SPIEGAZIONE DEI BLOCCHI UNCLE IN ETHEREUM

In Ethereum, il termine "uncle block" si riferisce a blocchi validi che sono stati estratti quasi contemporaneamente al blocco canonico ma che non sono entrati a far parte della blockchain principale. Invece di rimanere orfani come in Bitcoin, questi blocchi ricevono comunque ricompense parziali per aver contribuito alla decentralizzazione e alla sicurezza della rete.

Per comprendere lo scopo degli uncle block, si consideri il funzionamento di sistemi decentralizzati come Ethereum. I miner competono per risolvere enigmi crittografici e trasmettere il proprio blocco alla rete. A causa della latenza di rete, diversi miner potrebbero risolvere l'enigma quasi contemporaneamente e propagare le loro diverse versioni del blocco ai nodi circostanti. Alla fine, la rete si accorda su un blocco per continuare la catena, relegando gli altri al ruolo di uncle block.

L'idea di includere gli uncle block è nata dall'esigenza di affrontare il problema di centralizzazione causato dai ritardi nella propagazione dei blocchi. Nel mining decentralizzato, i nodi più vicini all'originatore del blocco avevano maggiori probabilità di aggiungere il blocco successivo prima che gli altri lo ricevessero. Questa disomogeneità comprometteva l'equità, incoraggiando la centralizzazione attorno a hub a bassa latenza. La soluzione di Ethereum è stata quella di includere i blocchi zio nella struttura della catena, riconoscendone gli sforzi di calcolo e integrandoli nel sistema di difficoltà e ricompense.

Secondo la progettazione del protocollo Ethereum (inizialmente basato sulla Proof-of-Work), un blocco canonico poteva fare riferimento a un massimo di due blocchi zio delle sette generazioni precedenti. L'inclusione di questi zio forniva non solo piccole ricompense aggiuntive ai miner (fino all'87,5% della ricompensa del blocco principale), ma contribuiva anche alla sicurezza complessiva della catena aumentando la potenza di hashing effettiva incorporata nel calcolo della difficoltà della rete.

Oltre a ricompense ed equità, i blocchi zio svolgono un ruolo nella sicurezza contro il selfish mining. Nelle strategie di mining egoistiche, gli autori malintenzionati tentano di trattenere i blocchi trovati per ottenere un vantaggio. Integrando gli uncle, Ethereum ha ridotto l'efficacia di tali attacchi, riconoscendo gli sforzi onesti e poco convincenti dei miner che trasmettono blocchi senza malizia, ma perdono la corsa alla propagazione.

La posizione di Ethereum sui blocchi uncle differisce dal trattamento di Bitcoin per i blocchi obsoleti. In Bitcoin, questi diventano orfani, senza alcuna ricompensa o riconoscimento, contribuendo così allo spreco di energia e agli incentivi alla centralizzazione. Al contrario, gli uncle di Ethereum rappresentano un riconoscimento del contributo parziale di un blocco agli obiettivi di sicurezza e decentralizzazione del sistema.

È importante notare che l'utilizzo degli uncle è direttamente legato al modello Proof-of-Work, e il passaggio di Ethereum al Proof-of-Stake nell'ambito del progetto "The Merge" nel settembre 2022 ha reso gli uncle block di fatto obsoleti. Tuttavia, la loro funzione storica fornisce una visione essenziale di come Ethereum abbia dato priorità all'inclusività e all'equità della rete nei suoi primi anni di attività.

Oggi gli uncle block non vengono più generati in Ethereum, ma comprenderne lo scopo offre una conoscenza fondamentale dell'evoluzione del consenso di Ethereum e degli obiettivi della rete di equa partecipazione, decentralizzazione e robustezza.

Ethereum ha formalmente introdotto gli uncle block come parte del suo sistema di consenso e di ricompensa dei blocchi per affrontare le inefficienze presenti nelle reti basate sul mining. La loro inclusione è stata essenziale nei primi anni di Ethereum, in particolare con il modello Proof-of-Work (PoW) prima del 2022. Esploriamo come gli uncle block siano stati tecnicamente integrati nell'architettura di Ethereum.

Gli uncle block traggono ispirazione dal protocollo GHOST (Greedy Heaviest Observed SubTree). A differenza della regola di selezione lineare della catena di Bitcoin, GHOST consente la considerazione parziale dei rami che non diventano la catena principale, riflettendo così in modo più equo l'impegno profuso a livello di rete. Ethereum ha adottato una versione semplificata consentendo agli uncle di contribuire alla sicurezza della catena principale e di svolgere un ruolo nel calcolo della difficoltà totale.

Requisiti e condizioni chiave

• I blocchi uncle devono essere validi e minati simultaneamente o poco prima del blocco padre.
• Devono essere entro sei generazioni indietro rispetto al blocco di riferimento.
• Non possono essere referenziati più di una volta; l'inclusione è consentita solo una volta per catena canonica.
• Era consentito un massimo di due blocchi uncle per blocco.

Secondo le regole di Ethereum prima del passaggio alla Proof-of-Stake, quando un miner includeva blocchi uncle, riceveva una ricompensa aggiuntiva. Questa ricompensa variava da 1/32 ETH a 7/8 ETH, a seconda della distanza tra il blocco "zio" e il blocco canonico. Inoltre, gli stessi miner "zio" ricevevano una ricompensa, incentivandoli a pubblicare il loro blocco anche se rischiava di essere accantonato a causa del ritardo di propagazione.

