WEES VERSUS OOM BLOCKS: BELANGRIJKSTE VERSCHILLEN

Definitie van Orphan- en Uncle-blokken

In de complexe wereld van blockchaintechnologie spelen "orphan"- en "uncle"-blokken een belangrijke rol in hoe gedecentraliseerde netwerken omgaan met dataverspreiding en consensus. Hoewel de termen soms door elkaar worden gebruikt, verwijzen ze naar verschillende concepten, vooral wanneer we kijken naar verschillende blockchainprotocollen zoals Bitcoin en Ethereum.

Wat is een Orphan-blok?

Een orphan-blok is een geldig blok dat bijna gelijktijdig met een ander blok is gemined, maar uiteindelijk niet is opgenomen in de langste keten, de zogenaamde "hoofdketen", van een blockchainnetwerk. Dit kan het gevolg zijn van het feit dat twee miners tegelijkertijd een blok oplossen, waardoor een tijdelijke afsplitsing ontstaat. Het netwerk lost deze afsplitsing uiteindelijk op door één blok in de hoofdketen op te nemen – meestal het blok dat de basis vormt voor meer volgende blokken – en het andere af te wijzen. Het afgewezen blok wordt een weesblok.

Belangrijke kenmerken van weesblokken zijn onder andere:

• Ze zijn geldig in termen van rekenkracht, maar worden verwijderd uit de hoofdketen.
• Ze dragen niet bij aan de transactiegeschiedenis die door het netwerk wordt gebruikt.
• Ze verdienen geen blokbeloningen voor hun miners in protocollen zoals Bitcoin.

Wat is een oomblok?

Een oomblok (ook wel een "oom"-blok genoemd) is een gedeeltelijk geldig blok dat wordt herkend in bepaalde netwerken zoals Ethereum. Net als weesblokken worden oomblokken gecreëerd wanneer twee blokken bijna gelijktijdig worden gemined, maar slechts één de hoofdketen bereikt. In tegenstelling tot weesblokken worden oomblokken echter niet volledig genegeerd. In Ethereum worden uncle blocks door latere blocks aangehaald en nog steeds beloond, zij het tegen een verlaagd tarief.

Opvallende kenmerken van uncle blocks zijn onder andere:

• Het zijn geldige blocks die niet zijn gekozen voor de langste blockchain, maar wel worden erkend.
• Ethereum beloont de miners van uncle blocks om decentralisatie te stimuleren.
• Ze dragen gedeeltelijk bij aan de netwerkbeveiliging en eerlijke blokpropagatie.

Kortom, hoewel zowel orphan- als uncle blocks voortkomen uit dezelfde situatie – concurrerende blocks die gelijktijdig worden geproduceerd – onderscheidt de manier waarop ze door het netwerk worden behandeld ze van elkaar. Orphan-blocks worden verwijderd, terwijl uncle blocks nog steeds een rol kunnen spelen in het consensusproces.

Technische verschillen in blockchainprotocollen

Om het onderscheid tussen orphan- en uncle-blocks beter te begrijpen, moeten we onderzoeken hoe verschillende blockchainprotocollen omgaan met blockpropagation en consensus, met name gericht op Bitcoin en Ethereum. De protocollen definiëren niet alleen wat deze blocks inhouden, maar ook hoe ze de miningprikkels, beveiliging en schaalbaarheidsmechanismen beïnvloeden.

Bitcoin en orphan-blocks

In de Bitcoin-blockchain kunnen nodes, wanneer twee miners ongeveer tegelijkertijd een block oplossen, tijdelijk verschillende versies van de blockchain ontvangen en propageren. De consensus van Bitcoin bepaalt welk block deel uitmaakt van de hoofdchain met behulp van de Nakamoto-consensus: de chain met de meeste cumulatieve proof-of-work wordt herkend als de geldige chain. Het weggegooide blok wordt vervolgens beschouwd als een weesblok.

Dit heeft verschillende gevolgen:

• Miners die weesblokken produceren, verliezen hun blokbeloningen en transactiekosten.
• Dit stimuleert gecentraliseerd mininggedrag, waarbij miners proberen snel de langste blockchain te vinden en daarop te bouwen.
• Weesblokken worden niet opgeslagen in het permanente grootboek en worden niet gebruikt voor transactievalidatie.

Er bestaat geen formeel oommechanisme in Bitcoin. Het protocol behandelt alle blokken die niet tot de hoofdblockchain behoren als volledige weesblokken, zonder herstelpad of gedeeltelijke beloning.

Ethereum en oomblokken

Ethereum introduceerde een inclusiever mechanisme dat verouderde blokken als "oomblokken" herkent. Het GHOST-protocol (Greedy Heaviest Observed Subtree) stelt Ethereum in staat om uncles indirect in de blockchain op te nemen:

• Blokken kunnen verwijzen naar eerdere oude blokken (uncles) om de eerlijkheid van het netwerk te behouden.
• Uncle-beloningen (meestal een fractie van de volledige blokbeloning) worden verdeeld over de miner van de uncle en de miner die deze in een toekomstig blok opneemt.
• Volgens de regels van Ethereum 1.0 kunnen maximaal twee uncles per blok worden opgenomen.

