WYJAŚNIENIE BLOKÓW WUJKA W ETHEREUM

W Ethereum termin „bloki wujkowe” odnosi się do prawidłowych bloków, które zostały wydobyte niemal jednocześnie z blokiem kanonicznym, ale nie stały się częścią głównego blockchaina. Zamiast zostać osieroconymi, jak w Bitcoinie, bloki te nadal otrzymują częściowe nagrody za wkład w decentralizację i bezpieczeństwo sieci.

Aby zrozumieć cel bloków wujkowych, rozważmy, jak działają zdecentralizowane systemy, takie jak Ethereum. Górnicy rywalizują w rozwiązywaniu zagadek kryptograficznych i transmitują swoje bloki do sieci. Z powodu opóźnień w sieci, różni górnicy mogą rozwiązywać zagadki niemal w tym samym czasie i propagować swoje różne wersje bloku do otaczających węzłów. Ostatecznie sieć zgadza się na jeden blok, który kontynuuje łańcuch, spychając pozostałe jako bloki wujkowe.

Pomysł uwzględnienia bloków wujkowych zrodził się z potrzeby rozwiązania problemu centralizacji spowodowanego opóźnieniami w propagacji bloków. W zdecentralizowanym wydobyciu, węzły bliższe twórcy bloku miały większe szanse na dołączenie kolejnego bloku, zanim inni go otrzymają. Ta nierównomierność podważała sprawiedliwość, zachęcając do centralizacji wokół węzłów o niskim opóźnieniu. Rozwiązaniem Ethereum było uwzględnienie bloków wujkowych w strukturze łańcucha poprzez rozpoznanie ich wysiłku obliczeniowego i zintegrowanie ich z systemem trudności i nagród.

Zgodnie z projektem protokołu Ethereum (początkowo opartym na Proof-of-Work), blok kanoniczny mógł odwoływać się do maksymalnie dwóch bloków wujkowych z poprzednich siedmiu generacji. Uwzględnienie tych bloków zapewniało nie tylko niewielkie dodatkowe nagrody dla górników (do 87,5% głównej nagrody za blok), ale także przyczyniało się do ogólnego bezpieczeństwa łańcucha poprzez zwiększenie efektywnej mocy haszującej uwzględnianej w obliczeniach trudności sieci.

Poza nagrodami i sprawiedliwością, bloki wujkowe odgrywają rolę w zabezpieczeniu przed samolubnym wydobyciem. W samolubnych strategiach wydobywczych, złośliwi aktorzy próbują zatrzymywać znalezione bloki, aby uzyskać przewagę. Integrując bloki typu „uncles”, Ethereum zmniejszyło skuteczność takich ataków, uznając uczciwe, niemalże przypadkowe próby górników, którzy bez złej woli rozgłaszali bloki, ale przegrali wyścig propagacyjny.

Stanowisko Ethereum wobec bloków typu „uncles” różni się od podejścia Bitcoina do nieaktualnych bloków. W Bitcoinie stają się one „sierotami” – bez nagrody ani uznania – przyczyniając się tym samym do marnowania energii i zachęt do centralizacji. Natomiast bloki typu „uncles” w Ethereum stanowią potwierdzenie częściowego wkładu bloku w cele systemu w zakresie bezpieczeństwa i decentralizacji.

Należy zauważyć, że korzystanie z bloków typu „uncles” jest bezpośrednio związane z modelem Proof-of-Work, a przejście Ethereum na Proof-of-Stake w ramach „The Merge” we wrześniu 2022 roku sprawiło, że bloki typu „uncles” stały się praktycznie przestarzałe. Jednak ich historyczna funkcja dostarcza istotnego wglądu w to, jak Ethereum priorytetowo traktowało inkluzywność i równość sieci we wczesnych latach swojej działalności.

Bloki wujka nie są już generowane w Ethereum, ale zrozumienie ich przeznaczenia oferuje fundamentalną wiedzę na temat ewolucji konsensusu Ethereum oraz celów sieci, takich jak równy udział, decentralizacja i solidność.

