ΟΡΦΑΝΑ ΕΝΑΝΤΙΟΝ ΘΕΙΟΙ ΜΠΛΟΚ: ΒΑΣΙΚΕΣ ΔΙΑΦΟΡΕΣ

Ορισμός των Ορφανών και των Θείοιων Μπλοκ

Στο σύνθετο πεδίο της τεχνολογίας blockchain, τα "ορφανά" και τα "θεία" μπλοκ παίζουν σημαντικό ρόλο στον τρόπο με τον οποίο τα αποκεντρωμένα δίκτυα χειρίζονται τη διάδοση δεδομένων και τη συναίνεση. Αν και οι όροι χρησιμοποιούνται μερικές φορές εναλλακτικά, αναφέρονται σε ξεχωριστές έννοιες, ειδικά όταν εξετάζονται διαφορετικά πρωτόκολλα blockchain όπως το Bitcoin και το Ethereum.

Τι είναι ένα Ορφανό Μπλοκ;

Ένα ορφανό μπλοκ είναι ένα έγκυρο μπλοκ που εξορύχθηκε σχεδόν ταυτόχρονα με ένα άλλο μπλοκ, αλλά τελικά δεν περιλαμβάνεται στη μακρύτερη αλυσίδα, γνωστή ως "κύρια αλυσίδα", ενός δικτύου blockchain. Μπορεί να προκύψει από δύο εξορύκτες που λύνουν ένα μπλοκ ταυτόχρονα, δημιουργώντας μια προσωρινή διακλάδωση. Το δίκτυο τελικά επιλύει αυτήν τη διακλάδωση αποδεχόμενο ένα μπλοκ στην κύρια αλυσίδα - συνήθως αυτό που γίνεται η βάση για περισσότερα επόμενα μπλοκ - και απορρίπτοντας το άλλο. Το απορριφθέν μπλοκ γίνεται ορφανό.

Σημαντικά χαρακτηριστικά των ορφανών μπλοκ περιλαμβάνουν:

• Είναι έγκυρα όσον αφορά την υπολογιστική εργασία, αλλά απορρίπτονται από την κύρια αλυσίδα.
• Δεν συμβάλλουν στο ιστορικό συναλλαγών που χρησιμοποιείται από το δίκτυο.
• Δεν κερδίζουν ανταμοιβές μπλοκ εξόρυξης σε πρωτόκολλα όπως το Bitcoin.

Τι είναι ένα Uncle Block;

Εν τω μεταξύ, ένα uncle block (που αναφέρεται επίσης ως μπλοκ "ommer") είναι ένα μερικώς έγκυρο μπλοκ που αναγνωρίζεται σε ορισμένα δίκτυα όπως το Ethereum. Όπως τα ορφανά μπλοκ, τα uncle blocks δημιουργούνται όταν δύο μπλοκ εξορύσσονται σχεδόν ταυτόχρονα, αλλά μόνο ένα φτάνει στην κύρια αλυσίδα. Ωστόσο, σε αντίθεση με τα ορφανά μπλοκ, τα uncle blocks δεν αγνοούνται εντελώς. Στο Ethereum, τα uncle blocks αναφέρονται από μεταγενέστερα blocks και εξακολουθούν να ανταμείβονται, αν και με μειωμένο ρυθμό.

Αξιοσημείωτα χαρακτηριστικά των uncle blocks περιλαμβάνουν:

• Είναι έγκυρα blocks που δεν επιλέχθηκαν για τη μεγαλύτερη αλυσίδα αλλά αναγνωρίζονται.
• Το Ethereum ανταμείβει τους εξορύκτες των uncle blocks για να ενθαρρύνει την αποκέντρωση.
• Συμβάλλουν εν μέρει στην ασφάλεια του δικτύου και στη δίκαιη διάδοση των blocks.

Συνοψίζοντας, ενώ τόσο τα orphan όσο και τα uncle blocks προκύπτουν από την ίδια κατάσταση - ανταγωνιστικά blocks που παράγονται ταυτόχρονα - ο τρόπος με τον οποίο αντιμετωπίζονται από το δίκτυο τα διαφοροποιεί. Τα orphan blocks απορρίπτονται, ενώ τα uncle blocks μπορεί να εξακολουθούν να παίζουν ρόλο στη διαδικασία συναίνεσης.

Τεχνικές Διαφορές στα Πρωτόκολλα Blockchain

Για να κατανοήσουμε περαιτέρω τη διάκριση μεταξύ ορφανών και μη ορφανών μπλοκ, πρέπει να εξετάσουμε πώς διάφορα πρωτόκολλα blockchain χειρίζονται την διάδοση και τη συναίνεση των μπλοκ, εστιάζοντας ειδικά στο Bitcoin και το Ethereum. Τα πρωτόκολλα όχι μόνο ορίζουν τι αποτελούν αυτά τα μπλοκ, αλλά και πώς επηρεάζουν τα κίνητρα εξόρυξης, την ασφάλεια και τους μηχανισμούς κλιμάκωσης.

