イーサリアムのアンクルブロックについて解説

イーサリアムでは、「アンクルブロック」という用語は、正規ブロックとほぼ同時にマイニングされたものの、メインブロックチェーンの一部にはならなかった有効なブロックを指します。ビットコインのように孤立ブロックになるのではなく、これらのブロックはネットワークの分散化とセキュリティへの貢献に対して部分的な報酬を受け取ります。

アンクルブロックの目的を理解するには、イーサリアムのような分散型システムの動作を考えてみましょう。マイナーは暗号パズルを解くために競争し、ブロックをネットワークにブロードキャストします。ネットワークの遅延により、複数のマイナーがほぼ同時にパズルを解き、異なるバージョンのブロックを周囲のノードに伝播させる可能性があります。最終的に、ネットワークは1つのブロックをチェーンの継続に合意し、他のブロックをアンクルとして扱います。

アンクルブロックを含めるというアイデアは、ブロック伝播の遅延によって引き起こされる中央集権化の問題に対処する必要性から生まれました。分散型マイニングでは、ブロック生成元に近いノードほど、他のノードがブロックを受信する前に次のブロックを追加する確率が高くなります。この不均衡は公平性を損ない、低遅延ハブを中心とした中央集権化を促進しました。イーサリアムの解決策は、アンクルブロックの計算負荷を認識し、難易度と報酬システムに統合することで、チェーン構造にアンクルブロックを含めることでした。

イーサリアムのプロトコル設計（当初はプルーフ・オブ・ワーク）では、標準ブロックは過去7世代の最大2つのアンクルブロックを参照できました。これらのアンクルブロックを含めることで、マイナーにわずかな追加報酬（メインブロック報酬の最大87.5%）が提供されるだけでなく、ネットワークの難易度計算に組み込まれる実効ハッシュパワーを向上させることで、チェーン全体のセキュリティ向上にも貢献しました。

報酬と公平性に加えて、アンクルブロックは利己的なマイニングに対するセキュリティにも役立ちます。利己的なマイニング戦略では、悪意のある行為者は発見したブロックを隠蔽することで優位に立とうとします。イーサリアムはアンクルブロックを統合することで、悪意なくブロックをブロードキャストしたものの伝播競争に敗れたマイナーの誠実なニアミス努力を認め、このような攻撃の有効性を低減しました。

イーサリアムのアンクルブロックに対するスタンスは、ビットコインの古いブロックの扱いとは異なります。ビットコインでは、これらのブロックは報酬も認識も得られない孤立した状態となり、エネルギーの浪費と中央集権化のインセンティブにつながります。対照的に、イーサリアムのアンクルは、ブロックがシステムのセキュリティと分散化の目標に部分的に貢献したことを認めるものです。

アンクルの使用はプルーフ・オブ・ワーク モデルに直接結びついており、2022年9月の「The Merge」によるイーサリアムのプルーフ・オブ・ステークへの移行により、アンクルブロックは事実上時代遅れになったことに留意することが重要です。しかし、アンクルブロックの歴史的な役割は、イーサリアムが初期の運用において、どのように包括性とネットワークの公平性を重視していたかについて、重要な洞察を提供します。

アンクルブロックは現在、イーサリアムでは生成されませんが、その目的を理解することで、イーサリアムのコンセンサスの進化と、公平な参加、分散化、堅牢性というネットワークの目標に関する基本的な知識が得られます。

イーサリアムは、マイニングベースのネットワークに存在する非効率性に対処するため、コンセンサスおよびブロック報酬システムの一部としてアンクルブロックを正式に導入しました。アンクルブロックは、イーサリアムの初期、特に2022年以前のプルーフ・オブ・ワーク（PoW）モデルにおいては不可欠なものでした。アンクルブロックがイーサリアムのアーキテクチャにどのように技術的に統合されたかを見てみましょう。

アンクルブロックは、GHOST（Greedy Heaviest Observed SubTree）プロトコルに基づいています。ビットコインの線形チェーン選択ルールとは異なり、GHOSTはメインチェーンにならないブランチを部分的に考慮することを許可しているため、ネットワーク全体の取り組みをより公平に反映します。イーサリアムは、アンクルブロックがメインチェーンのセキュリティに貢献し、全体の難易度計算にも役割を果たすことを許可することで、簡素化されたバージョンを採用しました。

