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 (ou un) blockchain, ou chaîne de blocs[1],[2], 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, l'ensemble étant sécurisé par cryptographie, et formant ainsi une chaîne[3]. 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.
Une analogie avec l'Internet (TCP/IP) peut être dressée, car il s'agit dans les deux cas de protocoles informatiques sous-jacents à une infrastructure décentralisée. Internet transfère des paquets de données d'un point A à un point B, alors que la blockchain permet à la « confiance » de s'établir entre des agents distincts du système[4].
Sommaire
1 Aspects
1.1 Travaux antérieurs
1.2 Historiques et sociétaux
1.3 Environnementaux
1.4 Juridiques
2 Fonctionnement
2.1 La preuve de travail, méthode historique de consensus
2.2 Autres méthodes de consensus
2.3 Gouvernance
2.4 Transactions
2.5 Blocs
3 Applications
4 Initiatives à travers le monde
4.1 En Europe
4.2 En France
4.3 En Allemagne
4.4 En Espagne
4.5 En Suisse
4.6 Aux Pays-bas
4.7 Au Canada
4.8 En Asie
4.9 En Israël
5 Voir aussi
5.1 Bibliographie
5.2 Liens externes
6 Notes et références
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[5]. Ils voulaient mettre en application un système où les documents horodatés ne pourraient pas être falsifiés ou antidatés. En 1992, Bayer[Qui ?], 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[6].
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[7].
Historiques et sociétaux |
Beaucoup de monnaies virtuelles et de crypto-monnaies 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[8]. Les transactions sur une chaîne de blocs sont très difficiles à annuler parce que les chaînes de blocs sont résistantes aux changements[9].
Environnementaux |
Une étude réalisée en 2014 par deux chercheurs irlandais montre que les systèmes basés sur le concept de blockchain avec preuve de travail peuvent être qualifiés de gouffres énergétiques[10].
Cet inconvénient a été pris en compte dans le protocole Ethereum avec le remplacement prévu du procédé de minage de type preuve de travail par un minage de type preuve d'enjeu. La date de ce changement n'est pas encore fixée[11].
Juridiques |
La chaîne de blocs pose des questions d'ordre juridique[12]. Ces questions portent sur différents points : le droit de la concurrence[13], le droit à la vie privée[14], le droit de la propriété intellectuelle, le droit du contrat ainsi que la gouvernance de la chaîne[12].
En particulier, les blockchains avec une gouvernance publique fonctionnent sans tiers de confiance, correspondant à une forme d'idéalisme communautaire. Elle se différencient des blockchains de consortium où les nœuds participants 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.
Vis-à-vis du droit à la vie privée, la CNIL produit en 2018 un rapport indiquant que les blockchains ne sont pas a priori problématiques, sauf en ce qui concerne l'exercice du droit à l'effacement des données personnelles, faisant partie par exemple des principes de la RGPD[14].
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 par exemple 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[15]. 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 de 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[15]. Dans le cas de 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[4] (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[15]. 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 crypto-monnaie 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[16] (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[17].
Gouvernance |
Il est important de noter que la notion de Loi dans les blockchain 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 gouvernances" édictées et applicables à la Blockchain[12]. 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[12] :
- 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. A 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. Il y a un wiki (ouvert en 2010, qui contient plus de 1500 pages au 18 août 2018)[18], des forums de discussion IRC consacrés à la gouvernance, à la technique, etc.[19], et même un protocole d'urgence en cas de piratage ou de bug avéré[20]. 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.
Transactions |
Les transactions représentent les échanges entre les utilisateurs, qui sont stockés au sein des blocs de la chaîne de blocs.
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 »[21].
Applications |
L'application phare de cette technologie est celle des crypto-monnaies comme l'est par exemple le bitcoin, qui est toutefois loin d'être la seule monnaie virtuelle[22] : il en existe de multiples autres comme Ethereum, Bitcoin Cash, Monero, et des dizaines d'autres plus ou moins confidentielles.
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 par exemple :
- des applications basées sur les contrats intelligents, permettant d'échanger toutes sortes de biens ou de services[23] (ces contrats n'existent pas dans le Bitcoin mais sont appliqués à l'Ethereum, par exemple) ;
- des moyens de réduire les coûts de paiement et les coûts de transaction[15]. 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[24]. Citibank a également annoncé son souhait d'émettre sa propre cryptomonnaie, le Citicoin[25]. 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[26]. 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[27] ;
- des moyens d'améliorer leurs systèmes prédictifs dits « d'oracles », pour les assurances notamment[28] ;
- le développement d'assurances peer-to-peers[29].
- la traçabilité des produits de la chaîne alimentaire[30],[31]
- 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[32].
La technologie est développée au Ghana par l'ONG Bitland pour créer un cadastre virtuel[33]. Un projet similaire avait été envisagé un temps au Honduras[34] mais n'avait finalement pas abouti[35]. La Géorgie a également annoncé une expérimentation de cadastre sur la blockchain en partenariat avec la start-up bitcoin BitFury[36], de même que la Suède avec la start-up ChromaWay[37].
