Andreas Antonopoulos, une sommité de la communauté des crypto-monnaies, respecté à cause de l’excellent livre qu’il a écrit sur le Bitcoin, s’est récemment exprimé sur la dépense électrique du réseau Bitcoin. Le texte de son intervention est intéressant à plusieurs titres car il reprend les arguments classiques des défenseurs du Bitcoin, car il introduit ce qui semble de nouveaux arguments, et aussi car il oublie de répondre à certaines objections. Voici le texte tel que bitcoin.fr en a proposé une traduction.
Un point de vue moins partisan concernant la réalité de la nature du minage du Bitcoin mérite d’être exprimé. Je vais tenter de le donner en proposant une réponse point par point à l’adroit et véhément discours d’Andreas Antonopoulos.
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« Le mining fait partie de ces rares activités industrielles qui ne dépendent pas du tout d’un territoire. Vous avez besoin d’électricité bon marché, l’endroit où vous la trouvez n’a pas d’importance et vous pouvez choisir le lieu d’installation uniquement sur ce critère. Ce qui signifie que le mining peut constituer une forme d’arbitrage sur le marché de l’électricité au profit des sources les plus performantes. »
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Qu’est-ce que ça veut dire ? Que si quelque part l’électricité est moins chère parce que surproduite, les mineurs de bitcoins vont l’acheter et que cela va faciliter la mise en place ou le maintien de centrales là où il serait difficile sans le minage de les envisager. Pour les mineurs l’endroit où le minage s’installe n’a pas beaucoup d’importance et en conséquence, si une industrie ou une firme (par exemple des fermes de données de Google, ou une usine d’aluminium qui veut payer l’électricité le moins cher possible et est prête à se déplacer) est intéressée par cette énergie bon marché, alors elle devra s’en passer ou la payer plus chère, puisqu’elle sera en concurrence avec les fermes de bitcoins. Cet « arbitrage » dont parle Antonopoulos ne me semble en rien positif. Utiliser le mot arbitrage est malin, mais une façon moins partisane de parler consisterait à dire « les fermes de bitcoins s’emparent des sources d’électricité les moins chères, les captent pour elles-mêmes et font augmenter le prix de cette électricité qui aurait pu ne pas être chère. »
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« Dans bien des cas la raison pour laquelle l’électrique est bon marché c’est parce que la production n’est pas en adéquation avec la demande locale. Dans les régions où le réseau de distribution d’électricité est peu développé, la solution est souvent d’investir dans une centrale non pas simplement pour couvrir la demande du moment, mais en prévision de celle des quinze prochaines années […]. Quand vous investissez dans une centrale [hydroélectrique, géothermique, …] de 50 mégawatts dans un endroit où la demande du jour n’est que de 15, vous ne pouvez pas l’éteindre ou la ralentir. L’énergie produite sera gaspillée, sauf si vous pouvez la convertir dans une réserve de valeur alternative vous permettant de rembourser plus rapidement le coût de votre installation. Bitcoin peut être considéré comme une subvention environnementale mondiale puisqu’il permet ainsi d’amortir plus rapidement les investissements dans les énergies alternatives […]. En équilibrant la balance de l’offre et de la demande dans les zones privées de réseau de distribution, la décentralisation de Bitcoin favorise la décentralisation de la production d’énergie. »
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Si on a construit une centrale de 50 mégawatts alors qu’on a besoin que de 15, cela signifie qu’on a commis une erreur. Cela ne doit pas se produire très souvent et certainement pas au point de satisfaire les gros besoins des mineurs de bitcoins. La façon dont le problème est présenté oublie que d’autres utilisateurs sont prêts à se déplacer et qu’ils se trouvent pénalisés puisque la concurrence des mineurs de bitcoins fait monter le prix de l’électricité qu’ils se trouvent donc obligé de payer au-dessus du prix auquel ils auraient eu accès sans les fermes de bitcoins. Dire qu’on évite le gaspillage est faux pour deux raisons (a) l’électricité surproduite aurait pu intéresser une autre industrie ; (b) la réserve de « valeur alternative » obtenue par les mineurs en conséquence de l’erreur d’avoir construit une centrale trop importante encourage cette surproduction, et donc encourage des installations inutiles et produit une pollution supplémentaire : en Chine c’est souvent l’énergie produite par du charbon qui est surproduite et vendue aux fermes de minages.