Ethereum formalnie wprowadziło bloki wuja (uncle blocks) jako część swojego systemu konsensusu i nagród blokowych, aby rozwiązać problemy związane z nieefektywnością występującą w sieciach opartych na wydobyciu kryptowalut. Ich uwzględnienie było kluczowe we wczesnych latach istnienia Ethereum, szczególnie w modelu Proof-of-Work (PoW) przed 2022 rokiem. Przyjrzyjmy się, jak bloki wuja zostały technicznie zintegrowane z architekturą Ethereum.

Bloki wuja czerpią wskazówki z protokołu GHOST (Greedy Heaviest Observed SubTree). W przeciwieństwie do liniowej reguły wyboru łańcucha Bitcoina, GHOST pozwala na częściowe uwzględnianie gałęzi, które nie stają się łańcuchem głównym, odzwierciedlając w ten sposób wysiłek całej sieci w bardziej sprawiedliwy sposób. Ethereum przyjęło uproszczoną wersję, pozwalając blokom „wujkowym” przyczyniać się do bezpieczeństwa łańcucha głównego i odgrywać rolę w obliczaniu całkowitej trudności.

Kluczowe wymagania i warunki

• Bloki „wujkowe” muszą być prawidłowe i wydobywane jednocześnie lub krótko przed blokiem nadrzędnym.
• Muszą znajdować się w ciągu sześciu generacji wstecz od bloku referencyjnego.
• Nie można się do nich odwoływać więcej niż raz; włączenie jest dozwolone tylko raz na łańcuch kanoniczny.
• Dozwolone było maksymalnie dwa bloki „wujkowe” na blok.

Zgodnie z zasadami Ethereum sprzed przejścia na Proof-of-Stake, gdy górnik włączał bloki „wujkowe”, otrzymywał za to dodatkową nagrodę. Nagroda wynosiła od 1/32 ETH do 7/8 ETH w zależności od odległości między blokiem wuja a blokiem kanonicznym. Co więcej, sam górnik wuja otrzymywał nagrodę, która zachęcała go do publikowania bloku, nawet jeśli groziło mu odsunięcie na boczny tor z powodu opóźnienia propagacji.

Z technicznego punktu widzenia, bloki wuja były odwoływane w polu „unclesHash” nagłówka bloku. Blok zawierający blok(i) wuja utrzymywał listę, która, choć nie rozszerzała łańcucha kanonicznego, stała się częścią oficjalnej historii stanu.

Wsparcie społeczności i deweloperów dla tego systemu było znaczące, szczególnie w zakresie ograniczania centralizacji. Architekci sieci, tacy jak Vitalik Buterin, często podkreślali cel Ethereum, jakim jest ucieleśnienie sprawiedliwszej, zdecentralizowanej dystrybucji zasobów – w której przewaga geograficzna lub sprzętowa nie była nadmiernie nagradzana poprzez nieuczciwą propagację.

Istotność statystyczna

W erze PoW w Ethereum, uwzględnianie bloków uncle było stosunkowo częste, szczególnie w okresach dużego obciążenia sieci lub korzystania z przestarzałych klientów. W rzeczywistości starsi klienci wydobywczy lub ci z mniej optymalną łącznością sieciową mieli tendencję do wyższego tempa produkcji bloków uncle. Platformy metryczne, takie jak Etherscan, umożliwiały śledzenie na żywo tempa produkcji bloków uncle, które zazwyczaj wahało się od 5% do 20%, w zależności głównie od warunków sieciowych i rozkładu mocy obliczeniowej.

Ponadto górnicy często stosowali strategie wydobywcze uncle w dynamice puli, aby maksymalizować korzyści dla wszystkich uczestników. Takie strategie były łagodne i zgodne ze standardami protokołu, odzwierciedlając zdolność adaptacji do inkluzywnego projektu ekosystemu Ethereum.

