オーファンブロックとアンクルブロック：主な違い

孤立ブロックとアンクルブロックの定義

ブロックチェーン技術の複雑な領域において、「孤立ブロック」と「アンクルブロック」は、分散型ネットワークにおけるデータの伝播とコンセンサスの処理において重要な役割を果たします。これらの用語は互換的に使用される場合もありますが、特にビットコインやイーサリアムといった異なるブロックチェーンプロトコルを考慮する場合、それぞれ異なる概念を指します。

孤立ブロックとは？

孤立ブロックとは、他のブロックとほぼ同時にマイニングされたものの、最終的にブロックチェーンネットワークの最長チェーン（「メインチェーン」と呼ばれる）に含まれなかった有効なブロックです。これは、2人のマイナーが同時にブロックを解くことで一時的なフォーク（分岐）が発生したことで発生することがあります。ネットワークは最終的に、1つのブロックをメインチェーン（通常は後続のブロックの基盤となるブロック）に受け入れ、もう1つのブロックを拒否することで、このフォークを解決します。拒否されたブロックは孤立ブロックになります。

孤立ブロックの重要な特徴は次のとおりです。

• 計算上は有効ですが、メインチェーンからは破棄されます。
• ネットワークで使用されるトランザクション履歴には貢献しません。
• ビットコインなどのプロトコルでは、マイナーにブロック報酬が支払われません。

アンクルブロックとは？

一方、アンクルブロック（「ommer」ブロックとも呼ばれます）は、Ethereumなどの特定のネットワークで認識される、部分的に有効なブロックです。孤立ブロックと同様に、アンクルブロックは2つのブロックがほぼ同時にマイニングされたときに作成されますが、メインチェーンに到達するのは1つだけです。ただし、孤立ブロックとは異なり、アンクルブロックは完全に無視されるわけではありません。 Ethereumでは、アンクルブロックは後続のブロックから参照され、報酬は得られますが、報酬率は低下します。

アンクルブロックの注目すべき特徴は以下のとおりです。

• 最長チェーンには選ばれなかったものの、承認された有効なブロックです。
• Ethereumは、分散化を促進するために、アンクルブロックのマイナーに報酬を与えます。
• アンクルブロックは、ネットワークのセキュリティとブロック伝播の公平性に部分的に貢献します。

まとめると、孤立ブロックとアンクルブロックはどちらも同じ状況（競合するブロックが同時に生成される）から発生しますが、ネットワークによる処理方法によって両者は異なります。孤立ブロックは破棄されますが、アンクルブロックはコンセンサスプロセスにおいて依然として役割を果たす場合があります。

ブロックチェーンプロトコルにおける技術的な違い

孤立ブロックとアンクルブロックの違いをさらに理解するには、様々なブロックチェーンプロトコルがブロックの伝播とコンセンサスをどのように処理しているか、特にビットコインとイーサリアムに焦点を当てて検証する必要があります。これらのプロトコルは、これらのブロックの構成要素を定義するだけでなく、マイニングのインセンティブ、セキュリティ、スケーラビリティのメカニズムにどのような影響を与えるかについても定義します。

ビットコインと孤立ブロック

ビットコインブロックチェーンでは、2人のマイナーがほぼ同時にブロックを解くと、ノードは一時的に異なるバージョンのブロックチェーンを受信し、伝播することがあります。ビットコインのコンセンサスは、ナカモトコンセンサスを用いて、どのブロックがメインチェーンの一部となるかを決定します。つまり、最も累積的なプルーフ・オブ・ワークを持つチェーンが有効なチェーンとして認識されます。破棄されたブロックは「孤児」とみなされます。

これにはいくつかの影響があります。

• 孤児ブロックを生成したマイナーは、ブロック報酬とトランザクション手数料を失います。
• これにより、マイナーは最長のチェーンを素早く見つけて構築しようとする、中央集権的なマイニング行動が促進されます。
• 孤児ブロックは永続的な台帳に保存されず、トランザクションの検証にも使用されません。

ビットコインには正式なアンクルメカニズムは存在しません。プロトコルは、メインチェーン以外のすべてのブロックを完全な孤児として扱い、回復パスや部分的な報酬は提供されません。

イーサリアムとアンクルブロック

イーサリアムは、古くなったブロックを「アンクル」として認識する、より包括的なメカニズムを導入しました。 GHOST（Greedy Heaviest Observed Subtree）プロトコルにより、Ethereum はチェーンに間接的にアンクル（不完全ブロック）を含めることができます。