L’utilité du minage est la consolidation de la blockchain — l’augmentation de sa résistance aux attaques 51% —, or cette résistance est déjà très bonne, et donc toute dépense pour l’accroître est une forme de gâchis. Si de plus, cela encourage la construction de centrales qui autrement ne l’aurait pas été, c’est une absurdité économique et écologique indéfendable.
Dire que « Bitcoin peut être considéré comme une subvention environnementale mondiale puisqu’il permet ainsi d’amortir plus rapidement les investissements dans les énergies alternatives » est se moquer du monde. Dès l’instant où la blockchain est assez robuste pour résister aux attaques 51%, brûler de l’électricité en calculant des SHA256 est équivalent à jeter de l’électricité (donc des ressources en charbon, ou autres). Puisque cette demande croissante d’électricité des mineurs est due à un pur mécanisme de concurrence et n’a pas d’utilité réelle — même pour le Bitcoin — on ne peut la considérer que comme une perversion environnementale mondiale. La demande des mineurs encourage la création de centrales sur dimensionnées, voire à la construction de nouvelles centrales uniquement destinées à calculer du SHA256, calculs aussitôt effacés. Il s’agit d’une folie environnementale et d’une insulte à tous ceux qui ont réellement besoin d’électricité et n’en ont pas pour se chauffer, pour faire fonctionner des systèmes d’alimentation en eau, ou pour se déplacer.
Le raisonnement d’Andrea Antonopoulos est analogue au raisonnement suivant : « si un boulanger produit dix fois plus de pains qu’il ne réussit à en vendre à ses clients usuels, et qu’il brade son surplus pour qu’il serve de mauvais engrais ou de combustible pour se chauffer, il amortira plus rapidement ses fours trop grands, et donc c’est une subvention à la production de pains moins chers ». Non ! Les pains bradés ne permettront pas d’amortir les fours, le gâchis d’avoir aménagé des fours trop grands restera une erreur et n’aidera en rien à la production de pains moins chers, et la farine utilisée pour le pain produit ne sera même pas remboursée !
Le minage des bitcoins ne favorise pas la décentralisation de la production d’énergie, il favorise la production d’énergie là où on n’en a pas besoin. À terme, il fait augmenter le coût de l’électricité dans les zones concernées, pour lesquelles il est donc une nuisance économique en plus d’être une nuisance écologique pour toute la planète.
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« Bitcoin est facile à critiquer pour sa consommation électrique parce qu’elle est évidente et visible [contrairement à celle, dissimulée, du système bancaire traditionnel]. »
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Notons d’abord qu’Andreas Antonopoulos ne conteste pas la forte consommation électrique ; il sait qu’elle est vraiment importante et se garde bien de donner le moindre chiffre qui même en minimisant le plus possible le résultat resterait effrayant, comme le montre les divers calculs minimalistes envisageables.
Les calculs basés sur la dépense connue des circuits ASIC menés par Marc Bevand indiquaient une consommation de l’ordre de 4 TWh par an quand le hashrate du réseau était de 3,25 1018 hash/s (ici ). Le hashrate du réseau Bitcoin est aujourd’hui (fin décembre 2017) 4,5 fois plus important. La dépense électrique est donc 4,5 fois plus grande, sauf qu’il y a eu un progrès dans l’efficacité énergétique des ASIC utilisés pour miner qu’on peut évaluer à 1,3 sur la courte période concernée. La dépense électrique du réseau est donc en ordre de grandeur de 16 TWh selon les calculs De Marc Bevand (un défenseur de l’idée que le Bitcoin ne dépense pas beaucoup ) mis à jour par le facteur 4,5/1,3 = 3,5.
