et le plus fondamental du secteur des cryptomonnaies, la preuve de travail entraîne des changements radicaux sur les plans technologique et économique en permettant à un système de paiement et à une monnaie de fonctionner sans autorité centrale. La puissance de calcul, par exemple, constitue l'un des mécanismes essentiels qui garantissent la sécurité des données sur le réseau. Grâce au protocole Proof of Work, une attaque contre le réseau Bitcoin ne peut réussir qu'à condition de s'emparer d'au moins 51 pour cent de la puissance de calcul du réseau. Compte tenu de la taille actuelle du réseau Bitcoin et de son immense puissance de calcul (hashrate), une telle attaque a très peu de chances d'aboutir. La puissance de calcul représente le nombre de tentatives que les processeurs du réseau peuvent effectuer en une seconde ; on peut la voir comme la force de vérification du réseau.
Si l'obligation de contrôler la majeure partie de la puissance de calcul pour prendre le réseau est considérée comme l'un des plus grands atouts du PoW en raison de la sécurité qu'elle procure, les spécialistes redoutent également qu'elle ne mène à une monopolisation. À un certain point, cet immense avantage devient donc l'un des plus gros inconvénients du protocole : les processeurs détenant la plus grande part peuvent en effet disposer du plus fort pouvoir de vote sur le réseau. Le principe de décentralisation, la caractéristique la plus importante du réseau Bitcoin, entre alors en contradiction avec les principes du réseau lui-même, car les plus puissants risquent d'acquérir facilement l'autorité.
Il est très peu probable que les pools de minage Bitcoin actifs s'emparent de 51 % de la puissance de calcul du réseau. En 2017, le pool de minage géré par Bitmain, fabricant de matériel de minage, était toutefois parvenu à atteindre 45 % de la puissance de calcul du réseau.
Parce qu'un système fondé sur le protocole PoW exige une forte puissance de traitement, il entraîne une consommation d'énergie très intense. Cette situation peut se traduire à la fois par des coûts élevés et par une utilisation irresponsable des ressources énergétiques.