Blockchain : une technologie énergivore ?

Le protocole blockchain est énergivore. Du moins c’est ce que prétendent de nombreux spécialistes en analysant la consommation énergétique des blockchains.  Toutes les blockchains consomment t-elles autant ? Existe-t-il des alternatives à cette consommation énergétique exponentielle?

Consensus blockchain et consommation énergétique

Avant d’attaquer la question de consommation énergétique des blockchains, nous nous devons de nous intéresser à la création et au fonctionnement des cryptomonnaies. En effet toutes les cryptomonnaies n’ont pas le même type de consensus. Ceci influe directement sur la consommation énergétique de leur blockchain. Le consensus est par définition un accord et consentement du plus grand nombre. Dans le monde de la Blockchain le consensus correspond au type de « Preuve » utilisé :

• Preuve de travail, ou proof of work en anglais (POW) ;
• Preuve de possession, ou proof of stake (POS)
• Preuve de possession déléguée, ou delegate proof of stake (DPOS)

Système POS ou POW, la création des coins/token est appelée « mining » du terme miner. Pour le DPOS on appelle ça « forging » du terme forger. À noter que le type de consensus peut être amené à être modifié au cours de l’existence d’une blockchain.

La « proof of work »

Créé en 1993, le système par « preuve de travail » permet de dissuader des attaques par déni de service (DOS) ou le spam, en requérant de la puissance de calcul. C’est un système difficile à produire car celui-ci requiert du temps et une importante consommation énergétique, notamment en raison de la réalisation de super calculs. Ces super calculs voient leur difficulté croitre au fur et à mesure du « minage » de la cryptomonnaie. 

Exemple des cryptomonnaies basés sur le système POW :  Bitcoin, Ethereum, Litecoin …

La « proof of stake »

Preuve d’enjeu ou preuve de participation en français, la POS demande à l’utilisateur de prouver la possession d’une certaine quantité de cryptomonnaie pour prétendre à pouvoir valider des blocs supplémentaires de la blockchain et de pouvoir toucher la récompense, s’il y en a une, à l’addition de ces blocs. Ce système permet entre autre de dissuader la « fuite » de valeur vers des devises fiat, car plus vous avez d’unités de la cryptomonnaie, plus vous êtes apte à gérer la validation de transactions.

Ce processus mise donc sur la participation et sur la détention de « coins » pour valider les transactions. La consommation énergétique est ici bien moins importante que pour un système de POW. Néanmoins, POW et POS sont choisis sur base de facteurs techniques pour les cryptomonnaies avant de se pencher sur le facteur énergétique.

Exemple de cryptomonnaies basées sur le système POS : Peercoin est la première à s’être basée sur ce consensus. D’autres implémentations ont été tentées selon différentes méthodes dont Pivix, ShadowCash, Nxt, BlackCoin, NuShares/NuBits et Qora.

La « delegated proof of stake »

Le DPOS est une variante du POS. En ce sens, les forgeurs (ou délégués, qui sécurisent le réseau) ne sont pas choisis en fonction de leur « stack » personnel, mais de la comptabilisation de votes qu’ils recensent. Les votes correspondent au nombre de token de la cryptomonnaie en base 1:1 ; 1 unité = 1 poids de vote. Ce système réduit considérablement le nombre de noeuds actifs pour sécuriser le réseau, et donc la consommation énergétique des blockchains.

Lisk par exemple, est une cryptomonnaie basée sur le système DPOS. Il y a un maximum de 101 délégués (forgeurs) chargés de sécuriser le réseau. Avec un maximum de 101 délégués, seuls les 101 premiers à avoir centralisés le plus de votes de la communauté sont autorisés à sécuriser le réseau.

Cela permet non seulement de sécuriser le réseau d’une façon quasi inviolable (car les investisseurs ne voteront pas pour n’importe qui), mais également de consommer moins, car Lisk, pour ne citer que lui, ne peut avoir plus de 101 forgeurs, soit 101 nodes actives maximum. Cela revient à une consommation énergétique moindre comparativement à un système comme le POW ou le POS.

La consommation énergétique du bitcoin en chiffres

De nombreuses recherches ont été effectuées sur la consommation énergétique de Bitcoin. Certains chercheurs ont comparés les résultats de leurs recherches aux consommations énergétiques de pays ou de foyers entiers.

C’est le cas du site comparatif des tarifs énergétiques Britannique PowerCompare qui à la date du 22 novembre 2017 fait un constat alarmant, selon lequel Bitcoin aurait dépassé la consommation énergétique de 159 pays en 2017.

https://twitter.com/PowerCompareUK/status/933441437450100739

Le tweet met en avant une carte du monde qui indique en jaune les pays du monde qui consomment annuellement moins que Bitcoin.

PowerCompare a utilisé les données de Digiconomist, qui affirme que le réseau Bitcoin requiert 30,14 térawatts heure (tWh) par an. C’est plus que la consommation annuelle en électricité de 19 pays européens et la plupart des États africains. À titre de comparaison, l’Irlande se situe à 25 tWh, la Slovaquie à 28,3 tWh, et la France à 43,1 tWh. Ils rajoutent qu’au cours du dernier mois seulement, la consommation d’électricité de Bitcoin a augmenté de 29,98%. Si elle continue d’augmenter à ce rythme, l’exploitation minière Bitcoin consommera toute l’électricité mondiale d’ici février 2020.

