Qu’est-ce qu’un nonce en crypto ?

Qu’est-ce qu’un nonce ?

Un nonce en crypto est une abréviation de “number used once”, un nombre qui, dans l’écosystème crypto, n’est utilisé qu’une seule fois. Cette valeur unique garantit que les résultats des calculs ou des vérifications changent à chaque fois. Les nonces sont utilisés au sein des blockchains comme un outil permettant de prévenir la fraude, de sécuriser les transactions et de rendre possible le consensus au sein d’un réseau.

Dans la pratique, un nonce en crypto remplit deux fonctions principales :

• Lors du minage dans les blockchains Proof of Work
• Dans les transactions et les mécanismes de sécurité

Bien que ces deux applications se ressemblent, le rôle du nonce varie selon le contexte.

À retenir

• Un nonce est un nombre unique (“number used once”) utilisé pour éviter la répétition et la manipulation au sein des blockchains.
• Dans les réseaux Proof of Work, les mineurs ajustent en permanence le nonce afin de trouver un hash valide.
• Sur Bitcoin, le nonce est limité à 32 bits, ce qui explique pourquoi les mineurs utilisent des variations supplémentaires comme un extra nonce et des timestamps.
• Le nonce contribue à la sécurité en rendant la modification ou la falsification des blocs extrêmement coûteuse.
• Sur Ethereum, le nonce fonctionne comme un numéro d’ordre de transaction par compte et est indépendant du consensus.

Qu’est-ce que le nonce dans le Proof of Work (comme Bitcoin) ?

Dans les blockchains Proof of Work (PoW), les mineurs doivent démontrer qu’ils ont effectué un travail de calcul avant d’être autorisés à ajouter un nouveau bloc. Cette preuve est apportée en trouvant un hash valide.

Un hash est le résultat d’une fonction de hachage cryptographique. Il s’agit d’une fonction mathématique qui transforme les données d’entrée en une chaîne de caractères de longueur fixe. Cette fonction de hachage (souvent SHA-256) est unidirectionnelle. Cela signifie qu’il est impossible de retrouver l’entrée originale à partir du hash. Par conséquent, il n’existe qu’une seule manière de trouver un hash valide : effectuer un très grand nombre de calculs.

Le nonce est le nombre variable que les mineurs modifient afin de générer un hash différent à chaque tentative. Il est stocké dans l’en-tête du bloc. En modifiant le nonce, un mineur peut essayer un nouveau hash à chaque fois. Les mineurs continuent d’ajuster le nonce jusqu’à ce qu’ils trouvent un hash valide. En outre, le hash doit respecter la règle de difficulté du réseau, par exemple être inférieur à un certain seuil.

Pourquoi les mineurs continuent-ils de modifier le nonce ?

Le réseau crypto règle la difficulté de manière à ce qu’il faille en moyenne un block time fixe pour trouver un nouveau bloc (par exemple environ 10 minutes pour Bitcoin). Les mineurs tentent donc en permanence de générer un hash différent en ajustant le nonce. Ce processus peut représenter des millions, voire des milliards de tentatives par seconde.

Aux débuts de Bitcoin, ce processus était relativement simple et les mineurs devaient effectuer beaucoup moins de tentatives. À cette époque, il était même possible de miner du Bitcoin avec un ordinateur portable, alors qu’aujourd’hui cela est pratiquement impossible et que des ordinateurs ASIC spécialisés sont principalement utilisés.

Lorsqu’un mineur trouve un hash qui respecte la règle de difficulté, le bloc est partagé avec le réseau. D’autres nœuds vérifient ensuite si le bloc est valide et l’ajoutent à la blockchain. Le même processus recommence ensuite pour le bloc suivant.

Quelle est la limite du nonce et la variation supplémentaire sur Bitcoin ?

Sur Bitcoin, le nonce est limité à 32 bits, ce qui correspond à un peu plus de 4 milliards de valeurs possibles. Les mineurs modernes peuvent parcourir cet espace très rapidement et utilisent donc des méthodes supplémentaires pour continuer à modifier l’entrée. Ils ajoutent par exemple un extra nonce dans la transaction coinbase (une variable supplémentaire dans la récompense du mineur) et ajustent le timestamp, c’est-à-dire le moment auquel le bloc est enregistré. L’objectif reste identique : générer de nouveaux résultats de hash.

Comment un nonce contribue-t-il à la sécurité ?

Le nonce rend le Proof of Work pratique et sûr :

Il rend la falsification des blocs extrêmement coûteuse. Pour falsifier un bloc, il faudrait retrouver un hash valide. Cela nécessite en général au moins autant de puissance de calcul que celle du reste du réseau réuni (ce que l’on appelle une attaque des 51%), ce qui rend la fraude pratiquement irréalisable.

• Tout le monde peut vérifier facilement si un bloc est valide. Les autres nœuds doivent simplement vérifier si le hash du bloc respecte les règles. Cela demande très peu de temps ou d’énergie et s’avère donc très efficace.
• Il garantit une concurrence équitable entre les mineurs. Comme tous les mineurs suivent les mêmes règles et ne peuvent réussir qu’en effectuant un véritable travail de calcul, une concurrence ouverte et transparente s’instaure.
• Plus la blockchain devient grande, plus il est difficile de manipuler des blocs anciens. Si quelqu’un souhaitait modifier un ancien bloc, il devrait reminer ce bloc ainsi que tous les blocs suivants, ce qui nécessiterait une quantité considérable de temps et d’énergie.

Comment fonctionne un nonce sur Ethereum et d’autres altcoins ?

Un nonce fonctionne différemment sur Ethereum et sur d’autres altcoins par rapport au minage de Bitcoin. Sur Ethereum, qui utilise le Proof of Stake (PoS), un nonce agit comme un numéro séquentiel croissant par compte. Chaque transaction reçoit un nonce, ce qui garantit que les transactions sont toujours traitées dans le bon ordre et qu’une même transaction ne peut pas être exécutée deux fois. Sur Ethereum, le nonce est un mécanisme de transaction et non un outil utilisé pour atteindre le consensus.

Quels sont les inconvénients des nonces ?

Les nonces en eux-mêmes ne constituent pas un inconvénient, mais la manière dont ils sont utilisés dans les réseaux Proof of Work entraîne certains désavantages :

• L’ajustement constant du nonce pour trouver un hash valide nécessite un travail de calcul intensif et entraîne une consommation d’énergie élevée.
• À mesure que le réseau se développe et que davantage de mineurs y participent, la difficulté augmente et de plus en plus de calculs sont nécessaires.
• Les économies d’échelle liées au matériel spécialisé et à l’énergie bon marché peuvent avantager les grands pools de minage.

Ces inconvénients jouent un rôle important dans la comparaison entre le Proof of Work et le Proof of Stake.

En résumé

Un nonce est un outil technique essentiel au sein de la technologie blockchain, garantissant unicité, sécurité et fiabilité. Dans les réseaux Proof of Work, le nonce constitue un élément clé du processus de minage et de la sécurité de la blockchain, tandis que sur des blockchains comme Ethereum, il est principalement utilisé pour ordonner correctement les transactions et éviter les exécutions en double. Bien que les nonces n’aient pas d’inconvénients en eux-mêmes, leur utilisation dans le Proof of Work entraîne des coûts énergétiques élevés et des économies d’échelle pour les grands mineurs, ce qui explique pourquoi de plus en plus de réseaux se tournent vers des mécanismes de consensus alternatifs comme le Proof of Stake.