UNCLE BLOCKS IN ETHEREUM UITGELEGD

In Ethereum verwijst de term "uncle blocks" naar geldige blokken die bijna gelijktijdig met het canonieke blok zijn gemined, maar geen deel zijn geworden van de hoofdblockchain. In plaats van verweesd te worden zoals bij Bitcoin, ontvangen deze blokken nog steeds gedeeltelijke beloningen voor hun bijdrage aan de decentralisatie en beveiliging van het netwerk.

Om het doel van uncle blocks te begrijpen, moet je bedenken hoe gedecentraliseerde systemen zoals Ethereum werken. Miners concurreren om cryptografische puzzels op te lossen en hun blok naar het netwerk te versturen. Door netwerklatentie kunnen verschillende miners de puzzel bijna tegelijkertijd oplossen en hun verschillende versies van het blok naar omliggende nodes verspreiden. Uiteindelijk komt het netwerk overeen dat één blok de keten voortzet, waardoor de andere als uncles worden beschouwd.

Het idee om uncle blocks op te nemen, is ontstaan ​​uit de behoefte om het centralisatieprobleem aan te pakken dat wordt veroorzaakt door vertragingen in de blockpropagatie. Bij gedecentraliseerde mining hadden nodes die dichter bij de oorspronkelijke blocker stonden een grotere kans om het volgende block toe te voegen voordat anderen het ontvingen. Deze ongelijkheid ondermijnde de eerlijkheid en stimuleerde centralisatie rond hubs met lage latentie. De oplossing van Ethereum was om uncle blocks in de chainstructuur op te nemen door hun rekenkracht te herkennen en ze te integreren in het systeem van moeilijkheidsgraad en beloning.

Volgens het protocolontwerp van Ethereum (aanvankelijk onder Proof-of-Work) kon een canoniek block tot twee uncle blocks uit de voorgaande zeven generaties verwijzen. De toevoeging van deze uncles leverde niet alleen kleine extra beloningen op voor miners (tot 87,5% van de beloning van het hoofdblock), maar droeg ook bij aan de algehele beveiliging van de chain door de effectieve hashkracht te vergroten die in de moeilijkheidsgraadberekening van het netwerk is opgenomen.

Naast beloningen en eerlijkheid spelen uncle blocks een rol in de beveiliging tegen egoïstische mining. Bij egoïstische miningstrategieën proberen kwaadwillenden gevonden blokken achter te houden om voordeel te behalen. Door uncles te integreren, verminderde Ethereum de effectiviteit van dergelijke aanvallen door de eerlijke, bijna-missende pogingen te erkennen van miners die blokken zonder kwade bedoelingen uitzonden, maar de propagatierace verloren.

Ethereums standpunt ten opzichte van uncle-blokken verschilt van Bitcoins standpunt ten opzichte van stale blokken. Bij Bitcoin raken deze verweesd – zonder beloning of erkenning – en dragen zo bij aan energieverspilling en centralisatieprikkels. De uncles van Ethereum daarentegen vertegenwoordigen een erkenning van de gedeeltelijke bijdrage van een blok aan de beveiligings- en decentralisatiedoelen van het systeem.

Het is belangrijk om op te merken dat het gebruik van uncles direct gekoppeld is aan het Proof-of-Work-model, en Ethereums overstap naar Proof-of-Stake onder "The Merge" in september 2022 maakte uncle-blokken feitelijk overbodig. Hun historische functie biedt echter een essentieel inzicht in hoe Ethereum in de beginjaren prioriteit gaf aan inclusiviteit en netwerkgelijkheid.

Uncle-blokken worden tegenwoordig niet meer gegenereerd in Ethereum, maar inzicht in hun doel biedt fundamentele kennis over de consensusontwikkeling van Ethereum en de doelstellingen van het netwerk: eerlijke deelname, decentralisatie en robuustheid.

Ethereum introduceerde uncle blocks formeel als onderdeel van zijn consensus- en block reward-systeem om inefficiënties in mining-gebaseerde netwerken aan te pakken. Hun opname was essentieel in de beginjaren van Ethereum, met name onder het Proof-of-Work (PoW)-model vóór 2022. Laten we eens kijken hoe uncle blocks technisch werden geïntegreerd in de architectuur van Ethereum.

Uncle blocks worden aangestuurd door het GHOST-protocol (Greedy Heaviest Observed SubTree). In tegenstelling tot de lineaire chain-selectieregel van Bitcoin, staat GHOST gedeeltelijke overweging toe van branches die niet de hoofdchain vormen, waardoor de netwerkbrede inspanning eerlijker wordt weerspiegeld. Ethereum heeft een vereenvoudigde versie aangenomen door uncles toe te staan ​​bij te dragen aan de beveiliging van de hoofdketen en een rol te spelen in de totale moeilijkheidsgraadberekening.

Belangrijkste vereisten en voorwaarden

• Uncle-blokken moeten geldig zijn en gelijktijdig of kort voor het bovenliggende blok gemined worden.
• Ze moeten binnen zes generaties van het refererende blok liggen.
• Er mag niet meer dan één keer naar verwezen worden; opname is slechts één keer per canonieke keten toegestaan.
• Er waren maximaal twee uncle-blokken per blok toegestaan.

Volgens de regels van Ethereum vóór de overstap naar Proof-of-Stake ontving een miner een extra beloning wanneer hij uncle-blokken opnam. Deze beloning varieerde van 1/32 ETH tot 7/8 ETH, afhankelijk van de afstand tussen de uncle en het canonieke blok. Bovendien ontving de uncle-miner zelf een beloning, die hem aanmoedigde om zijn block te publiceren, zelfs als het risico bestond dat het geblokkeerd zou worden vanwege een vertraging in de propagatie.

