Thésaurus sur l’exploitation des crypto-monnaies

Le minage de crypto-monnaies est le processus par lequel les participants à un réseau informatique décentralisé effectuent des calculs mathématiques en échange d’une récompense financière accordée de manière probabiliste et proportionnelle au nombre de calculs mathématiques effectués par les mineurs.

Les mineurs sont des logiciels informatiques qui recevront les publications de transactions d’autres participants au même « réseau de crypto-monnaies » et qui souhaitent que ces transactions soient incluses dans le registre des transactions, appelé blockchain. Les mineurs collectent ces transactions et les incluent dans un bloc de transactions qu’ils essaient d’ajouter au registre.

Le rôle des mineurs est donc d’ajouter des « blocs » de transactions à une séquence continue de blocs de transactions, ce qui permet aux utilisateurs de se coordonner et de se mettre d’accord sur la copie finale de « l’historique des transactions dans la blockchain ».

Pour ajouter leur bloc de transactions au registre, les mineurs effectueront des calculs mathématiques pour résoudre une énigme cryptographique qui leur est proposée en fonction du protocole de la crypto-monnaie qu’ils exploitent. La seule façon de résoudre le problème de mathématiques est de procéder par essais et erreurs. Les règles de ce jeu sont :

• Tout le monde peut participer au processus d’exploitation minière ;
• Les mineurs doivent construire leurs blocs de transaction en suivant les règles du réseau ;
• Les mineurs doivent construire un bloc de transactions et le soumettre à une double fonction de hachage cryptographique, appelée SHA256 (SHA256) en bitcoin ;
• Le but du jeu est qu’à partir de données de transaction publiques et de l’introduction d’un nombre aléatoire (le nonce) dans le bloc de données de transaction, les mineurs doivent obtenir un résultat mathématique spécifique.
• Comme le résultat de la fonction mathématique du minage de bitcoins est aléatoire, les mineurs doivent essayer d’effectuer plusieurs calculs, avec en entrée le même ensemble de transactions bitcoin valides possibles, et de modifier les données aléatoires et de soumettre cet ensemble de données à la fonction mathématique.
• Lorsque le mineur trouve une solution au problème, il soumet la réponse au réseau. Les participants au réseau vérifieront rapidement que la solution est la bonne.

Si la solution au problème est correcte, les mineurs abandonneront leurs tentatives de confirmation de ce bloc de transactions et commenceront immédiatement à miner le bloc suivant. Les mineurs agissent ainsi car ils savent que les utilisateurs peuvent vérifier que la solution mathématique est correcte. Ils savent que les utilisateurs, considérant ce bloc comme valide, l’accepteront comme faisant partie de la blockchain. S’ils continuaient à essayer de produire le même bloc que leurs rivaux, ce bloc ne serait pas accepté par les participants et, par conséquent, n’aurait aucune valeur monétaire, bien qu’il ait été créé avec des coûts énormes. Les mineurs, reconnaissant la futilité d’essayer de tricher, passeront automatiquement au bloc suivant pour commencer à chercher la solution le plus tôt possible et, par conséquent, augmenteront leurs chances de trouver le bloc suivant.

Lorsqu’un mineur découvre une solution à l’énigme, il soumet la réponse au réseau ainsi que le bloc de transactions qu’il tente de faire inclure dans le registre des transactions de la blockchain. Il inclut dans ce bloc de transactions une transaction unique qui lui donne le droit de réclamer un certain nombre de crypto-monnaies, toujours selon les règles du protocole de la crypto-monnaie minée.

Cela signifie que le mineur va « créer » et accepter des bitcoins. Les utilisateurs du réseau accepteront comme valides les blocs de transactions dans lesquels les mineurs se sont octroyés des bitcoins nouvellement créés, par défaut, ce qui inclut une transaction dans laquelle le mineur se récompense lui-même. Si le bloc est conforme aux règles, les utilisateurs l’adoptent comme la version officielle de l’historique des transactions, la version officielle de la blockchain, celle dans laquelle le mineur s’est octroyé une récompense en cryptocurrencies, qu’il émet en circulation.

Le mineur perçoit également les coûts de transaction associés aux transactions de blocs. Les participants au réseau vont analyser le bloc proposé par le mineur, vérifier rapidement qu’il a bien trouvé une solution à l’énigme et que le format du bloc et des transactions respecte les règles du réseau.

L‘exploitation minière est une loterie probabiliste où les mineurs sont assurés de gagner une récompense particulière s’ils parviennent à générer un certain nombre de calculs mathématiques. Un coût est associé à chaque calcul, et si la récompense par calcul est supérieure au coût total amorti par calcul, le mineur est en mesure de réaliser des bénéfices.

