Table des Matières
- 1 Introduction
- 2 Externalités du taux de hachage
- 3 Targeted Nakamoto - Une Perspective de Conception de Mécanismes
- 4 Le Modèle
- 5 La politique de récompense de bloc ciblée
- 6 Effets stratégiques de la politique d'ajustement des blocs
- 7 Neutralité monétaire
- 8 Conclusion
- 9 Original Analysis
- 10 Détails Techniques
- 11 Implémentation du Code
- 12 Applications Futures
- 13 Références
1 Introduction
Les cryptomonnaies basées sur la blockchain à Preuve de Travail (PoW) comme Bitcoin nécessitent l'application de puissance de calcul par les mineurs pour faire fonctionner le réseau. Les mineurs assemblent des blocs et rivalisent pour résoudre une énigme définie par le code. Le nombre de tentatives de résolution de cette énigme (un hachage par tentative) qu'un ordinateur de minage effectue dans un intervalle de temps spécifié est son taux de hachage, ce qui consomme de l'électricité.
1.1 Équilibrage des risques concurrents
Bitcoin est confronté à deux risques existentiels contradictoires : actuellement, la forte consommation énergétique du minage provoque un contrecoup politique ; à l'avenir, la réduction des récompenses des mineurs entraînera une baisse du taux de hachage, réduisant le coût d'une attaque. Targeted Nakamoto équilibre ces préoccupations en orientant le taux de hachage vers une cible choisie.
1.2 Liens vers le code et l'API Web
Kristian Praizner a écrit le code de l'algorithme de contrôle du hashrate et l'a implémenté sur une API qui accompagne cet article.
1.3 Littérature connexe
L'article s'appuie sur les recherches existantes en conception de mécanismes blockchain et les améliorations du protocole Bitcoin, citant des travaux sur l'optimisation de la PoW et les modèles de sécurité réseau.
1.4 La question de recherche et les contraintes de conception
Comment concevoir un protocole qui préserve la sécurité de Bitcoin tout en réduisant son impact environnemental, sans compromettre la neutralité monétaire ni créer de nouveaux vecteurs d'attaque.
1.5 Feuille de route
L'article poursuit en analysant les externalités du taux de hachage, présente le mécanisme Targeted Nakamoto, modélise ses effets et examine les considérations de mise en œuvre.
2 Externalités du taux de hachage
L'activité minière génère deux externalités majeures : la sécurité du réseau (positive) et les émissions de carbone (négative). Un taux de hachage plus élevé accroît la sécurité mais augmente également la consommation énergétique.
2.1 Dépendances
Le hashrate dépend des récompenses de bloc, des coûts d'électricité et de l'efficacité du matériel de minage. La relation suit : $H = f(R, C_e, E)$ où $H$ est le hashrate, $R$ est la récompense de bloc, $C_e$ est le coût de l'électricité et $E$ est l'efficacité du matériel.
2.2 Sécurité du réseau
Le coût de sécurité du réseau diminue avec le hashrate : $S_c = \frac{k}{H}$ où $S_c$ est le coût de sécurité et $k$ est une constante. Un hashrate plus élevé rend les attaques 51% plus coûteuses.
3 Targeted Nakamoto - Une Perspective de Conception de Mécanismes
Targeted Nakamoto est un protocole qui incite les mineurs à concentrer leur hashrate dans la fourchette de coût minimal en plafonnant les récompenses de bloc au-dessus de la cible et en imposant un plancher de récompense en dessous.
3.1 Blocs Fondamentaux de Targeted Nakamoto
Le protocole utilise des récompenses de bloc ajustables, des déclencheurs basés sur la difficulté et des mécanismes de neutralité monétaire pour maintenir l'intégrité du système tout en contrôlant le taux de hachage.
3.2 Aperçu de la conception mécanique des protocoles
La conception suit des principes de compatibilité incitative où les mineurs sont économiquement motivés à maintenir le taux de hachage près du niveau cible sans coordination centralisée.
4 Le Modèle
Le modèle mathématique formalise la relation entre la puissance de calcul, les récompenses de bloc et les paramètres du réseau pour prédire le comportement du système sous le protocole proposé.
4.1 Le signal de difficulté du puzzle du hashrate
La difficulté du réseau $D$ sert d'indicateur pour le taux de hachage : $D \propto H$. Le protocole utilise les mesures de difficulté pour déclencher des ajustements de récompense lorsque $D$ s'écarte de la cible $D_t$.
4.2 Équilibre minier
L'équilibre minier se produit lorsque $R \times P_s = C_e \times E \times H$, où $P_s$ est la probabilité de résoudre le puzzle. Le protocole ajuste $R$ pour maintenir $H$ près du niveau optimal.
5 La politique de récompense de bloc ciblée
L'innovation fondamentale : une politique dynamique de récompense par bloc qui s'ajuste en fonction de la puissance de hachage actuelle par rapport aux niveaux cibles.
5.1 Les allocations d'ajustement de la récompense de bloc
Lorsque la puissance de hachage dépasse la cible : $R_{actual} = R_{base} - \Delta R$. Lorsque la puissance de hachage est inférieure à la cible : $R_{actual} = R_{base} + \Delta R$.
5.2 Signal de difficulté du puzzle et points de commutation de politique
Policy triggers activate when $|D - D_t| > \delta$ where $\delta$ is the tolerance threshold. Adjustment magnitude: $\Delta R = \alpha |D - D_t|$ with $\alpha$ as sensitivity parameter.
5.3 Politique de contrôle du taux de hachage
L'algorithme de contrôle utilise une rétroaction proportionnelle-intégrale pour minimiser les oscillations et maintenir un taux de hachage stable autour du niveau cible.
