BLOKI SIEROTY I WUJKA: KLUCZOWE RÓŻNICE

Definicja bloków sierotnych i wujkowych

W złożonej dziedzinie technologii blockchain, bloki „sierotne” i „wujkowe” odgrywają znaczącą rolę w sposobie, w jaki zdecentralizowane sieci obsługują propagację danych i konsensus. Chociaż terminy te są czasami używane zamiennie, odnoszą się one do odrębnych koncepcji, zwłaszcza w kontekście różnych protokołów blockchain, takich jak Bitcoin i Ethereum.

Czym jest blok sierotny?

Blok sierotny to prawidłowy blok, który został wydobyty niemal jednocześnie z innym blokiem, ale ostatecznie nie został włączony do najdłuższego łańcucha, znanego jako „łańcuch główny”, sieci blockchain. Może on powstać w wyniku jednoczesnego rozwiązania bloku przez dwóch górników, tworząc tymczasowy fork. Sieć ostatecznie rozwiązuje ten fork, akceptując jeden blok do łańcucha głównego – zazwyczaj ten, który staje się bazą dla kolejnych bloków – i odrzucając drugi. Odrzucony blok staje się blokiem sierotą.

Ważne cechy bloków sierot to:

• Są one ważne pod względem obliczeniowym, ale są usuwane z łańcucha głównego.
• Nie przyczyniają się do historii transakcji wykorzystywanej przez sieć.
• Nie przynoszą one nagród górnikom w postaci bloków w protokołach takich jak Bitcoin.

Czym jest blok wujek?

Tymczasem blok wujek (nazywany również blokiem „ommer”) to częściowo ważny blok rozpoznawany w niektórych sieciach, takich jak Ethereum. Podobnie jak bloki sieroty, bloki wujek powstają, gdy dwa bloki są wydobywane niemal jednocześnie, ale tylko jeden trafia do łańcucha głównego. Jednak w przeciwieństwie do bloków sierot, bloki wujek nie są całkowicie ignorowane. W Ethereum do bloków wujkowych odwołują się późniejsze bloki i nadal są one nagradzane, choć w mniejszym stopniu.

Najważniejsze cechy bloków wujkowych to:

• Są to prawidłowe bloki, które nie zostały wybrane do najdłuższego łańcucha, ale zostały potwierdzone.
• Ethereum nagradza górników bloków wujkowych, aby zachęcić do decentralizacji.
• Przyczyniają się one częściowo do bezpieczeństwa sieci i sprawiedliwej propagacji bloków.

Podsumowując, chociaż zarówno bloki osierocone, jak i wujkowe powstają w tej samej sytuacji – z konkurencyjnych bloków produkowanych jednocześnie – sposób, w jaki są traktowane przez sieć, odróżnia je. Bloki osierocone są odrzucane, podczas gdy bloki wujkowe mogą nadal pełnić rolę w procesie konsensusu.

Różnice techniczne w protokołach blockchain

Aby lepiej zrozumieć różnicę między blokami osieroconymi a blokami wuja, musimy przeanalizować, jak różne protokoły blockchain obsługują propagację bloków i konsensus, ze szczególnym uwzględnieniem Bitcoina i Ethereum. Protokoły te nie tylko definiują, co stanowi te bloki, ale także jak wpływają one na zachęty do kopania, bezpieczeństwo i mechanizmy skalowalności.

Bitcoin i bloki osierocone

W blockchainie Bitcoina, gdy dwóch górników rozwiązuje blok mniej więcej w tym samym czasie, węzły mogą tymczasowo otrzymywać i propagować różne wersje blockchaina. Konsensus Bitcoina określa, który blok staje się częścią łańcucha głównego, wykorzystując konsensus Nakamoto: łańcuch z największą skumulowaną liczbą dowodów pracy zostaje uznany za łańcuch prawidłowy. Odrzucony blok jest następnie uznawany za sierotę.

Ma to kilka konsekwencji:

• Górnicy, którzy produkują bloki sierotne, tracą nagrody za bloki i opłaty transakcyjne.
• To zachęca do scentralizowanego wydobycia, w którym górnicy starają się szybko znaleźć i budować na najdłuższym łańcuchu.
• Bloki sierotne nie są przechowywane w rejestrze stałym i nie są wykorzystywane do walidacji transakcji.

W Bitcoinie nie istnieje formalny mechanizm wujka. Protokół traktuje wszystkie bloki spoza głównego łańcucha jako kompletne sieroty, bez możliwości odzyskania ani częściowej nagrody.

Ethereum i bloki wujka

Ethereum wprowadziło bardziej inkluzywny mechanizm, który rozpoznaje nieaktualne bloki jako „wujków”. Protokół GHOST (Greedy Heaviest Observed Subtree) pozwala Ethereum na pośrednie dodawanie bloków wujków do swojego łańcucha:

• Bloki mogą odwoływać się do poprzednich, nieaktualnych bloków (bloków wujków), aby zachować sprawiedliwość sieci.
• Nagrody za blok wujka (zwykle stanowiące ułamek nagrody za cały blok) są rozdzielane między górnika, który doda blok wujka, oraz górnika, który doda go do przyszłego bloku.
• Zgodnie z zasadami Ethereum 1.0, każdy blok może zawierać maksymalnie dwóch bloków wujków.