Dit ontwerp verbetert de weerstand van Ethereum tegen centralisatie en stimuleert deelname door gedeeltelijke credits toe te kennen voor pogingen tot nauwe mining. Het maakt ook snellere bloktijden mogelijk (~13 seconden vergeleken met de 10 minuten van Bitcoin), wat de kans op blokbotsingen vergroot zonder miners zo hard te straffen als Bitcoin.

Nu Ethereum 2.0 overstapt op Proof of Stake, zal de relevantie van 'uncles' naar verwachting afnemen, maar ze blijven een cruciaal kenmerk van Ethereums eerdere block propagation-model.

Implicaties voor netwerkbeveiliging en mining

De verwerking van orphan- en uncle-blokken heeft grote gevolgen voor de netwerkbeveiliging, efficiëntie en miningstrategieën. Verschillende benaderingen van blokherkenning kunnen het gedrag van miners, de transactiefinaliteit en de decentralisatiedynamiek in het netwerk beïnvloeden.

Impact op mining-efficiëntie

Vanuit het standpunt van miners is het produceren van een blok dat buiten de hoofdketen terechtkomt (orphaned of uncle) verspilling van resources. Omdat mining een competitief en resource-intensief proces is, heeft de manier waarop een blockchain stale blocks beloont of negeert invloed op operationele strategieën:

• Bitcoin-miners bouwen het liefst op blokken waarvan ze weten dat ze zich in de hoofdketen bevinden. Verweesde blokken bieden geen beloning, waardoor een "race om uit te zenden" ontstaat onder latentiebeperkingen.
• De gedeeltelijke beloningen van Ethereum voor uncle-blokken verminderen dit risico, waardoor het ecosysteem vriendelijker wordt voor kleinere miners of miners die zich verder van netwerkhubs bevinden.

Dit leidt tot een asymmetrie waarbij Ethereum, via uncles, bredere deelname en evenwichtiger mininggedrag aanmoedigt, wat mogelijk de consolidatie van hashpower vermindert en decentralisatie bevordert.

Overwegingen voor netwerkbeveiliging

Beveiliging in blockchainnetwerken is nauw verbonden met het consensusproces. De verwerking van orphan- en uncle-blocks heeft invloed op het volgende:

• Finaliteit: De kans dat een transactie wordt teruggedraaid is groter in een netwerk dat gevoelig is voor orphan-blocks, omdat forks blokreorganisatie kunnen veroorzaken.
• Structurering van incentives: Het belonen van uncles vermindert de economische voordelen die gepaard gaan met een gecentraliseerde mininginfrastructuur, waardoor de protocoleerlijkheid verbetert.

Wanneer Bitcoin bijvoorbeeld een orphan-block oplost, worden alle transacties in dat orphan-block mogelijk teruggestuurd naar de mempool voor opname in volgende blocks. Dit kan transactievertragingen beïnvloeden en in zeldzame gevallen zelfs problemen met dubbele uitgaven veroorzaken.

Daarentegen zorgt de opname van uncles in Ethereum voor een hogere netwerkdoorvoer en snellere bevestigingen zonder significante concessies te doen aan de beveiliging. Het vermindert ook de centralisatiedruk, waardoor nodes met een lagere latentie (bijv. individuele miners) een plek in de beloningspool krijgen.

Aanpassingen in moderne blockchainnetwerken

Moderne blockchainprotocollen zijn op deze principes gebaseerd. Bijvoorbeeld:

• Protocollen zoals Ethereum Classic bevatten ook uncle blocks, maar kunnen verschillen in de manier waarop ze uncle-beloningen berekenen.
• Horizen en Zilliqa hebben alternatieve oplossingen geïntroduceerd, zoals sharding en netwerksplitsing, om het aantal weesblokken te verminderen.
• Opkomende Proof-of-Stake (PoS)-netwerken omzeilen het concept van orphan- en uncle blocks meestal volledig en richten zich meer op finaliteit via validatorconsensus in plaats van miningconcurrentie.

Hoewel zowel orphan- als uncle blocks in essentie voortkomen uit dezelfde technische beperking — de tijdlatentie van blocks in wereldwijd gedistribueerde netwerken — past elke blockchain zich uniek aan. De keuze om deze blokken te verwijderen of op te nemen, onthult de kernwaarden van het netwerk: efficiëntie, eerlijkheid of prioriteit voor beveiliging.

Inzicht in deze mechanismen geeft ontwikkelaars en miners niet alleen meer mogelijkheden, maar helpt bedrijven ook bij het nemen van beslissingen die applicaties bouwen op blockchainplatforms, met name bij de keuze tussen netwerken zoals Bitcoin en Ethereum.