Qu'est-ce que SegWit ? Introduction à l'approche ingénieuse de scalabilité on-chain de Bitcoin

Segregated Witness (SegWit) marque une avancée essentielle dans la technologie Bitcoin, apportant une réponse aux enjeux majeurs de scalabilité apparus avec l'expansion du réseau au-delà de son marché de niche initial. Lors de la conception de Bitcoin, Satoshi Nakamoto avait fixé une limite de capacité de 1 000 000 octets par bloc, une contrainte devenue de plus en plus problématique face à la popularité croissante du réseau. Avec des blocs générés toutes les dix minutes et une capacité de traitement d'environ sept transactions par seconde, le réseau s'est fréquemment retrouvé saturé, générant des files d'attente de dizaines de milliers de transactions, des frais pouvant atteindre plusieurs dizaines de dollars et des délais de validation de plusieurs jours en période de pointe. SegWit a été introduit pour remédier à ces goulets d'étranglement, accélérant la validation des transactions et réduisant les frais, tout en maintenant la sécurité de l'écosystème.

Présentation de SegWit

Proposée en 2015 par Pieter Wuille et d'autres développeurs Bitcoin Core, la technologie Segregated Witness visait à résoudre les limitations de vitesse de traitement des transactions. Son déploiement officiel via un soft fork sur le réseau Bitcoin en 2017 a permis d'augmenter immédiatement la capacité de traitement des blocs d'un facteur 1,7. Ce progrès technique a marqué une étape déterminante dans l'évolution de Bitcoin, sans nécessiter de hard fork controversé.

L'adoption de SegWit s'est rapidement étendue à d'autres cryptomonnaies majeures comme Litecoin et Bitcoin Cash, qui ont intégré la technologie pour bénéficier de ses atouts. Les principaux bénéfices apportés par SegWit se concentrent sur trois axes : augmentation de la capacité des blocs permettant plus de transactions par bloc, accélération de la vitesse de traitement grâce à une structure de données optimisée, et renforcement de la scalabilité transactionnelle pour accompagner la croissance future du réseau. Ces améliorations ont permis de lever les principaux obstacles rencontrés par les utilisateurs et développeurs quant à la viabilité de Bitcoin comme réseau de paiement.

Principes techniques de SegWit

Pour comprendre SegWit, il convient d'analyser la structure des transactions Bitcoin. Chaque transaction se compose de deux éléments distincts : les données transactionnelles principales et les données witness. Les informations transactionnelles incluent les soldes et montants transférés, tandis que les données witness servent à vérifier l'identité de l'utilisateur via une signature cryptographique. Les utilisateurs s'intéressent avant tout aux éléments de gestion d'actifs comme les soldes, alors que la vérification d'identité, bien que nécessaire, n'a pas besoin d'occuper une place importante dans la structure de la transaction.

Le manque d'efficacité du design d'origine de Bitcoin provenait de la place excessive prise par les données witness — principalement les signatures — dans les blocs, ce qui limitait la fluidité des transferts et augmentait les coûts de traitement. Dans une transaction type, le destinataire n'a besoin que de la confirmation de disponibilité des actifs, sans connaître le détail du processus de vérification de l'identité de l'expéditeur.

La solution apportée par SegWit consiste à extraire les données witness de la transaction principale et à les stocker dans une structure séparée. Cette dissociation permet de réduire la taille effective des transactions au sein du bloc principal, d'intégrer un plus grand nombre de transactions dans la limite d'un mégaoctet et d'accélérer le traitement global. En isolant les signatures, SegWit optimise l'utilisation de l'espace bloc tout en préservant la sécurité et les fonctionnalités du système.

Principaux avantages de SegWit

SegWit offre des avantages majeurs qui transforment l'efficacité de fonctionnement de Bitcoin et l'expérience utilisateur.

Capacité de bloc améliorée

Les analyses montrent que les signatures peuvent occuper jusqu'à 65 % de l'espace d'un bloc Bitcoin. Grâce à la séparation des données witness avec SegWit, l'espace initialement utilisé par les signatures est libéré pour accueillir davantage d'informations transactionnelles. Ainsi, la capacité des blocs augmente sans modifier la limite d'un mégaoctet, permettant de traiter un nombre bien supérieur de transactions par bloc. Cette optimisation répond directement au défi de scalabilité de Bitcoin.

Vitesse de transaction accrue

SegWit adopte une architecture de traitement des données en couches, comparable conceptuellement aux solutions layer-2 d'Ethereum, pour améliorer le débit transactionnel. Après l'intégration de SegWit, le système Bitcoin concentre davantage sa puissance de calcul et sa capacité de stockage sur le traitement des transactions, et non sur la vérification des signatures. Cette focalisation réduit la charge informatique par rapport à l'approche unifiée antérieure, et augmente théoriquement le nombre de transactions par seconde (TPS). Les données constatées après l'implémentation de SegWit montrent une diminution significative du coût moyen par transaction, preuve de l'efficacité accrue et de la moindre congestion du réseau.

