Les puces photoniques peuvent-elles sauver Bitcoin ?

photo de faisceaux lumineux abstraits Roland Larsson / Unsplash

Lorsque la bulle Bitcoin a éclaté fin 2017, la valeur de la crypto-monnaie est passée de plus de 17 000 $ à moins de 7 000 $ en quelques jours seulement. La couverture médiatique mondiale a suggéré que le boom des devises semblait s'être terminé brusquement.

Mais lorsque la valeur de Bitcoin a chuté, quelque chose d'étrange s'est produit. La vitesse à laquelle les bitcoins étaient créés – ou extraits – a considérablement augmenté. La raison? Malgré la baisse de valeur, l'extraction de bitcoins était toujours extrêmement rentable. En d'autres termes, le coût de l'exploitation minière - le prix du matériel plus l'énergie pour le faire fonctionner - était toujours inférieur à la valeur des pièces qu'il produisait.

Ce boom minier s'est poursuivi pendant près d'un an. Puis en novembre 2018, la valeur de Bitcoin a de nouveau chuté de façon spectaculaire, cette fois d'environ 6 500 $ à moins de 3 500 $.

Cela a coupé l'herbe sous le pied de nombreux mineurs. Soudain, les bitcoins n'avaient plus assez de valeur pour couvrir leurs coûts énergétiques et les mines ont été fermées. Pour la première fois dans l'histoire de la crypto-monnaie, le taux de minage s'est effondré, passant de 60 exa-hachages par seconde à seulement 35.

L'impact a été important. Avant cela, l'exploitation minière était géographiquement diversifiée, empêchant un pays ou une région d'exercer une influence indue. Désormais, l'exploitation minière n'était possible que là où l'énergie était suffisamment bon marché pour permettre un profit, principalement dans l'ouest de la Chine. Et la Chine augmentait son contrôle des crypto-monnaies, fermant les échanges et interdisant diverses activités.

Cela constituait une menace existentielle pour Bitcoin. Et depuis, les experts en crypto-monnaie recherchent désespérément une solution.

Le problème fondamental est que l'extraction de bitcoins est coûteuse en calcul. Il s'agit d'un stratagème délibéré pour sécuriser la crypto-monnaie. Mais le calcul est énergivore. Et à mesure que l'intérêt pour la crypto-monnaie a augmenté, la quantité d'énergie qu'elle consomme a également augmenté.

Selon certaines estimations, l'extraction de bitcoins consomme actuellement plus de 75 térawattheures par an, soit plus que la consommation totale d'électricité de l'Autriche. Ce n'est pas durable, en particulier si Bitcoin continue de croître de façon exponentielle, comme l'espère la communauté des crypto-monnaies. Donc, une nouvelle façon d'exploiter la monnaie est désespérément nécessaire.

Entrez Michael Dubrovsky au PoWx à but non lucratif, Marshall Ball à l'Université Columbia à New York et Bogdan Penkovsky à l'Université de Paris-Saclay en France. Ces gars-là ont trouvé une nouvelle façon de sécuriser Bitcoin qui est coûteuse en calcul mais beaucoup plus économe en énergie. Surtout, ils disent qu'il est également compatible avec les systèmes de cryptage actuels et qu'il devrait donc être relativement simple à inclure dans les futures itérations de Bitcoin.

Leur sauce secrète est simple. Au lieu de compter sur des ordinateurs conventionnels pour faire le calcul des nombres, Dubrovksy et co veulent utiliser des ordinateurs optiques. Ils disent que ces appareils consomment beaucoup moins d'énergie et changeront donc fondamentalement le calcul derrière l'extraction de bitcoins. Mais ont-ils raison ?

Tout d'abord un peu de contexte. Bitcoin est basé sur un registre décentralisé qui enregistre toutes les transactions associées à la devise. Cela garantit qu'aucune entité ne contrôle la devise.

Une idée clé est que le registre doit être sécurisé afin que tout le monde puisse faire confiance à son contenu. Cette sécurité est obtenue en cryptant régulièrement le registre afin que son contenu ne puisse pas être modifié.

