Quel est le rôle des mineurs dans une preuve de la blockchain de travail?

Comprendre la fonction des mineurs dans les systèmes de preuve de travail

Dans une blockchain de preuve de travail (POW) , les mineurs jouent un rôle fondamental dans le maintien de l'intégrité, de la sécurité et de la continuité du réseau. Leur responsabilité principale est de valider les transactions et de les ajouter à la blockchain d'une manière sans confiance et décentralisée. Ce processus commence lorsque les utilisateurs lancent des transactions, tels que l'envoi de crypto-monnaie d'une adresse à une autre. Ces transactions sont diffusées à travers le réseau et collectées dans un pool connu sous le nom de Mempool . Les mineurs sélectionnent les transactions de ce pool, vérifient leur légitimité et regroupent-les dans un bloc candidat.

Le processus de validation consiste à vérifier les signatures numériques, à garantir que les expéditeurs disposent de fonds suffisants et de confirmer qu'aucune tentative à double dépense n'est présente. Une fois qu'un ensemble de transactions est vérifié, le mineur passe à la phase critique suivante: résoudre un puzzle cryptographique intensif en calcul. Ce puzzle est basé sur l' algorithme de hachage SHA-256 dans des blockchains comme Bitcoin. L'objectif est de trouver un NONCE (un nombre aléatoire) qui, lorsqu'il est combiné avec les données de bloc et haché, produit un résultat qui répond à la cible de difficulté actuelle du réseau - une valeur de hachage avec un nombre spécifique de zéros de premier plan.

Comment les mineurs sécurisent le réseau de blockchain

La sécurité dans une blockchain POW est obtenue grâce à l'immense effort de calcul nécessaire pour modifier toute partie de la chaîne. Une fois qu'un mineur trouve avec succès un hachage valide, il diffuse le nouveau bloc au réseau. D'autres nœuds vérifient la solution et, si elles sont correctes, ajoutez le bloc à leur copie de la blockchain. Étant donné que chaque bloc contient une référence au hachage du bloc précédent, la modification de tout bloc historique nécessiterait de ré-miner non seulement ce bloc mais tous les blocs suivants - une tâche qui devient exponentiellement plus difficile à mesure que la chaîne se développe.

La nature décentralisée de l'exploitation minière garantit qu'aucune entité unique ne peut facilement dominer le réseau. Pour exécuter une attaque de 51% , un attaquant devrait contrôler plus de la moitié de la puissance de calcul du réseau total, qui est prohibitif et difficile dans les réseaux bien établis comme Bitcoin. Par conséquent, le travail collectif des mineurs dissuade le comportement malveillant en rendant les attaques économiquement irréalisables.

Les mineurs agissent comme des auditeurs décentralisés , garantissant que seules les transactions valides sont incluses. Leur investissement informatique sert de forme d'engagement économique, alignant leurs incitations sur la santé du réseau. Si un mineur tente d'inclure des transactions frauduleuses, le reste du réseau rejettera le bloc et le mineur perdra la récompense et le coût de l'électricité et du matériel utilisé dans la tentative.

Le rôle des récompenses et des incitations minières

Pour encourager la participation, les blockchains POW offrent des récompenses de bloc et des frais de transaction comme incitations. Lorsqu'un mineur monte avec succès un bloc, il obtient une quantité prédéterminée de crypto-monnaie - c'est la subvention du bloc . Par exemple, dans Bitcoin, ce montant a commencé à 50 BTC par bloc et a des moitiés environ tous les quatre ans dans un événement connu sous le nom de moitié . Depuis la dernière réduction de moitié, la récompense s'élève à 6,25 BTC par bloc , et elle diminuera à nouveau à l'avenir.

En plus de la subvention des blocs, les mineurs perçoivent les frais de transaction payés par les utilisateurs pour hiérarchiser leurs transactions. Les utilisateurs qui souhaitent une confirmation plus rapide peuvent attacher des frais plus élevés, ce que les mineurs sont incités à inclure dans leurs blocs candidats. Au fil du temps, à mesure que la subvention du bloc diminue, les frais de transaction devraient devenir la principale source de revenus de mineurs, garantissant une sécurité continue du réseau même après que toutes les pièces soient extraites.

Ces incitations financières sont cruciales car elles compensent les coûts élevés associés à l'exploitation minière, tels que l'électricité, le matériel et les systèmes de refroidissement. Sans récompenses, il y aurait peu de motivation pour les individus ou les organisations pour consacrer des ressources à la sécurisation du réseau.