6 Effets stratégiques de la politique d'ajustement des blocs
La politique crée des incitations économiques prévisibles qui orientent le comportement des mineurs vers le niveau de hashrate socialement optimal.
6.1 Stabilité de l'équilibre des mineurs
L'analyse montre que le système converge vers un équilibre stable où l'avantage marginal en sécurité équivaut au coût environnemental marginal.
6.2 Ajustement Dynamique de la Puissance de Hash
Les simulations démontrent que le hashrate réagit aux ajustements de récompense en 2-3 périodes d'ajustement de difficulté, montrant une convergence rapide vers la cible.
7 Neutralité monétaire
La neutralité monétaire est maintenue par des ajustements proportionnels du potentiel de dépense parmi les détenteurs d'UTXO, compensant les ajouts et soustractions à la récompense de bloc.
7.1 La politique monétaire ciblée
Le protocole utilise des ajustements de l'ensemble UTXO pour garantir que la masse monétaire totale reste inchangée malgré les variations de récompense de bloc : $\sum UTXO_{value} = constant$.
8 Conclusion
Targeted Nakamoto représente une approche prometteuse pour concilier les impératifs de sécurité de Bitcoin avec les préoccupations environnementales, offrant un cadre pour une exploitation durable de la blockchain PoW.
9 Original Analysis
Mettre le doigt dessusTargeted Nakamoto tente de résoudre le paradoxe fondamental de durabilité de Bitcoin, mais la complexité de mise en œuvre pourrait surpasser ses avantages théoriques. Il s'agit d'une autre solution académique en quête d'un problème concret.
Chaîne logiqueL'argument central du document suit une logique économique claire : le hashrate génère des bénéfices en sécurité et des coûts environnementaux → le hashrate optimal minimise le coût total → les ajustements de protocole peuvent guider les mineurs vers cet optimum. Cependant, la chaîne se brise lors de la mise en œuvre. Comme de nombreux articles sur la conception de mécanismes (similaires aux idées élégantes mais impraticables des premières recherches sur CycleGAN), la beauté mathématique ne se transpose pas à la réalité de la blockchain. L'hypothèse que les mineurs accepteront passivement les manipulations de récompense ignore les dynamiques compétitives qui animent le minage de Bitcoin.
Points forts et points faibles :Le mécanisme de neutralité monétaire est véritablement innovant - l'utilisation d'ajustements UTXO pour compenser les changements de récompense démontre une compréhension profonde de l'architecture Bitcoin. Cela dépasse les propositions plus simples comme les premières "difficulty bombs" d'Ethereum. Cependant, la proposition souffre des mêmes pièges de planification centrale que Bitcoin était conçu pour éviter. Définir le hashrate "optimal" nécessite exactement le type de jugement subjectif que les systèmes décentralisés éliminent. Le Cambridge Bitcoin Electricity Consumption Index montre que Bitcoin consomme actuellement ~100 TWh annuellement - qui a le droit de décider quel devrait être le chiffre "correct" ?
Implications pour l'action :Pour les développeurs : étudier le mécanisme d'ajustement de l'UTXO pour d'autres applications, mais éviter les aspects de planification centrale. Pour les mineurs : se préparer à l'émergence de structures de récompense plus sophistiquées. Pour les chercheurs : se concentrer sur des solutions moins intrusives comme l'intégration d'énergies renouvelables. La communauté Bitcoin devrait considérer cela comme une expérience de pensée intéressante plutôt que comme une voie de mise à niveau pratique. Comme l'a montré le processus de développement de Bitcoin Core (référence : Bitcoin Improvement Proposals governance model), les solutions académiques élégantes survivent rarement au contact de la philosophie de mise à niveau conservatrice de Bitcoin.
10 Détails Techniques
Le protocole utilise une approche de théorie de contrôle avec l'équation fondamentale : $H_{t+1} = H_t + \beta(R_t - C(H_t))$ où $\beta$ est la vitesse d'ajustement, $R_t$ est la récompense actuelle, et $C(H_t)$ est la fonction de coût minier. Le hashrate optimal $H^*$ résout : $\min_H [\alpha \cdot SecurityCost(H) + (1-\alpha) \cdot EnvironmentalCost(H)]$ où $\alpha$ est le paramètre de compromis sécurité-émission.
11 Implémentation du Code
function calculate_reward_adjustment(current_difficulty, target_difficulty):
deviation = current_difficulty - target_difficulty
if abs(deviation) > THRESHOLD:
adjustment = -SENSITIVITY * deviation
return adjustment
return 0
def update_utxo_set(block_reward_change, utxo_set):
total_adjustment = block_reward_change * BLOCK_INTERVAL
adjustment_factor = 1 + (total_adjustment / utxo_set.total_value)
for utxo in utxo_set:
utxo.value *= adjustment_factor
return utxo_set12 Applications Futures
Le mécanisme pourrait être adapté à d'autres blockchains PoW confrontées à des défis de durabilité similaires. Les applications potentielles incluent : Ethereum Classic, Litecoin et les plateformes émergentes de blockchain industrielle. La technique d'ajustement UTXO pourrait également être utilisée pour mettre en œuvre la politique monétaire dans les monnaies numériques de banque centrale.
13 Références
- Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System
- Cambridge Centre for Alternative Finance (2023). Cambridge Bitcoin Electricity Consumption Index
- Buterin, V. (2014). Livre blanc Ethereum
- Aronoff, D. (2025). Targeted Nakamoto: A Bitcoin Protocol to Balance Network Security and Carbon Emissions
- Zhu et al. (2017). Traduction d'image à image non appariée à l'aide de réseaux antagonistes cohérents cycliques (CycleGAN)