Bitcoin και Ορφανά Μπλοκ

Στο blockchain Bitcoin, όταν δύο εξορύκτες λύνουν ένα μπλοκ περίπου ταυτόχρονα, οι κόμβοι μπορούν να λάβουν και να διαδώσουν προσωρινά διαφορετικές εκδόσεις του blockchain. Η συναίνεση του Bitcoin καθορίζει ποιο μπλοκ γίνεται μέρος της κύριας αλυσίδας χρησιμοποιώντας τη συναίνεση Nakamoto: η αλυσίδα με την πιο συσσωρευτική απόδειξη εργασίας αναγνωρίζεται ως η έγκυρη αλυσίδα. Το απορριφθέν μπλοκ θεωρείται στη συνέχεια ορφανό.

Αυτό έχει αρκετές συνέπειες:

• Οι εξορύκτες που παράγουν ορφανά μπλοκ χάνουν τις ανταμοιβές των μπλοκ και τις χρεώσεις συναλλαγών τους.
• Αυτό δίνει κίνητρα για κεντρική συμπεριφορά εξόρυξης, όπου οι εξορύκτες προσπαθούν να βρουν και να δημιουργήσουν γρήγορα την μεγαλύτερη αλυσίδα.
• Τα ορφανά μπλοκ δεν αποθηκεύονται στο μόνιμο βιβλίο καταγραφής και δεν χρησιμοποιούνται για την επικύρωση συναλλαγών.

Δεν υπάρχει επίσημος μηχανισμός θείου στο Bitcoin. Το πρωτόκολλο αντιμετωπίζει όλα τα μπλοκ που δεν ανήκουν στην κύρια αλυσίδα ως πλήρη ορφανά, χωρίς διαθέσιμη διαδρομή ανάκτησης ή μερική ανταμοιβή.

Ethereum και Uncle Blocks

Το Ethereum εισήγαγε έναν πιο περιεκτικό μηχανισμό που αναγνωρίζει τα παλιά μπλοκ ως «θείους». Το πρωτόκολλο GHOST (Greedy Heaviest Observed Subtree) επιτρέπει στο Ethereum να συμπεριλαμβάνει θείους στην αλυσίδα του έμμεσα:

• Τα μπλοκ μπορούν να αναφέρονται σε προηγούμενα παλιά μπλοκ (θείους) για να διατηρείται η δικαιοσύνη του δικτύου.
• Οι ανταμοιβές των θείων (συνήθως ένα κλάσμα της πλήρους ανταμοιβής του μπλοκ) κατανέμονται στον εξορύκτη του θείου και στον εξορύκτη που το συμπεριλαμβάνει σε ένα μελλοντικό μπλοκ.
• Μπορούν να συμπεριληφθούν έως και δύο θείοι ανά μπλοκ σύμφωνα με τους κανόνες του Ethereum 1.0.

Αυτός ο σχεδιασμός βελτιώνει την αντίσταση του Ethereum στον συγκεντρωτισμό και ενθαρρύνει τη συμμετοχή απονέμοντας μερική πίστωση για προσπάθειες close mining. Επίσης, διευκολύνει ταχύτερους χρόνους μπλοκαρίσματος (~13 δευτερόλεπτα σε σύγκριση με τα 10 λεπτά του Bitcoin), γεγονός που αυξάνει την πιθανότητα συγκρούσεων μπλοκ χωρίς να τιμωρεί τους εξορύκτες τόσο σκληρά όσο το Bitcoin.

Με το Ethereum 2.0 να μεταβαίνει στο Proof of Stake, η σημασία των θείων αναμένεται να μειωθεί, αλλά παραμένουν ένα κρίσιμο χαρακτηριστικό του προηγούμενου μοντέλου διάδοσης μπλοκ του Ethereum.

Επιπτώσεις για την Ασφάλεια Δικτύου και την Εξόρυξη

Ο χειρισμός των ορφανών και μη γνωστών μπλοκ έχει βαθιές επιπτώσεις στην ασφάλεια, την αποτελεσματικότητα και τις στρατηγικές εξόρυξης του δικτύου. Διαφορετικές προσεγγίσεις στην αναγνώριση μπλοκ μπορούν να επηρεάσουν τη συμπεριφορά των miners, την οριστικότητα των συναλλαγών και τη δυναμική αποκέντρωσης σε όλο το δίκτυο.

Επιπτώσεις στην Αποδοτικότητα της Εξόρυξης

Από την άποψη των miners, η παραγωγή ενός μπλοκ που καταλήγει εκτός της κύριας αλυσίδας (είτε ορφανό είτε μη γνωστικό) αντιπροσωπεύει σπατάλη πόρων. Δεδομένου ότι η εξόρυξη είναι μια ανταγωνιστική και απαιτητική σε πόρους διαδικασία, ο τρόπος με τον οποίο ένα blockchain ανταμείβει ή αγνοεί τα παλιά μπλοκ επηρεάζει τις επιχειρησιακές στρατηγικές:

• Οι miners Bitcoin προτιμούν να βασίζονται σε μπλοκ που γνωρίζουν ότι βρίσκονται στην κύρια αλυσίδα. Τα ορφανά μπλοκ δεν προσφέρουν καμία ανταμοιβή, δημιουργώντας έναν «αγώνα για μετάδοση» υπό περιορισμούς καθυστέρησης.
• Οι μερικές ανταμοιβές του Ethereum για τα μπλοκ θείων μειώνουν αυτόν τον κίνδυνο, καθιστώντας το οικοσύστημα πιο φιλικό προς τους μικρότερους εξορύκτες ή εκείνους που βρίσκονται πιο μακριά από τους κόμβους δικτύου.

