Qu’est-ce que le double spending problem et comment est-il résolu ?

Qu’est-ce que le double spending problem ?

Le double spending problem est un problème fondamental des systèmes de paiement numériques, dans lequel une même unité numérique est dépensée plus d’une fois. Avec l’argent physique, cela est quasiment impossible, car un billet ne peut être remis qu’une seule fois. Les cryptomonnaies, en revanche, n’existent que sous forme de données et peuvent théoriquement être copiées ou renvoyées. Sans mécanismes de sécurité supplémentaires, une même cryptomonnaie ou un même token pourrait être utilisé plusieurs fois.

Exemple
Imaginons qu’une personne utilise 0,01 Bitcoin pour payer un achat en ligne. En même temps, cette personne envoie une seconde transaction utilisant exactement les mêmes 0,01 Bitcoin à un ami. Les deux transactions sont diffusées sur le réseau à peu près au même moment, avant d’être confirmées sur la blockchain. Au final, une seule de ces transactions peut être incluse dans la blockchain. L’autre est rejetée, car le même Bitcoin ne peut pas être dépensé deux fois. Si un commerçant accepte le paiement avant qu’il ne soit inscrit dans la blockchain, il peut expédier le produit alors qu’il s’avère plus tard que le paiement était invalide.

Le double spending problem est apparu à l’ère numérique, lorsqu’il est devenu évident que la rareté numérique n’est pas automatique. Alors que les objets physiques sont naturellement rares, les cryptomonnaies ont nécessité une solution technique garantissant que chaque unité ne puisse être dépensée qu’une seule fois.

À retenir

• Le double spending problem correspond à la possibilité de dépenser plusieurs fois la même unité monétaire numérique.
• Comme l’argent numérique est constitué de données, il peut être copié ou renvoyé sans protection supplémentaire.
• Les banques empêchent cela grâce à un contrôle centralisé, mais cela est plus complexe pour les cryptomonnaies en raison de leur nature décentralisée.
• La technologie blockchain empêche le double spending problem en enregistrant les transactions dans des blocs et en les validant collectivement par consensus.
• Cela permet à la monnaie numérique de fonctionner sans intermédiaire central.

Pourquoi le double spending problem est-il un problème pour la monnaie numérique ?

Le problème de la monnaie numérique est qu’elle n’est constituée que de données. Sans contrôle supplémentaire, il est impossible de savoir si une même unité numérique a déjà été dépensée. De plus, un fichier numérique peut être facilement copié, ce qui rend difficile l’identification de la version « authentique ». Si plusieurs copies de la même monnaie numérique peuvent être utilisées simultanément, celle-ci perd sa valeur et sa fiabilité.

Pour éviter cela, il est essentiel, notamment pour les banques en ligne, que chaque paiement soit définitif. Dès qu’un doute apparaît quant au fait qu’une somme a déjà été dépensée, la confiance dans le système disparaît. Le double spending problem peut donc faire perdre à la monnaie numérique sa fiabilité en tant que moyen de paiement.

Les banques peuvent prévenir ce problème grâce à leur rôle central, en tenant un registre centralisé. Ce registre permet de suivre précisément le solde de chaque compte. À chaque paiement, la banque vérifie si le solde est suffisant et l’ajuste immédiatement après la transaction.

Comme toutes les transactions passent par une entité centrale unique, la même somme d’argent ne peut pas être dépensée plusieurs fois. Le système financier bancaire repose entièrement sur la confiance accordée aux banques et autres institutions financières en tant que tiers. Les cryptomonnaies fonctionnant sans entité centrale, le problème est donc plus complexe.

Pourquoi le double spending problem est-il plus complexe avec les cryptomonnaies ?

Les cryptomonnaies sont conçues pour permettre des transactions peer-to-peer, c’est-à-dire sans intermédiaire central comme une banque. Elles reposent sur un réseau décentralisé d’ordinateurs, appelés nœuds. Chaque nœud possède une copie du registre numérique et reçoit les transactions indépendamment des autres nœuds.

Comme les transactions nécessitent du temps pour se propager dans le réseau et doivent être validées, il existe une période temporaire durant laquelle le réseau n’a pas encore atteint de consensus. Pendant ce laps de temps, un utilisateur peut envoyer plusieurs transactions conflictuelles avec la même cryptomonnaie. Des mécanismes de sécurité supplémentaires sont donc nécessaires afin que le réseau puisse déterminer quelles transactions sont valides ou non.