Pomimo pewnych technicznych zawiłości, polityka Ethereum dotycząca blokowania wujków świadczy o przyszłościowym podejściu do promowania zaangażowania w całej sieci i minimalizowania liczby porzuconych pakietów, powszechnych w tradycyjnych strukturach PoW.

Po przejściu Ethereum na Proof-of-Stake (PoS) we wrześniu 2022 roku – wydarzeniu powszechnie znanym jako „The Merge” – mechanizmy rządzące produkcją bloków uległy monumentalnej zmianie. Nie polegając już na energochłonnym wydobyciu, Ethereum zastąpiło górników walidatorami i całkowicie wyeliminowało potrzebę bloków wujkowych. Jednak dziedzictwo bloków wujkowych pozostaje głęboko zakorzenione w historii rozwoju Ethereum.

W PoS nominacja i walidacja bloków odbywają się zgodnie z deterministycznymi algorytmami, a nie metodą siłową. Dzięki temu nie występują jednoczesne sytuacje „prawie wygranej” z powodu kolizji haszy lub opóźnień propagacji w sieci. W związku z tym proces finalizacji bloków nie ma już miejsca na „wujków” – jest on liniowy i ostateczny, koordynowany za pomocą metod takich jak atestacje i ustalanie czasu slotów w łańcuchu Beacon Ethereum.

Mimo to, bloki „wujków” dały nam ważne lekcje dotyczące bezpieczeństwa łańcucha, uczciwości i uczestnictwa w sieci. Stanowiły one rozwiązanie Ethereum na problem osieroconych bloków, który wynikał ze struktury Bitcoina, wzmacniając zasadę, że częściowy wkład w wysiłki sieciowe zasługuje na uznanie. Co więcej, zachęty związane z blokami „wujków” mogły przyczynić się do utrzymania zdecentralizowanego wydobycia Ethereum przez dłuższy czas, w porównaniu z wysoce scentralizowaną dynamiką basenu wydobywczego Bitcoina.

Retrospektywne dyskusje wśród głównych deweloperów Ethereum często odwołują się do „wujków” w debatach na temat polityki nagród i inkluzywności sieci. Na przykład ewolucja zasad EIP (Ethereum Improvement Proposals) przeniosła etyczne uzasadnienie zawarte w traktowaniu bloków wujka do nowych modeli zachęt dla walidatorów – zapewniając, że etos uznania pozostanie obecny nawet w ramach projektowania PoS.

Znaczenie edukacyjne i historyczne

Dla nauczycieli, studentów i programistów badających ewolucję Ethereum, bloki wujka stanowią praktyczne studium przypadku w teorii decentralizacji i adaptacji protokołów. Uosabiają one nieodłączną potrzebę Ethereum, aby promować egalitarne zasady sieciowe poprzez eliminację opóźnień i uprzedzeń decentralizacyjnych, które paraliżowały wczesne struktury blockchain.

Dodatkowo, dla analityków sieci lub historyków blockchaina, bloki wujka służą jako wskaźniki kondycji sieci Ethereum w czasie. Na przykład wzrost wskaźnika bloków wujka może wskazywać na zwiększone przeciążenie, nierównomierną propagację lub różnice w wersjach oprogramowania. Te wskaźniki są nadal wykorzystywane w retrospektywnych analizach zachowań sieci sprzed ery fuzji.

Wreszcie, choć przestarzałe pod względem operacyjnym, bloki wujkowe wpłynęły na inne projekty blockchain. Niektóre projekty oparte na Ethereum lub inspirowane nim zachowały podobne strategie włączania nieaktualnych bloków, powołując się na korzyści dla decentralizacji i uczciwości. W związku z tym pomysły po raz pierwszy wdrożone w modelu wujkowym Ethereum nadal wpływają na szersze dyskusje na temat konsensusu w projektowaniu i architekturze blockchain na całym świecie.

Podsumowując, bloki wujkowe to nie tylko rozwiązany szczegół techniczny – to symboliczne i funkcjonalne świadectwo proaktywnego zarządzania Ethereum i zaangażowania na rzecz równego udziału w systemach bez uprawnień.