Un autre calcul minimaliste est possible : on fait l’hypothèse follement optimiste que tous les mineurs utilisent le matériel le plus efficace disponible aujourd’hui (le Antminer S9 ici), on utilise la donnée sur la puissance en Hash par Watt de ce meilleur appareil, et on arrive à 12 TWh de dépense annuelle pour le réseau Bitcoin.
Ces chiffres minimaux correspondent à environ deux centrales nucléaires. Le plus inquiétant est d’ailleurs que le cours du Bitcoin ayant sérieusement augmenté récemment, on est certain que la concurrence entre mineurs va conduire dans un délai de moins d’un an à un triplement au moins de la dépense énergétique du réseau. On en sera alors avec ces évaluations optimistes à environ 36 ou 40 TWh soit plus de 4 centrales nucléaires.
Par comparaison, tous les data-center de Google (rendant un vrai service à des centaines de millions de personnes chaque jour) n’en sont globalement qu’à 700 MW, donc à 6 TWh par an (ici). On comprend bien pourquoi Antonopoulos préfère ne mentionner aucun chiffre, et même pas ceux minimaux qui pourtant que ne font aucun doute !
L’argument du système bancaire traditionnel est facile, surtout que ceux qui l’utilisent ne détaillent ni raisonnement, ni calcul. En réalité le Bitcoin a lui aussi d’importants coûts hors-chaîne, c’est-à-dire en plus du minage. Il existe par exemple des dizaines de plateformes d’échange, de nombreux sites d’information, tout un monde de startup dédiées aux monnaies cryptographiques qu’on met en avant pour prouver que cette nouveauté technologique est quelque chose d’économiquement important qu’il ne faut surtout pas entraver. Ce monde dépense de l’énergie pour ses bureaux, ses machines, ce monde paie des salaires, occupe des bâtiments qu’on chauffe, organisent des réunions et donc des déplacements, etc. Ce coût autour des monnaies cryptographiques n’est pas comptabilisé dans le minage (qui ne concerne que le calcul des doubles SHA256 par milliards de milliards). Il est sans doute plus faible aujourd’hui que celui du système bancaire, mais si les monnaies cryptographiques devaient se substituer aux monnaies fiduciaires ce coût serait-il moins important que celui du système bancaire traditionnel ? Ce n’est pas certain. Il est plutôt vraisemblable qu’il serait équivalent. Le problème est qu’à ce coût hors-chaîne, il faut ajouter dans le cas du Bitcoin celui de la sécurisation de la blockchain — le coût du minage — qui de jour en jour devient plus important. Il n’a comme équivalent dans le cas des monnaies fiduciaires que le coût d’émissions et de remplacement des billets usagés qui est dans le cas du dollar inférieur à un milliard de dollars par an, donc bien inférieur au coût déjà atteint par le minage du Bitcoin qui pourtant ne représente en valeur qu’une faible partie des dollars, et ne permet aujourd’hui qu’assez mal des transactions (voir ici ).
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« Vous devez cependant avoir à l’esprit que le niveau de sécurité actuel de Bitcoin pourrait lui permettre de faire face à une attaque globale menée par une coalition d’Etats. Ce niveau de sécurité est requis car il permet de garantir une propriété fondamentale : la résistance à la censure. »
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Il semble naïf de croire que les pouvoirs politiques s’opposeront aux monnaies cryptographiques en mettant en œuvre des attaques 51% qui sont maintenant devenues très chères (plusieurs milliards de dollars). Le pouvoir politique, s’il est gêné, ou s’il considère que l’effet sur le cours de l’électricité est gênant (ce qui risque de se produire) interdira les usines de minage de bitcoins et les fera fermer, ce qui est déjà le cas dans la province su Sichuan en Chine (voir ici ). Il pourra aussi interdire complètement l’usage des bitcoins et autres monnaies cryptographiques comme c’est le cas au Maroc. Le pouvoir politique disposera d’autres armes que les attaques en règle du réseau. Une interdiction globale des monnaies cryptographiques ne les empêchera pas totalement d’exister, mais en faisant de leur utilisation une activité clandestine et hors-la-loi, en envoyant en prison ses acteurs récalcitrants qui se feront attraper, elle ferait fuir l’essentiel de toute l’activité qui se développe aujourd’hui autour d’elles. C’est ne rien comprendre aux rapports de force réellement décisifs sur terre que penser que la résistance aux attaques 51% est le cœur du problème et donc que le minage est si important. C’est ne rien comprendre à la façon dont marchent nos sociétés que de penser que, clandestines, les crypto-monnaies continueraient de prospérer.
