Segwit : Comprendre l'innovation derrière l'amélioration de Bitcoin

Victime de son succès, le réseau Bitcoin rencontre des problèmes de congestion : les transactions de crypto mettent plus de temps à être validées et les frais sont plus élevés. C’est dans ce contexte que Segwit voit le jour, portant le numéro de proposition d’amélioration BIP141. Il s’agit d’un soft fork de Bitcoin qui permet de régler la scalabilité du réseau. En plus d’améliorer la performance de l’écosystème, cette mise à niveau a également apporté une meilleure sécurité aux transactions. Mais comment Segwit améliore-t-il exactement la blockchain BTC ? Nous vous expliquons tout dans ce guide complet.

Qu’est-ce que Segwit ?

Ce mot est la contraction du terme Segregated Witness qui signifie “témoin séparé”. Il s’agit d’une amélioration importante du protocole Bitcoin mise en œuvre en 2017. Comme son nom l’indique, le BIP141 permet de procéder à une séparation des données de la signature numérique du témoin de la transaction de crypto.

Un soft fork du protocole Bitcoin

Segwit a été déployé par un soft fork, c’est-à-dire une mise à jour rétrocompatible des règles de consensus. Cela signifie que la modification reste mineure, car il y a maintien de la compatibilité avec la version précédente de l’écosystème. Lorsque les améliorations ne sont pas rétrocompatibles, on parle alors de hard fork. 

Le BIP141 apporte une modification de la structure des transactions en déplaçant les données de signature (witness) dans une base de données séparée (segregated).

L’origine du Segwit

SegWit trouve son origine en 2015 lorsqu’une équipe du client Bitcoin Core cherchait à résoudre des problèmes de congestion de l’écosystème. Pieter Wuille, un développeur et co-fondateur de Blockstream, a introduit pour la première fois cette idée. Il visait principalement à corriger la malléabilité des transactions et à augmenter la capacité transactionnelle de l’écosytème. 

Le BIP141 a également pour objectif d’améliorer la vérification des signatures et de faciliter les modifications futures de l’écosystème. Plusieurs réseaux de cryptomonnaies différents utilisent actuellement cette optimisation. On peut citer Litecoin, Bitcoin Gold, VertCoin ou encore Decred.

Fonctionnement de Segwit

Bien qu’imaginée en 2015, cette amélioration ne sera activée qu’en 2017 en raison d’un grand débat dans la communauté. Mais comment fonctionne-t-elle exactement ? Pour comprendre, nous allons vous expliquer les modifications qu’elle apporte.

Comment Segwit résout-il les problèmes d’évolutivité de Bitcoin ?

Une des plus grandes limites d’utilisation du Bitcoin est son problème de scalabilité. L’évolutivité signifie la capacité de l’écosystème à être utilisé à plus grande échelle. En ce qui concerne le Bitcoin, le réseau prend beaucoup de temps pour traiter les transactions en crypto et les frais sont élevés en fonction du nombre de transactions sur la blockchain. 

Il s’agit donc du premier problème que le BIP141 cherche à résoudre. 

Pour cela, le concept de séparation des témoins va séparer les données de signature des données de transactions. Cela permet de réduire la taille, ou dimension, de la transaction et donc d’augmenter le nombre de transferts de crypto par bloc et la capacité de l’écosystème. Depuis cette amélioration, les frais sont mesurés en fonction du poids de la transaction et non plus de la dimension, ce qui a permis une réduction conséquente des frais.

Segwit et la taille des blocs

L’autre modification majeure apportée par le BIP141 est le poids (weight) des blocs. Auparavant, on se basait sur la dimension d’une transaction exprimée en octets. La limite de dimension des blocs de l’écosystème était de 1 Mo. Depuis l’application du BIP141, elle est exprimée en unité de poids (WU) qui est une moyenne pondérée de la dimension de la transaction sans le témoin et de la taille du témoin. 

Un bloc SegWit a un poids de 4 millions de WU (MWU), ce qui correspond à 4 Mo de données. Cette augmentation de la dimension maximale permet d’augmenter la capacité transactionnelle de l’écosystème.

Comment SegWit corrige la malléabilité des transactions ?