L’étude conclut par un constat alarmant :

• Revenus miniers annualisés estimés à l’échelle mondiale: 7,2 milliards de dollars américains (5,4 milliards de livres sterling).
• Coûts miniers estimés dans le monde: 1,5 milliard USD (1,1 milliard GBP).
• Nombre d’Américains qui pourraient être alimentés par l’exploitation minière bitcoin: 2,4 millions (plus que la population de Houston).
• Nombre de Britanniques qui pourraient être alimentés en énergie par le minage de Bitcoin: 6,1 millions (plus que la population de Birmingham, Leeds, Sheffield, Manchester, Bradford, Liverpool, Bristol, Croydon, Coventry, Leicester et Nottingham combinés). Ou Écosse, Pays de Galles ou Irlande du Nord.
• Chaque transaction en bitcoin nécessite autant de kilowattheures qu’un foyer américain sur une semaine.
• Le minage de bitcoin consomme plus d’électricité que 12 États américains (Alaska, Hawaii, Idaho, Maine, Montana, New Hampshire, Nouveau-Mexique, Dakota du Nord, Rhode Island, Dakota du Sud, Vermont et Wyoming).

Des alternatives à cette consommation exponentielle

Les systèmes POS ou DPOS comme alternative première

Face à ces défis énergétiques grandissants, de nombreuses équipes travaillant sur des blockchains en POW songent à modifier leur consensus. C’est par exemple le cas d’Ethereum qui compte modifier son consensus en basculant sur POS.

D’autres comme Pivx calculent la consommation de leur réseau entier et comparent les résultats à la consommation énergétique de Bitcoin.

Selon l’étude de l’équipe Pivx, leur blockchain avec 10.000 noeuds complets consomme 35% de l’énergie annuelle d’une éolienne, ou 15 panneau solaires. Ce qui pour une blockchain entière ne représente pas grand chose. Mais l’étude est allée plus loin en calculant ce que couterait énergétiquement non plus 10 mais 100.000 noeuds complets Pivx. Ils arrivent à la conclusion que seules 2 éoliennes ou 150 panneaux solaires suffiraient pour alimenter l’intégralité du réseau. Une consommation non négligeable mais qui reste bien moindre que la consommation actuelle de Bitcoin.

Comparons le système Pivx (POS) avec un système DPOS utilisé par exemple par la blockchain Lisk. Ce n’est pas 10.000 ou 100.000 noeuds qu’utilise Lisk, mais 101. Cela réduit considérablement la consommation énergétique sans pour autant affecter la scalabilité de la blockchain. Car Lisk est une des blockchains les plus rapides du marché (environ 10 secondes pour valider une transaction).

Des cryptomonnaies basées sur la redistribution d’énergie

Nombreuses sont les blockchains qui se focalisent et développent des alternatives uniquement sur la récolte, distribution et redistribution d’énergie. Notamment afin d’optimiser au mieux le traitement des offres et demandes de surplus d’énergie.

C’est l’exemple de cryptomonnaies comme :

•  SolarCoin, lancée en 2014, elle forme un système de récompense incitant les consommateurs à passer à l’énergie solaire. Entreprises ou particuliers disposant de panneaux solaires peuvent recevoir des SolarCoins en fonction de l’énergie qu’ils produisent (1 mégawattheure (MWh) d’énergie solaire donne droit à 1 SolarCoin). Ce projet a déjà récompensé  150 000 MWh de surplus d’énergie solaire. Ces surplus d’énergie ont ainsi pu être récompensés par des SolarCoins, dans 24 pays.
•  ElectriCChain vise à répertorier toutes les installations solaires et à fournir des données climatiques non confidentielles. Ces données sont utilisables pour des études scientifiques.
•  Electraseed entend déployer des kits solaires autonomes, formant leur propre réseau électrique et gérant tous les échanges via blockchain. Une centaine d’équipements ont étés installés en Afrique pour une expérimentation-pilote en mai 2017. Cette expérimentation doit mener au déploiement de 100 000 unités en 2018.
• Power Ledger a lancé en décembre « le premier marché d’électricité résidentielle propulsé par une blockchain ». Testé en Nouvelle Zélande l’été dernier, le dispositif permet aux propriétaires d’équipements solaires de vendre leur surplus d’énergie. Tous les échanges s’effectuant sur une blockchain dédiée, Ecochain.
• Le projet Brooklyn Microgrid veut permettre aux utilisateurs de gérer localement et de façon indépendante leur propre réseau électrique, en s’appuyant sur la blockchain Ethereum pour former « un marché de l’énergie communautaire et partagé ». Les surplus d’électricité s’échangeant entre voisins, via des transactions sécurisées.

Il est évident que la blockchain pionnière Bitcoin est énergivore. Avec une consommation énergétique évoluant proportionnellement à la capitalisation totale du bitcoin, le réseau Bitcoin représente un coût énergétique important. Et cela ne risque pas de s’arranger, car en effet plus le temps passe et plus les calculs de minage sont difficiles. De plus, ces calculs nécessitent la constante acquisition de nouvelles technologies, et de toujours plus d’énergie. Mais rappelons que Bitcoin est la première blockchain créée et la plus ancienne. On pourrait se poser la question de combien coûte la création monétaire mondiale, et quelle quantité de ressources (électricité, pétrole) cela nécessite t-il?

Face à un intérêt grandissant et des projets axés sur la redistribution d’énergie, la technologie Blockchain réussira t-elle à inverser la tendance sur sa consommation énergétique ?

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Sources : Engie Powercompare twitter l’express les échos ;
Image : dencg/Shutterstock.com

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