La façon dont s’exprime Antonopoulos recèle un autre danger. En ayant l’air de croire que le « niveau de sécurité » produit par le minage protège le Bitcoin de toute attaque y compris par une coalition d’Etats, il propage l’idée fausse que le Bitcoin est définitivement résistant à toute attaque du fait de l’existence des fermes de minages et de leurs 10^19 calculs de double SHA256 par seconde. Il est vrai que la menace sur le réseau Bitcoin par les attaques 51% est effectivement rendue coûteuses par la quantité de calcul mise dans la blockchain par les mineurs, et que le risque de cette attaque là du réseau est aujourd’hui minime… sans toutefois être inconcevable. Mais ce qui est totalement trompeur dans la façon Antonopoulos s’exprime c’est qu’il oublie que d’autres attaques sont possibles contre lesquelles le minage ne produit aucune protection. Si quelqu’un réussit à inverser la fonction SHA256, alors il pourra gagner tous les nouveaux bitcoins émis rendant inutile toutes les fermes de minage et se donnant le pouvoir d’arrêter toutes les transactions (en ajoutant systématiquement des pages vides à chaque nouvelle page). Inverser le SHA256 est un problème mathématique dont personne n’a prouvé qu’il est impossible à résoudre. Ce qui s’est passé récemment pour le SHA1 montre à ceux qui en douteraient qu’en cryptographie mathématique ce genre de chose arrive : voir ici ou ici.
Autre attaque possible : le système de signature à double clés. Lui aussi ne repose que sur une difficulté supposée d’un problème mathématique. Adi Shamir (le S du RSA) pense d’ailleurs que ce protocole de signature est aujourd’hui en danger : « Elliptic curves will fall out of favour ; there’s a very strange current situation with the NSA moving away from it with no explanation ». Voir ici.
D’autres attaques ont aussi été conçues dont le minage ne protège pas. Il y a par exemple les « Eclipse Attack« . Elles sont certes difficiles à mettre en œuvre, et qu’aujourd’hui personne n’a su les exploiter, mais elles font parties des menaces qui pèsent sur le Bitcoin, et il est mensonger de laisser croire que les dépenses massives d’électricité des fermes de minage en protègent.
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« Cependant si le système était dix fois plus grand, avec dix fois plus d’utilisateurs, il n’aurait pas besoin pour autant de dix fois plus de puissance de calcul […]. C’est une erreur de croire que, si Bitcoin se généralise, son coût à long terme continuera de croître. C’est même le contraire qui va se produire. Le temps passant, la récompense attribuée aux mineurs diminue. Le résultat, c’est que le coût finira par atteindre un plateau. »
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Oui, c’est vrai, le coût du minage n’est pas lié à la capacité du réseau bitcoin (aujourd’hui 4 transactions par seconde) mais au cours du Bitcoin, en prenant en compte les corrections opérées par les halving qui font baisser la récompense attribuée aux mineurs. Cependant aujourd’hui deux choses sont certaines.
(a) La puissance du réseau Bitcoin en nombre de transactions est ridicule comparée à ce que les autres systèmes de transaction permettent (plusieurs milliers de transactions par seconde pour Paypal ou le réseau des cartes bancaires) alors que le coût du minage est déjà très important. Dit autrement, on dépense en minage des quantités d’électricité colossales pour un système impuissant dont on croit naïvement que cela le rend résistant à toute attaque technique ou intervention du pouvoir politique.