Avant de comprendre la malléabilité, sachez que chaque transfert de cryptomonnaie possède un identifiant qui est représenté sous forme d’une chaîne de caractères hexadécimaux. L’identifiant est une empreinte de la transaction qui dépend des éléments présents dans le transfert de cryptomonnaie comme les entrées et les sorties. Une modification d’un de ces éléments entraîne donc un changement de l’identifiant.

Dans Bitcoin, il est possible de modifier les identifiants des transactions classiques sans les invalider. On dit alors que les transactions classiques sont malléables. Cela est rendu possible à cause des signatures, ce qui constitue un danger lorsque des tiers malveillants modifient des identifiants dans l’intention de nuire.

Le concept de séparation des témoins corrige ainsi la malléabilité en déplaçant les scripts de déverrouillage contenant les signatures dans une structure de données séparée accompagnant la transaction appelée témoin. Le calcul de l’identifiant devient alors immuable, car il ne prend plus en compte ce témoin séparé. Un second identifiant créé permet de recouvrir l’entièreté de la transaction.

Les autres améliorations de Segwit

L’amélioration de l’algorithme de signature pour les transferts Segwit a permis de : 

• Eviter les hachages redondants lors de la vérification de la signature,
• Améliorer la sécurité à la signature hors-ligne utilisée par les portefeuilles matériels, en prenant en compte les montants en entrée de la transaction.

Il apporte également d’autres améliorations comme : 

• Le versionnage des scripts,
• L’amélioration de la flexibilité et la confidentialité des contrats autonomes,
• L’apparition de nouveaux types d’adresses : P2WPKH, P2WSH, etc.

Qu’est-ce qu’un soft fork ?

Avant de comprendre l’impact de l’amélioration BIP141 sur l’écosystème Bitcoin, il faut d’abord bien comprendre ce qu’est un soft fork. Cela vous permettra de comprendre les débats que suscite la création du concept de séparation des témoins. Il s’agit d’un type d’amélioration rétrocompatible du protocole d’une blockchain. Cela signifie que les anciens nœuds qui ne sont pas mis à jour peuvent continuer à fonctionner. 

Dans un soft fork, de nouvelles règles sont ajoutées à l’écosystème sans apporter de changement majeur des règles de consensus. Cette amélioration vise donc à apporter des améliorations ou des modifications mineures à la blockchain. Cependant, la communauté n’a pas manqué de relever que le BIP141 a quand même apporté de profonds changements, contribuant ainsi aux débats et aux divergences qui ont abouti à des forks de Bitcoin.

Impact de Segwit sur la Blockchain Bitcoin

Il apporte une solution à divers problèmes rencontrés par l’écosystème. Toutefois, elle a fait l’objet de grands débats au sein de la communauté, ayant retardé sa mise en œuvre. 

Les avantages de Segwit sur la blockchain

Le BIP141 apporte deux principaux avantages pour l’écosystème.

1. Sécurité : correction de la malléabilité

Auparavant, un tiers pouvait modifier un code ou une série de codes, notamment un identifiant de transaction (TXID). Ce système permettait à un attaquant de modifier l’identifiant à volonté dès lors que la transaction n’est pas encore confirmée. Dans une telle situation, il vous sera alors impossible de tracer un certain TXID sur l’écosystème, car il a été modifié. 

Un tel problème risque d’alimenter la méfiance des utilisateurs et de rompre la confiance du réseau. La mise en œuvre du BIP141 a rendu impossible les attaques de malléabilité.

2. Performance : évolutivité du réseau

L’écosystème BTC a longtemps été critiqué pour son manque de scalabilité. Une transaction peut prendre des heures pour être confirmée, ce qui augmente aussi le coût de la transaction. 

Grâce à l’augmentation de la taille des blocs, le réseau peut augmenter le nombre de transactions traitées par seconde. SegWit a donc permis de réduire les frais de commission et la vitesse de validation des transactions.

Les critiques de Segwit

Bien que le BIP141 ait apporté son lot d’améliorations, il n’est pas moins doté de faiblesses que les opposants n’ont pas manqué de relever.

1. Les débats suscités au sein de la communauté Bitcoin

Les mineurs et les gros acteurs du marché, c’est-à-dire les partisans de la scalabilité on-chain, s’opposaient à l’adoption de ce concept. 