Les attaques de double spending problem dans les cryptomonnaies

En raison de la structure décentralisée des blockchains, des acteurs malveillants peuvent tenter des attaques exploitant le délai entre l’envoi et la réception des transactions. Outre l’exemple classique, il existe plusieurs types d’attaques, telles que la race attack, la Finney attack et la 51% attack.

Qu’est-ce qu’une race attack ?

Lors d’une race attack, un attaquant envoie presque simultanément plusieurs transactions depuis la même wallet vers différents destinataires, par exemple pour obtenir un produit, alors que le solde est insuffisant pour couvrir toutes les transactions. Les destinataires qui acceptent ces transactions non confirmées peuvent expédier les produits avant que le réseau ne valide les transactions. Au final, une seule transaction est approuvée et inscrite dans la blockchain, tandis que les autres sont rejetées.

Qu’est-ce qu’une Finney attack ?

Une Finney attack est une forme avancée du double spending problem et nécessite une capacité de minage importante. L’attaquant commence par miner un bloc valide, sans le diffuser immédiatement sur le réseau. Ce bloc contient une transaction par laquelle l’attaquant dépense ses propres coins. Tant que le réseau n’en a pas connaissance, l’attaquant utilise les mêmes coins pour effectuer un paiement auprès d’un commerçant acceptant les transactions non confirmées. Une fois le paiement effectué, l’attaquant publie le bloc miné, rendant le paiement au commerçant invalide. Cette attaque porte le nom de Hal Finney, l’un des premiers développeurs de Bitcoin, qui a décrit théoriquement ce scénario afin d’illustrer les risques liés aux transactions non confirmées.

Qu’est-ce qu’une 51% attack ?

Lors d’une 51% attack, un groupe d’attaquants contrôle plus de la moitié de la puissance de calcul totale du réseau. Détenant la majorité, ils peuvent décider quels blocs sont acceptés et même réécrire des transactions. Dans les grands réseaux comme Bitcoin, cela est extrêmement difficile et coûteux en pratique, mais théoriquement possible.

Comment la blockchain empêche-t-elle le double spending problem ?

Les mécanismes de consensus tels que le Proof-of-Work (PoW) et le Proof-of-Stake (PoS) permettent au réseau de s’accorder collectivement sur la validité des transactions. La technologie blockchain résout ainsi le double spending problem sans autorité centrale. Toutes les transactions sont enregistrées dans un registre distribué public. Les transactions sont regroupées en blocs, chaque bloc étant relié cryptographiquement au bloc précédent. Il en résulte une chaîne, la blockchain, pratiquement immuable. Pour manipuler les transactions, un attaquant devrait mobiliser des quantités énormes de puissance de calcul et de capital, rendant ces attaques économiquement peu attractives.

Une protection supplémentaire contre le double spending problem consiste à attendre plusieurs confirmations. Une confirmation intervient lorsqu’une transaction est incluse dans un bloc miné. Plus il y a de blocs ajoutés après ce bloc, plus la probabilité que la transaction soit annulée diminue. Dans le cas de Bitcoin, il est courant d’attendre entre deux et six confirmations avant de considérer un paiement comme définitif. Ce mécanisme protège également contre les scissions temporaires de la blockchain, le réseau sélectionnant automatiquement la chaîne la plus longue comme chaîne principale.

Pourquoi le double spending problem est-il si important ?

La résolution du double spending problem est essentielle au bon fonctionnement des cryptomonnaies. Sans moyen fiable d’empêcher les doubles dépenses, la monnaie numérique ne peut ni conserver sa valeur ni fonctionner comme moyen de paiement.

La technologie blockchain garantit que les transactions numériques sont vérifiées par un réseau plutôt que par une seule entité centrale. La prévention du double spending problem est donc indispensable, car sans cette protection, la monnaie numérique ne serait pas fiable.

En résumé

Le double spending problem constitue l’un des principaux défis de la monnaie numérique et représente une différence majeure entre les systèmes financiers traditionnels et les cryptomonnaies. Alors que les banques imposent la confiance par un contrôle centralisé, la technologie blockchain s’appuie sur un réseau décentralisé pour empêcher les doubles dépenses. Grâce aux mécanismes de consensus, aux blocs et aux confirmations, le réseau détermine quelles transactions sont valides. Sans cette solution, les cryptomonnaies ne pourraient pas fonctionner de manière fiable comme moyen de paiement. La prévention du double spending problem est donc un pilier fondamental de la technologie blockchain.