(b) Les halving ne vont arriver que lentement (le prochain en juin 2020, dans 2 ans et demi, le suivant en 2024 dans 6 ans et demi) alors que la dépense électrique du minage augmente de manière rapide. Cette augmentation (qu’on peut évaluer en suivant le hashrate du réseau et les progrès des ASIC) est en ordre de grandeur d’un facteur supérieur à 4 pour 2017 et de 3 par an en moyenne pour les 4 années précédentes. Il faudrait donc pour compenser la seule augmentation de la dépense électrique du Bitcoin pour 2017, attendre six années de halving (il faut attendre le halving de 2024). Vue l’augmentation des cours, il est prévisible qu’on aura en 2018 une augmentation de la dépense électrique du minage du Bitcoin équivalente ou supérieure à celle de 2017 (en fait très probablement plus), ce qui fera au strict minimum une multiplication par 16 en deux ans exigeant d’attendre 14 années de halving pour être compensée. Quand le plateau arrivera, la dépense du minage sera devenue énorme.
Il n’est pas certain d’ailleurs que ce plateau arrive quand on voit ce qui se passe avec les commissions : le 22 décembre 2017, certaines pages ont reçu plus de 9 bitcoins de commissions ( voir ici ) ; on n’est pas loin d’une annulation du halving d’il y a 18 mois qui a fait passer la rémunération de 25 à 12,5 bitcoins.
Il n’est pas possible d’attendre l’hypothétique plateau d’Antonopoulos. Je fais le pari qu’il se passera quelque chose d’ordre économique — un krach — ou politique — une intervention empêchant la poursuite de la croissance de la dépense électrique du minage — avant que le plateau attendu soit en vue.
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« Je ne pense pas, par ailleurs, qu’il soit pertinent de proposer plusieurs systèmes de proof-of-work, je pense qu’un seul suffit. Peut-être que tout le reste pourrait fonctionner en proof-of-stake avec un ancrage dans système unique de preuve de travail. Nous avons, à l’échelle planétaire, besoin d’un système de proof-of-work pour nous offrir une immutabilité solidement basée sur l’énergie, mais nous n’en avons besoin que d’un seul, et voilà peut-être la “killer app” de Bitcoin. »
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L’idée qu’il y ait une seule monnaie à base de proof of work les autres s’appuyant sur elle est intéressante mais elle rencontre quelques obstacles. (a) Si même une seule est trop gênante, ce que je crois, qu’il n’y en ai pas d’autres ne résout rien ; (b) Il semble très improbable que la communauté des crypto-monnaies soit capable de s’entendre pour qu’il n’y en ait qu’une. Je ne crois pas à cette killer app. Je crois plutôt que sans un traitement sérieux et rapide du problème de l’électricité le Bitcoin à cause de l’électricité sera victime d’un killer krach ou d’une killer action de nature politique qui mettra fin au rêve anarchiste d’un argent liquide numérique échappant aux États.
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Conclusion
Nier qu’il y a un problème avec la dépense électrique du minage du Bitcoin ne peut se faire qu’en travestissant la réalité en en masquant de nombreux points pourtant incontestables à propos de ce coût. C’est mal défendre l’idée des crypto-monnaies que refuser de voir la réalité. Il me semblerait plus raisonnable de continuer à rechercher des méthodes pour ne plus avoir à utiliser les catastrophiques preuves de travail. Surtout, il faut trouver des moyens pour convaincre ou forcer les acteurs principaux de cette machine infernale conduisant à brûler follement de l’électricité (les mineurs) à s’entendre entre eux pour passer à autre chose.
A propos de l’auteur
Jean-Paul Delahaye est mathématicien – il a passé un doctorat d’Etat en mathématiques sur la théorie des transformations de suites – et informaticien – il est professeur à l’université de Lille 1 et chercheur au Centre de Recherche en Informatique, Signal et Automatique de Lille du CNRS et membre du Algorithmic Nature Group. Ses travaux actuels portent sur les jeux computationnels, la théorie algorithmique de l’information, la définition du hasard et sa perception. Depuis 1992, il tient la rubrique Logique et calcul (un article de 6 pages chaque mois) dans la revue Pour la science. Il a également écrit de nombreux articles consacrés à Bitcoin et publiés sur son blog.
