Plonger dans l’ajustement de la difficulté de Bitcoin

La difficulté du Bitcoin a un plafond d’ajustement, il y aura donc un décalage dans le passage à un nouveau taux de hachage d’équilibre après de grandes variations de prix.

L’une des plus grandes innovations du Bitcoin est l’ajustement de la difficulté. Satoshi a construit un système robuste et durable dans le temps, quelle que soit la puissance de calcul des mineurs sur le réseau. Tous les blocs de 2016, ou environ toutes les deux semaines, le protocole Bitcoin ajuste la cible utilisée dans le minage de Bitcoin. Examinons en profondeur le fonctionnement de la difficulté Bitcoin et ses ramifications économiques.

Exploitation minière et difficulté

Les mineurs de Bitcoin gagnent à la loterie minière mondiale en produisant un hachage d’en-tête de bloc inférieur à l’objectif fixé par le protocole Bitcoin. Chaque opération de hachage consomme de l’énergie et produit un nombre aléatoire. Ce nombre est en moyenne assez élevé. Mais très occasionnellement, cela peut être faible. Les mineurs sélectionnent chaque nombre aléatoire en une seule opération de hachage.

Au fil du temps, à mesure que le matériel informatique s’améliore, les mineurs peuvent exécuter davantage de ces opérations de hachage, produisant toujours plus de nombres aléatoires et, par conséquent, toujours plus de chances de gagner à la loterie. Si l’objectif était fixé, les mineurs gagneraient à la loterie de plus en plus vite (à mesure que le matériel informatique s’améliore) et donc les temps de blocage diminueraient. Ce serait un problème car cela surchargerait la blockchain enregistrée sur le disque par tous les nœuds complets.

Pour éviter cela, Satoshi ajuste l’objectif pour revenir au temps de bloc moyen de 10 minutes par bloc. Cela signifie que si les temps de blocage dans n’importe quelle fenêtre de blocs de 2016, appelée période d’ajustement de la difficulté, sont inférieurs à 10 minutes, la difficulté augmentera, c’est-à-dire que l’objectif diminuera (la difficulté se déplace exactement à l’inverse de l’objectif). De cette façon, à mesure que les ordinateurs s’améliorent, même si les temps de blocage peuvent diminuer à court terme, l’objectif s’ajuste simplement à la baisse afin que les temps de blocage reviennent à leur moyenne de 10 minutes par bloc. Et cela fonctionne également à l’envers. Si le temps de blocage augmente, Bitcoin diminuera automatiquement la difficulté (et augmentera donc l’objectif), ce qui ramènera les temps de blocage à leur moyenne de 10 minutes par bloc.

Pour voir cela intuitivement, imaginez une loterie où l’administrateur de la loterie annonce que quiconque choisit un nombre aléatoire entre un et un million gagnera si son numéro est inférieur à 100. Si chaque tirage de la loterie est véritablement aléatoire, alors la probabilité de gagner le la loterie vaut 100 sur un million ; il y a 100 numéros gagnants possibles (chaque numéro étant compris entre 1 et 100) et la probabilité de tirer l’un d’entre eux est de 1 sur un million. La probabilité de gagner est donc de 0,01 % pour un billet de loterie donné. Si cet objectif de 100 tombe à 10, alors la loterie devient 10 fois plus difficile, avec une chance de gagner désormais de 0,001 %. Il s’agit essentiellement de la loterie minière Bitcoin, sauf que l’espace des nombres ne va pas jusqu’à un million mais un montant beaucoup plus élevé, 2²⁵⁶ .

Les plafonds de difficulté

Satoshi a implémenté l’ajustement de la difficulté avec un plafond. En fait, l’objectif peut être ajusté d’un facteur quatre au maximum dans les deux sens. Pour voir cela, voici un graphique de ce que sera la nouvelle cible proportionnellement à l’ancienne cible :

Expliquons cette image.

Le différentiel de temps est le temps réel qu’il a fallu pour extraire les blocs de 2016. Ainsi, si cela prend plus de deux semaines, le nouvel objectif est ajusté à la hausse proportionnellement. La majeure partie de l’ajustement se produit dans la plage intermédiaire où la ligne est inclinée. C’est la zone de retour à la moyenne. En dehors de ces points, l’objectif, et donc la difficulté, est plafonné. Ainsi, en d’autres termes, si l’ajustement de la difficulté nécessite une augmentation majeure par rapport à l’objectif actuel, il sera plafonné à au plus quatre fois l’objectif précédent. De même, si la difficulté doit être beaucoup plus faible au cours de cette période plutôt que la précédente, elle sera réduite à au plus 25 % de l’objectif précédent.

Personne ne sait pourquoi Satoshi a mis en place ces plafonds, mais voici quelques-uns de leurs effets. L’effet principal est que la difficulté s’ajustera avec un certain décalage. Pour voir cela, considérons quelques scénarios simples.

Supposons que le gouvernement américain interdise le Bitcoin et que le prix du Bitcoin s’effondre. Cela réduira considérablement les rendements du minage, puisque les mineurs reçoivent leur compensation en Bitcoin mais paient leur énergie en dollars. Leur économie est donc très sensible au taux de change BTC-USD. De nombreux mineurs pourraient alors se fermer ou quitter le marché, ce qui entraînerait l’effondrement du taux de hachage. Bitcoin ajustera sa difficulté à la baisse, mais il ne pourra augmenter l’objectif que d’un facteur quatre à chaque période d’ajustement de la difficulté des blocs de 2016. Si le prix reste bas, il faudra peut-être du temps avant que le taux de hachage atteigne son nouveau niveau d’équilibre au nouveau prix.

De même, supposons qu’une économie majeure comme la Russie adopte le Bitcoin comme monnaie légale. Cela entraînerait une hausse du prix du Bitcoin, ce qui catapulterait les rendements du minage de Bitcoin. Davantage de mineurs entreraient et le taux de hachage augmenterait. Avec ce nouveau taux de hachage, les temps de blocage diminueraient. Étant donné que de plus en plus de mineurs exploitent, Bitcoin ajustera alors la difficulté à la hausse, mais ne réduira l’objectif que d’un facteur quatre au maximum. À court terme, les temps de bloc resteront inférieurs à dix minutes par bloc jusqu’à ce que la difficulté atteigne son nouvel équilibre, correspondant au prix plus élevé permanent.

Les données

J’ai extrait les données de mon nœud complet pour examiner si la difficulté de Bitcoin a déjà atteint son plafond :

Dans le bloc 66529, la difficulté a été ajustée à la hausse pour atteindre son plafond supérieur. Puisque la difficulté et la cible sont inverses, cela signifie qu’à ce bloc, la cible a atteint son plafond inférieur :

C’était au début de l’histoire des Bitcoins, lorsque le taux de hachage (et le prix !) était bien plus volatil au jour le jour qu’aujourd’hui. Depuis lors, presque toujours, la difficulté s’ajuste à la hausse au fil des périodes (et l’objectif s’ajuste à la baisse), reflétant l’augmentation constante du hashrate du réseau. Les rares exceptions sont l’interdiction du minage en Chine en 2020, lorsque le hashrate a chuté et que la difficulté a temporairement diminué.

En fin de compte : les plafonds et les planchers d’ajustement de la difficulté signifient simplement que la difficulté du Bitcoin s’adaptera lentement à son nouvel équilibre, mais elle y arrivera. Pendant cette période, les temps de blocage peuvent être supérieurs ou inférieurs à dix minutes pour cette période. La taille ou la taille dépend du taux de hachage du réseau, qui lui-même dépend du prix du Bitcoin.