Le processus de cryptage doit cependant avoir des propriétés spéciales. Le registre doit être extrêmement difficile à chiffrer, mais une fois chiffré, il doit être facile à vérifier.

Il s'avère qu'il existe un ensemble d'objets mathématiques appelés fonctions de trappe qui ont exactement cette propriété. En effet, ils sont déjà largement utilisés pour chiffrer tout, des messages personnels aux transactions par carte de crédit.

Cette forme de cryptage est coûteuse en calculs - elle nécessite des ordinateurs puissants dont le fonctionnement est coûteux. Bitcoin a donc une autre fonctionnalité qui a été la clé de son succès. Toute personne qui effectue le processus de cryptage - la preuve de travail - est récompensée par des bitcoins nouvellement créés.

C'est pourquoi le processus s'appelle l'exploitation minière. À mesure que la valeur de Bitcoin a augmenté, la popularité de l'exploitation minière a également augmenté.

Mais cela a un inconvénient. Le calcul est énergivore. Les mineurs ont donc cherché diverses façons de réduire leurs coûts. L'un des développements a été l'introduction de circuits intégrés spécifiques à l'application - les puces ASIC - qui sont optimisés dans le seul but de l'extraction de Bitcoin. Une autre consistait à trouver des sources d'énergie bon marché.

Dubrovksy et co disent que l'informatique optique modifie ce calcul. Ils s'inspirent du développement rapide ces dernières années de puces photoniques capables de calculer avec une efficacité bien supérieure à celle du silicium. La promesse de la technologie est d'offrir une meilleure efficacité énergétique de 2 à 3 ordres de grandeur par rapport aux processeurs électroniques, selon l'équipe.

À cette fin, Dubrovksy et co ont mis au point un protocole de cryptage révisé, appelé HeavyHash, optimisé pour les ordinateurs photoniques. Cela signifie que les meilleurs résultats ne peuvent être obtenus qu'en utilisant un processeur photonique pour faire le calcul.

Cette preuve de travail optique devrait encourager l'adoption de puces photoniques et réduire ainsi considérablement le budget de puissance de Bitcoin. La mise en œuvre de la preuve de travail optique contribuera à accélérer le développement de coprocesseurs photoniques économes en énergie, affirment les chercheurs.

Lorsque le coût de l'énergie ne sera plus la principale considération, Dubrovsky et co disent, le coût du matériel dominera les calculs. Et cela garantira que les mineurs peuvent travailler de manière rentable dans des endroits du monde entier plutôt que seulement dans des régions où l'énergie est bon marché.

Du moins, c'est la théorie. Le problème est que l'efficacité énergétique des puces photoniques n'a pas encore été clairement établie. Par exemple, les commutateurs optiques fonctionnent en modifiant leur indice de réfraction, et cela se fait actuellement avec de minuscules éléments chauffants. Les circuits photoniques au silicium varient également de petites manières qui doivent être compensées par des micro-éléments chauffants.

Ces éléments chauffants augmentent considérablement le budget de puissance des puces d'une manière difficile à anticiper. En effet, Dubrovksy et co ne prédisent pas clairement les économies d'énergie qui peuvent (ou non) être possibles à mesure que Bitcoin évolue. Il est donc difficile d'évaluer l'efficacité de la preuve de travail optique.

Les chercheurs ne montrent pas non plus comment la preuve de travail optique résoudra le problème associé aux différences régionales dans le coût de l'énergie. À l'avenir, les coûts du matériel seront similaires pour tous les mineurs, comme ils le sont actuellement. Ainsi, à long terme, la meilleure façon de maximiser les profits sera toujours de trouver des sources d'énergie bon marché.

Ce n'est pas différent du problème auquel Bitcoin est actuellement confronté. C'est pourquoi il est difficile d'échapper à la conclusion que cette forme d'informatique économe en énergie ne fait que reporter l'inévitable.

Réf : arxiv.org/abs/1911.05193 : Preuve optique de travail

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