In termini tecnici, i blocchi "zio" venivano referenziati all'interno del campo "unclesHash" dell'intestazione del blocco. Il blocco che includeva uno o più "zio" manteneva un elenco che, pur non estendendo la catena canonica, entrava a far parte della cronologia ufficiale dello stato.

Il supporto della community e degli sviluppatori per questo sistema è stato sostanziale, soprattutto nel mitigare la centralizzazione. Architetti di rete come Vitalik Buterin hanno spesso sottolineato l'obiettivo di Ethereum di incarnare una distribuzione delle risorse più equa e decentralizzata, in cui i vantaggi geografici o hardware non fossero indebitamente ricompensati attraverso una propagazione ingiusta.

Rilevanza statistica

Durante l'era PoW di Ethereum, l'inclusione di blocchi uncle era relativamente frequente, in particolare durante i periodi di elevata congestione della rete o di utilizzo di client obsoleti. Infatti, i client di mining più vecchi o quelli con una connettività di rete meno ottimale tendevano ad avere tassi di produzione di blocchi uncle più elevati. Piattaforme di metriche come Etherscan fornivano un monitoraggio in tempo reale del tasso di uncle, che in genere variava tra il 5% e il 20%, a seconda principalmente delle condizioni della rete e della distribuzione dell'hash rate.

Inoltre, i miner spesso utilizzavano strategie di uncle mining nelle dinamiche dei pool per massimizzare le ricompense tra i partecipanti. Tali strategie erano benigne e conformi agli standard del protocollo, riflettendo una capacità di adattamento al design inclusivo dell'ecosistema di Ethereum.

Nonostante alcune complessità tecniche, la politica di Ethereum sui blocchi zio ha dimostrato una posizione lungimirante nel promuovere il coinvolgimento dell'intera rete e nel ridurre al minimo i tassi di orfani comuni nelle strutture PoW tradizionali.

In seguito alla transizione di Ethereum al Proof-of-Stake (PoS) nel settembre 2022, un evento ampiamente noto come "The Merge", i meccanismi sottostanti che governano la produzione di blocchi hanno subito un cambiamento epocale. Non più dipendente dal mining ad alto consumo energetico, Ethereum ha sostituito i miner con i validatori ed eliminato del tutto la necessità degli uncle. Tuttavia, l'eredità degli uncle block rimane profondamente radicata nella storia dello sviluppo di Ethereum.

Con il PoS, la nomina e la convalida dei blocchi seguono algoritmi deterministici anziché calcoli a forza bruta. Pertanto, non si verificano situazioni di "quasi-vincita" simultanee dovute a collisioni di hash o ritardi di propagazione della rete. Pertanto, il processo di finalizzazione dei blocchi non lascia più spazio agli uncle: è di natura lineare e definitiva, coordinato tramite metodi come attestazioni e tempi di slot all'interno della Beacon Chain di Ethereum.

Tuttavia, gli uncle block hanno insegnato lezioni fondamentali sulla sicurezza della catena, l'equità e la partecipazione alla rete. Hanno rappresentato la soluzione di Ethereum al problema dei blocchi orfani posto dalla struttura di Bitcoin, rafforzando il principio secondo cui i contributi parziali agli sforzi della rete meritano un riconoscimento. Inoltre, gli incentivi legati agli uncle block potrebbero aver contribuito a mantenere il mining di Ethereum decentralizzato più a lungo, rispetto alle dinamiche altamente centralizzate del bacino di mining di Bitcoin.

Le discussioni retrospettive tra gli sviluppatori del core di Ethereum fanno spesso riferimento agli uncle nei dibattiti sulle politiche di ricompensa e sull'inclusività della rete. Ad esempio, l'evoluzione delle policy EIP (Ethereum Improvement Proposals) ha portato avanti la logica etica insita nel trattamento degli uncle block in nuovi modelli di incentivazione per i validatori, garantendo che un'etica di riconoscimento rimanga presente anche nei framework di progettazione PoS.

Significato educativo e storico

Per docenti, studenti e sviluppatori che studiano l'evoluzione di Ethereum, gli uncle block forniscono un caso di studio concreto sulla teoria della decentralizzazione e sull'adattamento del protocollo. Incapsulano il desiderio intrinseco di Ethereum di promuovere policy di rete egualitarie affrontando i pregiudizi di latenza e decentralizzazione che hanno paralizzato i primi framework blockchain.

Inoltre, per gli analisti di rete o gli storici della blockchain, gli uncle block fungono da indicatori dello stato di salute della rete Ethereum nel tempo. Ad esempio, un aumento del tasso di uncle potrebbe indicare una maggiore congestione, una propagazione irregolare o disparità nelle versioni del software. Queste metriche continuano a essere utilizzate nelle analisi retrospettive del comportamento della rete dall'era pre-Merge.

Infine, sebbene obsoleti in termini operativi, gli uncle block hanno influenzato altri progetti blockchain. Alcuni progetti basati o ispirati a Ethereum hanno mantenuto strategie di inclusione simili per i blocchi obsoleti, citando i vantaggi in termini di decentralizzazione ed equità. Pertanto, le idee implementate per la prima volta attraverso il modello uncle di Ethereum continuano a ispirare le discussioni più ampie sulla progettazione e l'architettura blockchain a livello mondiale.

In conclusione, gli uncle block non sono solo un dettaglio tecnico risolto, ma una testimonianza simbolica e funzionale della governance proattiva di Ethereum e del suo impegno per un'equa partecipazione all'interno di sistemi permissionless.