Le processus d'exploitation: une ventilation étape par étape

• Assemblez les transactions non confirmées du Mempool dans un bloc candidat
• Construisez un arbre Merkle pour résumer toutes les transactions et générer un seul hachage racine
• Insérez la racine Merkle dans l'en-tête du bloc, ainsi que le hachage du bloc précédent et un horodatage
• Commencez à itérer à travers différentes valeurs nonce, hachant l'en-tête de bloc à plusieurs reprises
• Vérifiez chaque hachage qui en résulte contre la cible de difficulté du réseau
• Une fois une réunion de hachage, la cible est trouvée, diffusez immédiatement le bloc au réseau
• Recevoir la confirmation des autres nœuds et réclamer la récompense de bloc et les frais de transaction

Ce processus est très compétitif et fonctionne en temps réel. Des milliers de mineurs du monde entier tentent de résoudre le même puzzle simultanément. Le premier à réussir remporte le droit d'ajouter le bloc et de recevoir la récompense. Le matériel spécialisé appelé ASIC (circuits intégrés spécifiques à l'application) est couramment utilisé en raison de leur efficacité supérieure dans l'exécution des opérations de hachage par rapport aux CPU ou GPU à usage général.

Impact de la difficulté minière et des ajustements du réseau

Le niveau de difficulté dans une blockchain Pow n'est pas statique. Il s'ajuste périodiquement pour maintenir un taux de production de bloc cohérent. Dans Bitcoin, des ajustements de difficulté se produisent tous les blocs de 2016 , ou environ toutes les deux semaines. Si les blocs sont extraits trop rapidement - indiquant une augmentation du pouvoir de hachage du réseau total - la difficulté augmente. Inversement, si l'exploitation minière ralentit, la difficulté diminue pour maintenir le temps moyen du bloc environ 10 minutes .

Ce mécanisme d'autorégulation assure la stabilité du réseau, quelles que soient les fluctuations de la participation des mineurs. Il empêche la blockchain de devenir trop rapide ou trop lent, ce qui pourrait entraîner des problèmes tels que des divisions de chaîne ou des confirmations de transactions retardées. L'algorithme calcule la nouvelle difficulté en comparant le temps réel pris pour extraire les derniers blocs de 2016 avec le temps prévu (20 160 minutes). L'ajustement garantit que le réseau reste prévisible et sécurisé.

Décentralisation et distribution du pouvoir minier

Bien que le POW soit conçu pour être décentralisé, la réalité est que l'exploitation minière est devenue de plus en plus concentrée en raison des coûts élevés de l'équipement et de l'énergie. De grandes piscines minières - des groupes de mineurs qui combinent leurs ressources de calcul et partagent des récompenses proportionnellement - dominent maintenant le paysage. Un seul pool minière peut contrôler un pourcentage important du taux de hachage du réseau, ce qui fait valoir les préoccupations concernant la centralisation.

Cependant, la nature ouverte et sans autorisation du POW permet à quiconque de participer. Les individus peuvent toujours exploiter de manière indépendante ou rejoindre de petites piscines. La transparence de la blockchain permet la surveillance en temps réel de la distribution des taux de hachage, permettant à la communauté de réagir si une entité aborde un niveau de contrôle dangereux.

Questions fréquemment posées

Quelqu'un peut-il devenir un mineur dans une preuve de la blockchain de travail? Oui, toute personne ayant le matériel et la connexion Internet nécessaires peut participer à l'exploitation minière. Cependant, la rentabilité dépend de facteurs tels que les coûts d'électricité, l'efficacité matérielle et la difficulté actuelle du réseau. La plupart des mineurs individuels rejoignent aujourd'hui les piscines minières pour augmenter leurs chances de gagner des récompenses cohérentes.

Que se passe-t-il si deux mineurs trouvent un bloc valide en même temps? Lorsque deux mineurs diffusent simultanément des blocs valides, une fraction de chaîne temporaire se produit. Les nœuds acceptent le premier bloc qu'ils reçoivent et continuent de construire dessus. Finalement, la chaîne qui reçoit plus de blocs suivants devient la plus longue et est acceptée comme valide. L'autre bloc devient un bloc orphelin et son mineur ne reçoit pas la récompense.

Comment les mineurs choisissent-ils les transactions à inclure dans un bloc? Les mineurs hiérarchisent généralement les transactions avec des frais de transaction plus élevés par octet. Ils visent à maximiser leurs revenus, ils remplissent donc leurs blocs avec les transactions les plus rentables. Certains logiciels miniers permettent la personnalisation des règles de sélection, mais la priorisation basée sur les frais est l'approche la plus courante.

L'exploitation minière est-elle le seul moyen de sécuriser une blockchain? Non, l'extraction est spécifique aux systèmes de preuve de travail . D'autres mécanismes de consensus comme la preuve de la participation (POS) utilisent différentes méthodes, telles que jalonner la crypto-monnaie - pour valider les transactions et sécuriser le réseau. Ces alternatives visent à atteindre la sécurité sans la consommation élevée d'énergie associée à l'exploitation de POW.