• ブロックは、ネットワークの公平性を維持するために、以前の古いブロック（アンクル）を参照できます。
• アンクル報酬（通常はブロック報酬の一部）は、アンクルを作成したマイナーと、将来のブロックにアンクルを追加したマイナーに分配されます。
• Ethereum 1.0 のルールでは、ブロックごとに最大 2 つのアンクルを含めることができます。

この設計により、Ethereum の中央集権化に対する耐性が向上し、近接マイニングの試行に対して部分的なクレジットが付与されることで、参加が促進されます。また、ブロック生成時間の短縮（ビットコインの10分に対して約13秒）も実現し、ビットコインほどマイナーに厳しいペナルティを与えることなく、ブロック衝突の可能性を高めます。

イーサリアム2.0がプルーフ・オブ・ステーク（PoS）に移行すると、アンクルの重要性は低下すると予想されますが、イーサリアムの以前のブロック伝播モデルの重要な機能であることに変わりはありません。

ネットワークセキュリティとマイニングへの影響

孤立ブロックとアンクルブロックの扱いは、ネットワークのセキュリティ、効率、そしてマイニング戦略に大きな影響を与えます。ブロック認識のアプローチは、マイナーの行動、トランザクションのファイナリティ、そしてネットワーク全体の分散化のダイナミクスに影響を与える可能性があります。

マイニング効率への影響

マイナーの視点から見ると、メインチェーンの外側に残るブロック（孤立ブロックまたはアンクルブロック）を生成することは、リソースの無駄遣いを意味します。マイニングは競争が激しく、リソースを大量に消費するプロセスであるため、ブロックチェーンが古くなったブロックをどのように評価するか、あるいは無視するかは、運用戦略に影響を与えます。

• ビットコインマイナーは、メインチェーン内にあることが分かっているブロックをベースに構築することを好みます。孤立ブロックは報酬を提供しないため、レイテンシ制約下で「ブロードキャスト競争」を引き起こします。
• イーサリアムでは、アンクルブロックに対する部分的な報酬によってこのリスクが軽減され、エコシステムは小規模マイナーやネットワークハブから遠く離れたマイナーにとってよりフレンドリーなものとなっています。

これにより、イーサリアムはアンクルブロックを介してより幅広い参加とよりバランスの取れたマイニング行動を奨励するという非対称性が生まれ、ハッシュパワーの集中を抑制し、分散化を促進する可能性があります。

ネットワークセキュリティの考慮事項

ブロックチェーンネットワークのセキュリティは、コンセンサスプロセスと深く結びついています。孤立ブロックとアンクルブロックの処理は、以下の点に影響します。

• ファイナリティ: 孤立ブロックが発生しやすいネットワークでは、フォークによってブロックが再編成される可能性があるため、トランザクションが取り消される可能性が高くなります。
• インセンティブ構造: アンクルブロックに報酬を与えることで、中央集権型マイニングインフラに伴う経済的メリットが減少し、プロトコルの公平性が向上します。

例えば、ビットコインが孤立ブロックを解決すると、その孤立ブロック内のすべてのトランザクションがメモリプールに戻され、後続のブロックに組み込まれる可能性があります。これはトランザクションの遅延に影響を与え、まれに二重支払いの問題を引き起こす可能性があります。

一方、イーサリアムではアンクルブロックを導入することで、セキュリティを大幅に損なうことなく、ネットワークスループットの向上と承認の高速化を実現しています。また、中央集権化の圧力を軽減し、低レイテンシノード（例えば、個々のマイナー）に報酬プールにおける地位を与えます。

現代のブロックチェーンネットワークにおける適応

現代のブロックチェーンプロトコルは、これらの原則に基づいて構築されています。例えば：

• Ethereum Classic のようなプロトコルにもアンクルブロックが含まれますが、アンクル報酬の計算方法はプロトコルによって異なります。
• Horizen と Zilliqa は、シャーディングやネットワーク分割といった代替ソリューションを導入し、オーファンブロック率を低減しています。
• 新興の Proof-of-Stake (PoS) ネットワークは、オーファンブロックとアンクルブロックの概念を完全に回避し、マイニング競争ではなくバリデータによるコンセンサスによるファイナリティを重視しています。

本質的に、オーファンブロックとアンクルブロックはどちらも、グローバルに分散されたネットワークにおけるブロックタイムの遅延という同じ技術的制約から生じていますが、それぞれのブロックチェーンは独自の適応方法を持っています。これらのブロックを破棄するか組み込むかの選択は、ネットワークの中核となる価値、すなわち効率性、公平性、あるいはセキュリティの優先順位を明らかにします。

これらのメカニズムを理解することは、開発者やマイナーの能力を高めるだけでなく、ブロックチェーンプラットフォーム上でアプリケーションを構築する企業の意思決定、特にビットコインやイーサリアムといったネットワークの選択にも役立ちます。