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[38].
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[14].
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[39]. Le 1er 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[40].
En France |
En décembre 2015, la Caisse des Dépôts a lancé une initiative avec de grands acteurs financiers, institutionnels et startups du secteur (dont Allianz, BNP Paribas, BPCE, Crédit Agricole, AXA, CNP Assurances, Croissance Plus, Blockchain Solutions, Paymium et Ledger)[41] 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[42]. 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[43].
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[44], mais ceux-ci ont été rejetés. Le gouvernement lui-même a déposé un amendement relatif aux titres non cotés qui a été, lui, accepté[45].
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[46]. 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 »[47].
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[48]. 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)[48]. 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[48].
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)[49],[50].
En septembre 2018, l’artiste Richard Texier crée la première oeuvre d’art adossée à une chaîne de blocs. Pour la première fois depuis l’invention du système, Elastochain code un concept artistique (l’élastogénèse[51]) sur Ethereum, dans l'intention d’unir art et technologie[52].
En Allemagne |
Le 28 juin 2017, la Landesbank Baden-Württemberg (LBBW)[53] et le constructeur automobile Daimler AG[54] 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[55].
En Suisse |
Le canton de Genève mène un projet pilote pour la délivrance d'extraits électroniques du Registre du commerce avec l'Ethereum[56] et dans le négoce des matières premières dans un partenariat public-privé[57]. La ville de Zoug mène également un projet pilote pour développer une identité numérique auprès de sa population[58].
Aux Pays-bas |
Développement de projets collaboratifs régionaux (participation de Oskar van Deventer).
Au Canada |
Dans la province canadienne du Québec, la firme comptable Raymond Chabot Grant Thornton a annoncé en juillet 2017 la mise sur pied d'un centre d’expertise portant sur la technologie blockchain qui verra le jour à Montréal afin de travailler sur la recherche, le développement, la formation et la commercialisation de cette technologie. L'objectif de cette démarche est de fournir aux entreprises l'expertise nécessaire pour effectuer la transition vers l'adoption de cette nouvelle plateforme numérique[59].
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[60]. 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[61].
En Israël |
En 2017, la société israélienne Zim a mené une expérience de connaissement (Bill of Lading) numérique en utilisant la blockchain[62],[63].
Voir aussi |
Bibliographie |
Les Blockchains, De la théorie à la pratique, de l'idée à l'implémentation, Billal Chouli, Frédéric Goujon, Yves-Michel Leporcher, Ed. Epsilon, 2017 (ISBN 978-2-409-00523-7)
Blockchain - vers de nouvelles chaînes de valeur, Martin Della Chiesa, François Hiault, Clément Téqui, avec la collaboration de Nicolas Bouzou et Thibaut Gress, Ed. Prospectives Accuracy, 2018 (ISBN 978-2-9564703-0-4).
Liens externes |
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Courte vidéo expliquant le principe des chaînes de blocs.
Notes et références |
« chaîne de blocs »
« Vocabulaire de l'informatique (liste de termes, expressions et définitions adoptés) »
« Qu’est-ce que la blockchain ? », sur blockchainfrance.net (consulté le 23 juillet 2016)
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(en) Stuart Haber et W.Scott Stornetta, « How to time-stamp a digital document », Journal of Cryptology, vol. 3, no 2, 1991(ISSN 0933-2790 et 1432-1378, DOI 10.1007/bf00196791, lire en ligne)
(en) Dave Bayer, Stuart Haber et W. Scott Stornetta, « Improving the Efficiency and Reliability of Digital Time-Stamping », dans Sequences II, Springer New York, 1993(ISBN 9781461393252, DOI 10.1007/978-1-4613-9323-8_24, lire en ligne), p. 329–334.
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Par Pierre-Alexandre Sallier, « Genève teste un service public basé sur la «blockchain» », 24Heures, 19 janvier 2018(ISSN 1424-4039, lire en ligne)
« Matières premières: Genève veut du blockchain », Tribune de Genève, 8 juin 2018(lire en ligne)
« La blockchain devient réalité en Suisse », Le Temps, 23 janvier 2018(lire en ligne)
«Lancement de Catallaxy : un investissement majeur de Raymond Chabot Grant Thornton pour propulser l’industrie blockchain », rcgt.com, 12 juillet 2017, (consulté le 10 août 2017)
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« Singapour lance une plateforme «blockchain» », 16 novembre 2016(consulté le 3 août 2017)
« Une première. L'israélien Zim (Israël) utilise la technologie du blockchain. », sur www.israelvalley.com, 10 décembre 2017(consulté le 13 décembre 2017)
(en) « ZIM Trials Blockchain Bill of Lading », sur The Maritime Executive, 20 novembre 2017(consulté le 9 mai 2017)
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