Αυτό οδηγεί σε μια ασυμμετρία όπου το Ethereum, μέσω των θείων, ενθαρρύνει την ευρύτερη συμμετοχή και μια πιο ισορροπημένη συμπεριφορά εξόρυξης, πιθανώς μειώνοντας την ενοποίηση της ισχύος κατακερματισμού και προωθώντας την αποκέντρωση.

Ζητήματα ασφάλειας δικτύου

Η ασφάλεια στα δίκτυα blockchain είναι βαθιά συνδεδεμένη με τη διαδικασία συναίνεσης. Ο χειρισμός των ορφανών και μηδενικών μπλοκ επηρεάζει τα ακόλουθα:

• Οριστικότητα: Η πιθανότητα αντιστροφής μιας συναλλαγής είναι υψηλότερη σε ένα δίκτυο που είναι επιρρεπές σε ορφανά μπλοκ, καθώς οι διακλαδώσεις (forks) μπορεί να προκαλέσουν αναδιοργάνωση των μπλοκ.
• Δομή κινήτρων: Η επιβράβευση των μηδενικών μπλοκ μειώνει τα οικονομικά πλεονεκτήματα που σχετίζονται με την κεντρική υποδομή εξόρυξης, βελτιώνοντας τη δικαιοσύνη του πρωτοκόλλου.

Όταν το Bitcoin επιλύει ένα ορφανό μπλοκ, για παράδειγμα, όλες οι συναλλαγές σε αυτό το ορφανό μπλοκ ενδεχομένως επιστρέφονται στο mempool για συμπερίληψη σε επόμενα μπλοκ. Αυτό μπορεί να επηρεάσει τις καθυστερήσεις των συναλλαγών και ακόμη και να προκαλέσει προβλήματα διπλής δαπάνης σε σπάνιες περιπτώσεις.

Αντίθετα, η συμπερίληψη μηδενικών μπλοκ στο Ethereum ενισχύει την υψηλότερη απόδοση δικτύου και τις ταχύτερες επιβεβαιώσεις χωρίς να θέτει σε σημαντικό κίνδυνο την ασφάλεια. Μειώνει επίσης την πίεση συγκέντρωσης, δίνοντας σε κόμβους με χαμηλότερη καθυστέρηση (π.χ., μεμονωμένους εξορύκτες) μια βάση στην ομάδα ανταμοιβών.

Προσαρμογές σε Σύγχρονα Δίκτυα Blockchain

Τα σύγχρονα πρωτόκολλα blockchain έχουν βασιστεί σε αυτές τις αρχές. Για παράδειγμα:

• Πρωτόκολλα όπως το Ethereum Classic περιλαμβάνουν επίσης μπλοκ θείου, αλλά ενδέχεται να διαφέρουν στον τρόπο υπολογισμού των ανταμοιβών θείου.
Τα
• Horizen και Zilliqa έχουν εισαγάγει εναλλακτικές λύσεις όπως η θραύση και η διαίρεση δικτύου για τη μείωση των ποσοστών ορφανών μπλοκ.
Τα
• αναδυόμενα δίκτυα Proof-of-Stake (PoS) τείνουν να παρακάμπτουν εντελώς την έννοια των ορφανών και των μπλοκ θείου, ευθυγραμμιζόμενα περισσότερο με την οριστικότητα μέσω της συναίνεσης των επικυρωτών αντί του ανταγωνισμού στην εξόρυξη.

Στην ουσία, αν και τόσο τα ορφανά όσο και τα μπλοκ θείου προκύπτουν από τον ίδιο τεχνικό περιορισμό - χρονική καθυστέρηση μπλοκ σε παγκοσμίως κατανεμημένα δίκτυα - κάθε blockchain προσαρμόζεται μοναδικά. Η επιλογή της απόρριψης ή της ενσωμάτωσης αυτών των μπλοκ αποκαλύπτει βασικές αξίες του δικτύου: αποτελεσματικότητα, δικαιοσύνη ή ιεράρχηση προτεραιοτήτων ασφάλειας.

Η κατανόηση αυτών των μηχανισμών όχι μόνο ενδυναμώνει τους προγραμματιστές και τους εξορύκτες, αλλά και ενημερώνει τις επιχειρήσεις για τη λήψη αποφάσεων που δημιουργούν εφαρμογές σε πλατφόρμες blockchain, ειδικά όταν επιλέγουν μεταξύ δικτύων όπως το Bitcoin και το Ethereum.