Pools miniers

Un pool minier est un service utilisé par les mineurs de crypto-monnaies pour combiner leur puissance de calcul avec d’autres mineurs. C’est une stratégie pour obtenir des récompenses plus fréquentes et probabilistes.

Paramètres miniers : exemple du bitcoin

Les règles qui déterminent les conditions que doivent remplir les mineurs pour pouvoir créer de nouvelles crypto-monnaies et les mettre en circulation sont déterminées dans le protocole informatique auquel ils souscrivent automatiquement et obligatoirement. Ces paramètres seront utilisés pour déterminer la rentabilité de l’ activité minière.

Par exemple, dans le cas du bitcoin, les règles sont précises :

• Le nombre de mineurs de bitcoins qui produisent un bloc valide peut diminuer de 100 % tous les quatre ans, en commençant par 50 bitcoins par bloc.
• L’algorithme déterminant la difficulté du puzzle est réajusté dynamiquement pour chaque 2016 blocs créés par les mineurs afin d’obtenir une moyenne d’un bloc produit toutes les 10 minutes.

Ajustements de la difficulté et concurrence

L’extraction de crypto-monnaies est un processus concurrentiel. Les mineurs sont en concurrence les uns avec les autres pour trouver la solution à l’énigme présentée par le réseau. Lorsque le nombre de calculs mathématiques soumis au réseau augmente ou diminue, la difficulté de l’ algorithme de minage est réajustée pour garantir qu’un bloc est généré en moyenne toutes les 10 minutes.

Dans le cas du bitcoin, la difficulté est ajustée pour chaque période de 2016 blocs, ce qui correspond à 14 jours (144 blocs par jour * 14 jours).

À titre d’exemple, imaginons qu’au début d’une période de difficulté, le taux de hachage total est de 100 hachages par seconde, ce qui produit en moyenne un bloc toutes les 10 minutes. Si le taux de hachage augmente de 10%, le temps de génération d’un bloc moyen sera réduit proportionnellement de 10%, de sorte qu’un bloc est trouvé en moyenne entre 9 et 10 minutes selon le taux d’accélération de la puissance totale de hachage. À la fin de la période de difficulté, la difficulté de l’algorithme de minage sera donc augmentée proportionnellement afin de revenir à une moyenne de 10 minutes par bloc pour la période de difficulté suivante.

Inversement, si la puissance de hachage diminue, la difficulté diminuera également afin de réduire le temps de génération des blocs.

Matériel informatique

Le minage des crypto-monnaies se fait à l’aide d’équipements spécialisés. Il existe deux catégories principales :

• ASICs « Application Specific Integrated Circuit » : ce sont des machines composées de puces électroniques ayant pour seule fonction la capacité d’effectuer les calculs mathématiques nécessaires à la résolution d’une énigme cryptographique. Notez que ces types de machines ne sont comptabilisables qu’avec un nombre limité d’algorithmes de minage, principalement Scrypt et SHA256, ce qui signifie qu’elles ne peuvent être utilisées que pour certaines cryptocurrences spécifiques.
• GPU (« Graphical Processing Unit ») : il s’agit de machines capables d’effectuer une grande variété de calculs mathématiques, y compris des énigmes cryptographiques. Ils sont généralement utilisés sur les crypto-monnaies, dont l’algorithme de minage n’a pas encore été encodé dans un ASIC.

Ces dispositifs divergent en fonction de trois paramètres principaux :

• La puissance de calcul par seconde, appelée « hashrate » ;
• L’efficacité énergétique des puces.

Prix et délai de livraison

• Un dispositif plus puissant est capable de produire plus de hachage par seconde mais n’est pas nécessairement plus rentable si la consommation d’énergie ne diminue pas.
• Un appareil peut également être moins puissant et avoir une meilleure efficacité énergétique, ce qui peut le rendre plus rentable.
• Lorsque des appareils plus performants sont introduits sur le marché, le coût relatif des mineurs utilisant cet appareil est inférieur à celui des utilisateurs d’appareils de la génération précédente.
• En général, l’efficacité énergétique des puces minières augmente constamment, de sorte que les nouveaux appareils sont, relativement, beaucoup plus rentables que les générations précédentes.

Approche méthodologique

L’efficacité énergétique des mineurs ne pouvant être dissociée de leur consommation électrique, nous optons pour la méthodologie suivante :

1. Agrégation du nombre total de hachage par seconde pour tous les appareils ;
2. Consommation électrique brute, par heure, de tous les appareils ;
3. On obtient donc : le nombre de hachages totaux produits par unité d’électricité (watts) ;
4. Avec ces variables, nous pouvons donc déduire le nombre d’unités de crypto-monnaies qui sont produites par dollar d’électricité.