Voici les principaux reproches faits à cette amélioration : 

• Complexité d’implémentation : le concept apporte une modification profonde qui aurait dû se faire sous forme d’un hard fork ;
• Coercition par effet de réseau : oblige la partie la plus libérale à suivre la partie la plus restrictive ;
• Absence de réelle augmentation de la taille des blocs : les anciens nœuds maintiennent leur limite à 1 Mo.

Ces critiques ne sont pas toujours fondées, mais la controverse sur ce concept reste bien réelle. Cela a conduit à la création du hard fork Bitcoin Cash.

2. Les changements profonds apportés par Segwit

Le second principal défaut du BIP141 est lié aux critiques faites par les opposants. La mise à jour entraîne de profondes restructurations des transactions. Tous les mineurs qui ne respectent pas les nouvelles règles peuvent voir leurs blocs rejetés par le réseau. 

Cette amélioration apporte également une énorme dette technique. À titre d’exemple, la complexification du code de base entraîne une nouvelle interprétation des scripts liés aux nouvelles adresses.

Segwit et l’avenir de Bitcoin

Le BIP141 est perçu comme une des plus importantes améliorations de l’écosystème BTC. Il a en effet jeté les bases des protocoles d’évolutivité du réseau.

Le rôle de Segwit dans l’évolution de Bitcoin

La correction de la malléabilité constitue une évolution technologique majeure. Elle a permis d’apporter de nouvelles solutions pour la scalabilité. C’est le cas du Lightning Network qui est une solution de couche 2 (layers 2). C’est un écosystème décentralisé permettant des paiements de pair-à-pair, instantanés et quasi gratuits. 

Il s’agit d’un réseau de canaux de paiements bidirectionnels, car il permet d’effectuer des paiements répétés entre deux personnes sans payer des frais de transaction. Après le BIP141, il y a eu d’autres propositions d’amélioration comme Taproot, Liquid Network ou encore FediMint.

Segwit et les futures mises à jour de Bitcoin

Les futures améliorations connues sont : 

• Bitcoin Core 24 : modification de la façon dont les nœuds téléchargent les blocs et de l’option replace-by-fee ;
• Mise à jour de Bitcoin Cash pour prendre en charge CashTokens.

De nombreux forks sont en développement et les informations les concernant restent limitées, mais on peut néanmoins citer : 

• Bitcoin anonyme : combinaison de la preuve de travail et de la preuve de participation,
• BitcoinZeroX : combinaison de BTC et de Hexxcoin pour créer une blockchain plus anonyme.  

Quels sont les Avantages et Inconvénients ?

Segwit présente les avantages suivants : 

• Augmentation de la rapidité de l’écosystème grâce à la réduction de la taille de bloc,
• Transactions plus rapides,
• Correction de la malléabilité des transactions,
• Fonctionnalité utilisée par un grand nombre des services utilisant BTC,
• Compatibilité avec les anciennes versions,
• Facilite les nouveaux développements tels que le réseau Lightning.

Cette amélioration présente toutefois de nombreuses limites : 

• Une adoption lente et limitée,
• Complications apportées par les profonds changements de Segwit,
• Faible augmentation de la capacité de l’écosystème : taille moyenne des blocs à environ 1.2 Mo lors des pics d’utilisations,
• La réduction de la confidentialité des transactions, aggravant l’expérience des utilisateurs en raison des nouvelles adresses,
• Optimisation de la vérification des signatures incomplète, ne réglant pas totalement le problème de hachage,
• Complexification de la technique : nouvelle interprétation des scripts liés aux nouvelles adresses.

Conclusion

Vous aurez donc compris que Segwit a apporté de nombreuses améliorations du Bitcoin. Il a aussi ouvert la voie à d’autres améliorations qui règlent les problèmes de scalabilité de manière encore plus élaborée. Malheureusement, il souffre encore de nombreuses limites qui n’ont pas permis de résoudre totalement le problème de scalabilité. Bitcoin Diamond, une variante du Bitcoin, a été créé pour tenter de remédier à certaines de ces limitations, offrant des avantages potentiels en matière de vitesse de transaction et de capacité. Toutefois, cette innovation technologique a-t-elle parallèlement apporté son lot de complexités. Bien qu’utilisé par un grand nombre de personnes, l’adoption de ce concept reste lente et limitée.