Ta konstrukcja zwiększa odporność Ethereum na centralizację i zachęca do udziału poprzez przyznawanie częściowego uznania za próby zamknięcia kopania. Umożliwia również szybsze czasy bloków (~13 sekund w porównaniu z 10 minutami w Bitcoinie), co zwiększa ryzyko kolizji bloków bez tak surowego karania górników, jak ma to miejsce w przypadku Bitcoina.

Wraz z przejściem Ethereum 2.0 na Proof of Stake, znaczenie wujków (ang. uncles) prawdopodobnie spadnie, ale pozostają one kluczowym elementem poprzedniego modelu propagacji bloków Ethereum.

Implikacje dla bezpieczeństwa sieci i wydobycia

Obsługa bloków osieroconych i wujkowych ma głęboki wpływ na bezpieczeństwo sieci, efektywność i strategie wydobywcze. Różne podejścia do rozpoznawania bloków mogą wpływać na zachowanie górników, ostateczność transakcji i dynamikę decentralizacji w sieci.

Wpływ na efektywność wydobycia

Z punktu widzenia górników, wyprodukowanie bloku, który trafia poza główny łańcuch (czy to osieroconego, czy wujkowego), oznacza marnotrawstwo zasobów. Ponieważ wydobycie jest procesem konkurencyjnym i wymagającym dużych zasobów, sposób, w jaki blockchain nagradza lub ignoruje nieaktualne bloki, wpływa na strategie operacyjne:

• Górnicy Bitcoina wolą budować na blokach, o których wiedzą, że znajdują się w głównym łańcuchu. Osieroconych bloków nie można wynagrodzić, co prowadzi do „wyścigu o transmisję” przy ograniczeniach opóźnienia.
• Częściowe nagrody Ethereum za bloki wujkowe zmniejszają to ryzyko, czyniąc ekosystem bardziej przyjaznym dla mniejszych górników lub tych zlokalizowanych dalej od węzłów sieciowych.

Prowadzi to do asymetrii, w której Ethereum, za pośrednictwem bloków wujkowych, zachęca do szerszego uczestnictwa i bardziej zrównoważonego zachowania górniczego, potencjalnie zmniejszając konsolidację mocy obliczeniowej i promując decentralizację.

Aspekty bezpieczeństwa sieci

Bezpieczeństwo w sieciach blockchain jest ściśle powiązane z procesem konsensusu. Obsługa bloków osieroconych i bloków wujkowych wpływa na następujące kwestie:

• Ostateczność: Prawdopodobieństwo cofnięcia transakcji jest wyższe w sieci podatnej na bloki osieroconych, ponieważ rozwidlenia mogą powodować reorganizację bloków.
• Struktura zachęt: Nagradzanie bloków wujkowych zmniejsza korzyści ekonomiczne związane ze scentralizowaną infrastrukturą wydobywczą, poprawiając uczciwość protokołu.

Na przykład, gdy Bitcoin rozwiązuje blok osierocony, wszystkie transakcje w tym bloku osieroconym są potencjalnie zwracane do puli pamięci w celu uwzględnienia w kolejnych blokach. Może to wpływać na opóźnienia transakcji, a w rzadkich przypadkach nawet powodować problemy z podwójnym wydatkowaniem.

Z kolei uwzględnienie bloków wujkowych w Ethereum zwiększa przepustowość sieci i przyspiesza potwierdzenia bez znaczącego obniżenia bezpieczeństwa. Zmniejsza również presję centralizacji, dając węzłom o niższym opóźnieniu (np. indywidualnym górnikom) podstawę w puli nagród.

Adaptacje w nowoczesnych sieciach blockchain

Nowoczesne protokoły blockchain opierają się na tych zasadach. Na przykład:

• Protokoły takie jak Ethereum Classic również obejmują bloki wujkowe, ale mogą się różnić sposobem obliczania nagród wujkowych.
• Horizen i Zilliqa wprowadziły alternatywne rozwiązania, takie jak sharding i podział sieci, aby zmniejszyć liczbę bloków porzuconych.
• Nowe sieci Proof-of-Stake (PoS) zazwyczaj całkowicie pomijają koncepcję bloków porzuconych i wujkowych, koncentrując się bardziej na ostateczności poprzez konsensus walidatorów, a nie na konkurencji w wydobyciu kryptowalut.

W istocie, chociaż zarówno bloki porzucone, jak i wujkowe wynikają z tego samego ograniczenia technicznego – opóźnienia czasowego bloku w globalnie rozproszonych sieciach – każdy blockchain dostosowuje się w unikalny sposób. Wybór, czy odrzucić, czy włączyć te bloki, ujawnia podstawowe wartości sieci: wydajność, uczciwość i priorytet bezpieczeństwa.

Zrozumienie tych mechanizmów nie tylko wzmacnia pozycję deweloperów i górników, ale także wpływa na decyzje przedsiębiorstw tworzących aplikacje na platformach blockchain, zwłaszcza przy wyborze między sieciami takimi jak Bitcoin i Ethereum.