Comptabilité et approche mathématique

Le mandat consiste précisément à projeter les revenus en dollars canadiens générés par l’exploitation minière, ainsi que les coûts directs d’exploitation, afin de calculer la rentabilité de l’ exploitation minière avant les coûts associés.

Revenus

• Nous sommes en mesure de calculer le nombre de bitcoins qui seront produits par une machine, compte tenu de la difficulté de l’algorithme de minage (une fonction du nombre total de mines).
• Nous sommes en mesure d’estimer en dollars canadiens les revenus produits par une machine en fonction du nombre de bitcoins produits (affecté par la difficulté) et de leur valeur en dollars canadiens au moment de la production (affectée par le prix, l’offre et la demande).
• Les revenus ne tiennent pas compte des différentes méthodes de « paiement » proposées par les pools miniers. Les différentes formes de « reversement » tendent vers le même montant de revenu, en particulier pour les exploitations ayant une plus grande capacité.
• Nous utilisons des méthodes pour représenter les revenus d’une exploitation minière : par période et difficulté et par cumul. Les recettes par période de difficulté sont celles générées toutes les deux semaines, tandis que les recettes supplémentaires sont le total généré depuis le début de l’opération.
• La réduction de moitié du nombre de bitcoins, un événement qui a lieu tous les quatre ans, après lequel le nombre de bitcoins générés par bloc diminue de moitié (par exemple, en passant de 12,5 bitcoins par bloc à 6,25 bitcoins par bloc) est prise en compte. Nous estimons que cet événement aura lieu à la mi-juin 2020.
• Les coûts de transaction ne sont pas pris en compte. En général, les frais de transaction perçus par les mineurs ont tendance à être inférieurs au coût du service pour les pools miniers.

Nous observons que les frais de transaction moyens ont tendance à être légèrement inférieurs à 1 %.

Nous observons également que les pools qui permettent aux mineurs de recevoir des frais de transaction compensent ce manque de revenus par des frais de pool plus élevés.

Nous estimons donc généralement que les frais de transaction perçus et les coûts de fonctionnement du pool s’annulent mutuellement et sont donc exclus de nos calculs.

Coûts

• Les coûts sont calculés en dollars canadiens, quel que soit le prix du bitcoin.
• Les coûts pris en compte sont les coûts directement liés aux spécificités des mineurs, c’est-à-dire le coût des machines et les frais d’électricité.
• Les coûts connexes tels que le refroidissement, le loyer, les salaires des employés, la recherche et le développement, etc. doivent être pris en compte séparément pour la rentabilité des machines elles-mêmes et plutôt être pris en compte pour la rentabilité de la société qui exploite les machines.
• À toutes fins utiles, les coûts sont des variables qui peuvent être prédites et qui sont le résultat direct de la capacité d’un mineur à exécuter son plan d’affaires.
• La seule variable, outre le coût, qui peut être influencée par l’opérateur est le début de son activité (et le nombre et le modèle de machines achetées).
  Les coûts et les charges lors de la détermination de la rentabilité sont pris en compte comme des revenus avec une qualification « par période » et une qualification « cumulative ».
• En utilisant la qualification « coûts cumulés », nous incluons les coûts totaux payés pour chacune des périodes de difficulté, y compris le coût total des machines achetées avant et pendant cette période.
• Pour calculer le coût des machines, nous commençons par calculer le nombre d’appareils achetés, et nous multiplions par la valeur actuelle en dollars canadiens.

Frais d’électricité

Pour calculer le coût de l’électricité par période, nous utilisons la formule suivante :

= 14 * 24 * (Total Watts / 1000) * ($ / kWh)
= 14 * (kWh / jour) * ($ / kWh)

Cela implique que tous les mineurs sont toujours utilisés à tout moment.

Nous obtenons le nombre total de kilowatts consommés par heure, ce qui nous permet de calculer le coût horaire (puis journalier et par période de 14 jours) à partir d’un tarif exprimé en $/kWh.

Rentabilité

• La rentabilité qui doit être prise en compte et la rentabilité agrégée, c’est-à-dire le nombre de bénéfices totaux possibles pendant la durée de vie de l’opération.
• Le moment du début des opérations est un facteur crucial pour la rentabilité, car le rendement en bitcoins des machines est en baisse.
• Le compoundage des machines, c’est-à-dire une politique d’achat ou d’augmentation totale de la capacité minière, est un facteur essentiel car il prolonge dans le temps la durée de l’exploitation minière, ce qui offre un revenu en courbe ascendante.