Compatibilité renforcée avec le Lightning Network

Le Lightning Network est la principale solution de scalabilité layer-2 de Bitcoin, conçue pour traiter les transactions en dehors de la chaîne principale (off-chain). Il ajoute une couche au-dessus de la blockchain Bitcoin et ouvre des canaux de paiement permettant des transferts rapides et massifs en toute circonstance. Ce traitement off-chain complète l'optimisation on-chain réalisée par SegWit, qui se concentre sur la gestion des données essentielles directement sur la blockchain.

En réduisant la pression sur la blockchain principale, SegWit favorise l'intégration et le fonctionnement du Lightning Network. La séparation des données transactionnelles et des signatures dans SegWit offre également un avantage sécuritaire : elle exclut les signatures utilisateur de certaines étapes de traitement, éliminant la malléabilité des transactions — une vulnérabilité où les informations pouvaient être modifiées avant confirmation. Cette protection garantit que les informations incorrectes ne seront pas enregistrées de façon permanente on-chain, et facilite la réparation des transactions ainsi que les futurs développements du protocole.

En outre, SegWit sert de base à la technologie des ordinals sur Bitcoin, repoussant les limites du stockage de données arbitraires dans les transactions. Cela permet d'inscrire des données sur chaque satoshi. La mise à niveau Taproot, s'appuyant sur cette fondation, a permis de stocker des données witness arbitraires et d'élargir encore les capacités de données dans les transactions, ouvrant la voie à la création des NFT Bitcoin ordinals d'aujourd'hui.

Application de SegWit

Pour les utilisateurs, SegWit offre trois bénéfices principaux qui impactent l'usage quotidien de la cryptomonnaie : sécurité renforcée grâce à une structure cryptographique avancée et une protection contre la malléabilité, accélération des transactions via une capacité de bloc extensible et une vérification plus rapide, et réduction notable des frais, parfois jusqu'à 35 % de moins que les adresses classiques.

Son utilisation au quotidien est simple : il suffit d'utiliser une adresse de portefeuille compatible SegWit pour recevoir des transferts Bitcoin et profiter automatiquement de ces avantages. L'adoption de SegWit progresse rapidement depuis plusieurs années, illustrant sa reconnaissance auprès des utilisateurs et des opérateurs de services Bitcoin.

Les formats d'adresses Bitcoin se répartissent en plusieurs catégories, chacune disposant de caractéristiques spécifiques :

Adresses Legacy

Les adresses Legacy (P2PKH) commencent par 1 et correspondent au format originel de Bitcoin, encore utilisé aujourd'hui. Exemple : 1Fh7ajXabJBpZPZw8bjD3QU4CuQ3pRty9u. P2PKH signifie Pay To PubKey Hash, soit paiement vers le hash de la clé publique. Ces adresses ne bénéficient pas des optimisations apportées par SegWit.

Adresses SegWit imbriquées

Les adresses SegWit imbriquées (P2SH) commencent par 3 et sont compatibles avec SegWit. Exemple : 3KF9nXowQ4asSGxRRzeiTpDjMuwM2nypAN. Elles utilisent le format Pay-to-Script-Hash (P2SH), offrant la fonctionnalité SegWit tout en restant compatibles avec les anciens nœuds non compatibles SegWit natif. Le format P2SH prend en charge des fonctions complexes, principalement utilisé pour les adresses multi-signatures nécessitant plusieurs signatures numériques pour autoriser la transaction. Les adresses débutant par 3 sont largement supportées et peuvent envoyer du Bitcoin vers des adresses commençant par 1 ou bc1.

Adresses SegWit natives

Les adresses SegWit natives (Bech32) commencent par bc1q et sont spécialement conçues pour une optimisation maximale de SegWit. Exemple : bc1qf3uwcxaz779nxedw0wry89v9cjh9w2xylnmqc3. Définies par BIP173, les adresses Bech32 sont insensibles à la casse (utilisent uniquement les caractères 0-9 et a-z), ce qui améliore la lisibilité lors de la saisie.

Ce format utilise l'encodage Base32 au lieu du Base58 traditionnel, nécessitant moins de caractères et permettant un stockage plus efficace dans les QR codes. Bech32 renforce la sécurité grâce à une somme de contrôle optimisée, réduisant le risque d'erreurs d'adresse. Sa compatibilité native avec SegWit évite d'utiliser de l'espace supplémentaire pour encapsuler les adresses dans P2SH, d'où des frais de transaction plus faibles. Bech32 offre aussi des QR codes plus petits, une meilleure résistance aux erreurs, une sécurité accrue, une insensibilité à la casse et une lisibilité améliorée via les lettres minuscules exclusivement.