Technisch gezien werden uncle-blocks aangeroepen in het veld 'unclesHash' in de blockheader. Het block met uncle(s) hield een lijst bij die, hoewel deze de canonieke blockchain niet uitbreidde, deel uitmaakte van de officiële state history.

De ondersteuning van de community en ontwikkelaars voor dit systeem was aanzienlijk, vooral om centralisatie tegen te gaan. Netwerkarchitecten zoals Vitalik Buterin benadrukten vaak Ethereums doel om een ​​eerlijkere, gedecentraliseerde verdeling van bronnen te belichamen, waarbij geografische of hardwarevoordelen niet onterecht werden beloond door oneerlijke propagatie.

Statistische relevantie

Tijdens het PoW-tijdperk van Ethereum kwam uncle-inclusie relatief vaak voor, met name in periodes van hoge netwerkcongestie of verouderd clientgebruik. Sterker nog, oudere miningclients of clients met een minder optimale netwerkconnectiviteit hadden over het algemeen een hogere productiesnelheid van uncle-blocks. Metriekplatforms zoals Etherscan boden live tracking van de uncle-rate, die doorgaans varieerde tussen 5% en 20%, voornamelijk afhankelijk van de netwerkomstandigheden en de hash-rateverdeling.

Bovendien gebruikten miners vaak uncle mining-strategieën in pooldynamiek om de beloning voor alle deelnemers te maximaliseren. Dergelijke strategieën waren goedaardig en vielen binnen de protocolnormen, wat een weerspiegeling was van het aanpassingsvermogen aan het inclusieve ecosysteemontwerp van Ethereum.

Ondanks enkele technische complexiteiten toonde Ethereums uncle block-beleid een vooruitstrevende houding ten aanzien van het bevorderen van netwerkbrede betrokkenheid en het minimaliseren van het aantal weeskinderen dat veel voorkomt in traditionele PoW-structuren.

Na de overgang van Ethereum naar Proof-of-Stake (PoS) in september 2022 – een gebeurtenis die algemeen bekend staat als "The Merge" – ondergingen de onderliggende mechanismen die de blokproductie besturen een monumentale verandering. Ethereum was niet langer afhankelijk van energie-intensieve mining, maar verving miners door validators en maakte een einde aan de noodzaak van uncles. De erfenis van uncle-blokken blijft echter diepgeworteld in de ontwikkelingsgeschiedenis van Ethereum.

Onder PoS volgen de nominatie en validatie van blokken deterministische algoritmen in plaats van brute-force berekeningen. Daardoor zijn er geen gelijktijdige "bijna-win"-situaties als gevolg van hashbotsingen of vertragingen in de netwerkpropagatie. Daarom is er in het blokfinalisatieproces geen ruimte meer voor uncles – het is lineair en definitief van aard, gecoördineerd via methoden zoals attestaties en slottiming binnen de Beacon Chain van Ethereum.

Toch leerden uncle blocks belangrijke lessen over blockchainbeveiliging, eerlijkheid en netwerkparticipatie. Ze dienden als Ethereums oplossing voor het orphan block-probleem dat voortkwam uit de structuur van Bitcoin, en versterkten het principe dat gedeeltelijke bijdragen aan netwerkinspanningen erkenning verdienden. Bovendien hebben incentives met betrekking tot uncle blocks mogelijk bijgedragen aan het langer decentraal houden van Ethereum-mining, vergeleken met de sterk gecentraliseerde dynamiek van het miningbassin van Bitcoin.

Retrospectieve discussies tussen Ethereum-kernontwikkelaars verwijzen vaak naar uncles in debatten over beloningsbeleid en netwerkinclusiviteit. Zo heeft de evolutie van EIP-beleid (Ethereum Improvement Proposals) de ethische grondgedachte van de behandeling van uncle blocks doorgezet in nieuwe modellen voor validator-incentives, waardoor een ethos van erkenning zelfs in PoS-ontwerpframeworks behouden blijft.

Educatieve en historische betekenis

Voor docenten, studenten en ontwikkelaars die de evolutie van Ethereum bestuderen, bieden uncle blocks een praktijkvoorbeeld van de decentralisatietheorie en protocolaanpassing. Ze vatten Ethereums inherente wens samen om egalitaire netwerkbeleidsmaatregelen te bevorderen door latentie en decentralisatieproblemen aan te pakken die vroege blockchainframeworks lamlegden.

Bovendien dienen uncle blocks voor netwerkanalisten of blockchainhistorici als indicatoren voor de gezondheid van het netwerk van Ethereum in de loop der tijd. Een stijging van de uncle rate kan bijvoorbeeld wijzen op toegenomen congestie, ongelijkmatige propagatie of verschillen in softwareversies. Deze statistieken worden nog steeds gebruikt in retrospectieve analyses van netwerkgedrag uit het pre-Merge-tijdperk.

Tenslotte hebben uncle blocks, hoewel operationeel verouderd, andere blockchainontwerpen beïnvloed. Sommige op Ethereum gebaseerde of geïnspireerde projecten hebben vergelijkbare inclusiestrategieën voor verouderde blocks behouden, waarbij ze de voordelen van decentralisatie en eerlijkheid aanhaalden. De ideeën die voor het eerst werden geïmplementeerd via Ethereums uncle-model, blijven dan ook wereldwijd een inspiratiebron voor bredere consensus over ontwerp en blockchainarchitectuur.

Tot slot zijn uncle blocks niet alleen een technisch detail – ze vormen een symbolisch en functioneel bewijs van Ethereums proactieve bestuur en toewijding aan gelijkwaardige participatie binnen systemen zonder toestemming.