Pour les adresses SegWit version 0 débutant par bc1q, les adresses Pay-to-Witness-Public-Key-Hash (P2WPKH) ont une longueur fixe de 42 caractères, tandis que les adresses Pay-to-Witness-Script-Hash (P2WSH) font 62 caractères. P2WPKH est utilisé pour les adresses classiques, P2WSH pour les multi-signatures.

Une vulnérabilité mineure a été découverte : si le dernier caractère d'une adresse Bech32 est P, saisir accidentellement un ou plusieurs Q à la suite peut passer la vérification de la somme de contrôle sans générer d'erreur. Heureusement, les adresses SegWit sont limitées à 20 ou 32 octets, donc l'ajout de Q supplémentaires produit une adresse invalide, rejetée par les portefeuilles.

Adresses Taproot

Les adresses P2TR (Bech32m) débutant par bc1p sont des adresses Taproot, exemple : bc1pqs7w62shf5ee3qz5jaywle85jmg8suehwhOawnqxevre9k7zvqdz2mOn. Pour corriger la faille de la somme de contrôle Bech32, la norme Bech32m a été introduite dans BIP0350 : elle ajoute un chiffre à la formule de checksum pour garantir qu’un ajout de caractères rende la somme de contrôle invalide.

Cette norme s'applique uniquement aux adresses Taproot et aux futurs formats, tandis que les adresses SegWit version 0 restent sous Bech32, protégées par la limite de 20 ou 32 octets. Les adresses SegWit natives version 1 (Taproot) en Bech32m débutent toujours par bc1p, et prennent en charge le stockage des NFT BTC et Ordinals NFT.

Les différences subtiles entre les adresses

L'analyse de l'efficacité des frais selon les formats d'adresses révèle des écarts importants influant sur l'expérience utilisateur et la dynamique du réseau :

• Les adresses compatibles SegWit (certaines commençant par 3) permettent d’économiser environ 24 % de frais par rapport aux adresses classiques (commençant par 1)
• Les adresses SegWit natives (commençant par bc1) permettent environ 35 % d’économies par rapport aux adresses classiques (commençant par 1)
• Les adresses SegWit (commençant par bc1 et certaines commençant par 3) peuvent réduire jusqu’à 70 % les frais par rapport aux multi-signatures (certaines commençant par 3)
• Les adresses Taproot prennent en charge la conservation de NFT BTC et Ordinals NFT, avec des frais comparables aux adresses commençant par 3

Ces écarts traduisent la capacité variable de chaque format à optimiser l’utilisation de l’espace bloc et à traiter les transactions, les formats récents offrant généralement une meilleure rentabilité et des fonctionnalités avancées.

Conclusion

Segregated Witness constitue une étape déterminante dans l’évolution de Bitcoin, ayant permis de surmonter les limites de scalabilité sans remettre en cause la sécurité ni la compatibilité du réseau. En séparant les données witness des transactions, SegWit a augmenté la capacité effective des blocs d’un facteur 1,7, sans modifier la limite d’un mégaoctet, illustrant une amélioration architecturale élégante plutôt qu’un changement de protocole contesté.

La technologie SegWit apporte des avantages concrets : capacité de bloc accrue, validation accélérée des transactions, frais sensiblement réduits et élimination des vulnérabilités de malléabilité. Au-delà de ces améliorations immédiates, SegWit a posé les fondations pour des solutions avancées comme le Lightning Network et des innovations telles que les ordinals et NFT sur Bitcoin.

L’adoption généralisée par Bitcoin, Litecoin et Bitcoin Cash témoigne de son efficacité et de son importance. L’infrastructure moderne intègre pleinement SegWit et Taproot, offrant aux utilisateurs des transactions optimisées, des frais réduits et un accès aux nouveaux usages sur Bitcoin. À mesure que Bitcoin évolue pour répondre à la demande, SegWit reste un jalon crucial qui montre comment des évolutions réfléchies du protocole peuvent améliorer significativement la performance tout en préservant ce qui fait la valeur et la sécurité de Bitcoin. Maîtriser SegWit est essentiel pour optimiser son expérience sur Bitcoin et exploiter tout le potentiel de l’écosystème actuel.

FAQ

Qu'est-ce que SegWit dans Bitcoin ?

SegWit (Segregated Witness) est une évolution de Bitcoin qui dissocie les signatures des transactions, augmentant la rapidité et la capacité des blocs. Mis en œuvre en 2017, il règle les problèmes de scalabilité.

Puis-je envoyer du BTC à une adresse SegWit ?

Oui, vous pouvez transférer du BTC vers une adresse SegWit. La transaction s’effectuera normalement : les adresses SegWit sont totalement compatibles avec les transactions Bitcoin classiques.

Quelle est la différence entre BTC et SegWit ?

BTC SegWit permet de bénéficier de frais de transaction plus bas que le BTC standard. Les transactions SegWit nécessitent des adresses dédiées, bien que toutes les plateformes d’échange ne les prennent pas en charge.