主な要件と条件

• アンクルブロックは有効であり、親ブロックと同時か、その直前にマイニングされている必要があります。
• 参照ブロックから 6世代 以内である必要があります。
• 複数回参照することはできません。正規チェーンごとに1回のみ含めることができます。
• 最大 ブロックあたり2つのアンクルブロック まで含めることができました。

Proof-of-Stakeへの移行前のイーサリアムのルールでは、マイナーがアンクルブロックを含めると、追加の報酬を受け取っていました。この報酬は、アンクルブロックと正規ブロックの距離に応じて1/32 ETHから7/8 ETHでした。さらに、アンクルマイナー自身も報酬を受け取るため、伝播遅延によってブロックが無視されるリスクがあったとしても、ブロックを公開するインセンティブが与えられました。

技術的には、アンクルブロックはブロックヘッダーの「unclesHash」フィールド内で参照されます。アンクルブロックを含むブロックはリストを保持し、正規チェーンを拡張するものではありませんでしたが、公式の状態履歴の一部となりました。

コミュニティと開発者からのこのシステムへのサポートは大きく、特に中央集権化の緩和において大きな力となりました。 Vitalik Buterinのようなネットワークアーキテクトは、より公平で分散化されたリソース配分を実現するというEthereumの目標をしばしば強調しました。つまり、地理的またはハードウェア的な優位性が不公平な伝播リードによって不当に利益を得ることがないという目標です。

統計的関連性

EthereumのPoW時代、特にネットワークの混雑が激しい時期や古いクライアントを使用している時期には、アンクルブロックの包含が比較的頻繁に発生しました。実際、古いマイニングクライアントやネットワーク接続が最適でないクライアントは、アンクルブロック生成率が高くなる傾向がありました。Etherscanなどのメトリクスプラットフォームは、アンクル率のリアルタイムトラッキングを提供していました。アンクル率は通常、ネットワークの状況やハッシュレートの分布に応じて、5%から20%の間で変動しました。

さらに、マイナーはプールダイナミクスにおいて、参加者全体の報酬を最大化するために、しばしばアンクルマイニング戦略を採用しました。このような戦略は無害であり、プロトコル標準に準拠しており、イーサリアムの包括的なエコシステム設計への適応能力を反映しています。

技術的な複雑さはあるものの、イーサリアムのアンクルブロックポリシーは、ネットワーク全体のエンゲージメントを促進し、従来のPoW構造に見られる孤立ブロック率を最小限に抑えるという先進的な姿勢を示しています。

2022年9月にイーサリアムがプルーフ・オブ・ステーク（PoS）に移行したこと（「マージ」として広く知られる出来事）に伴い、ブロック生成を司る基盤となるメカニズムは劇的な変化を遂げました。エネルギー集約型のマイニングに依存しなくなったイーサリアムは、マイナーをバリデーターに置き換え、アンクルブロックの必要性を完全に排除しました。しかし、アンクルブロックのレガシーは、イーサリアムの開発の歴史に深く刻まれています。

PoSでは、ブロックのノミネーションとバリデーションは、総当たり計算ではなく、決定論的なアルゴリズムに従います。そのため、ハッシュ衝突やネットワーク伝播の遅延による「ニアウィン」の状況が同時に発生することはありません。したがって、ブロックのファイナライズプロセスにはもはやアンクルの存在の余地はありません。このプロセスは本質的に線形かつ最終的なものであり、イーサリアムのビーコンチェーン内のアテステーションやスロットタイミングといった方法によって調整されます。

それでもなお、アンクルブロックはチェーンのセキュリティ、公平性、そしてネットワークへの参加について重要な教訓を与えました。アンクルブロックは、ビットコインの構造に起因する孤立ブロック問題に対するイーサリアムの解決策となり、ネットワークへの貢献が部分的であっても認められるべきであるという原則を強化しました。さらに、アンクルブロックに関連するインセンティブは、ビットコインの高度に中央集権化されたマイニングベイスンダイナミクスと比較して、イーサリアムのマイニングをより長く分散化させるのに貢献した可能性があります。

イーサリアムのコア開発者間の回顧的な議論では、報酬ポリシーやネットワークの包括性に関する議論において、アンクルブロックがしばしば言及されます。例えば、EIPポリシー（イーサリアム改善提案）の進化は、アンクルブロックの扱いに埋め込まれた倫理的根拠を新しいバリデータインセンティブモデルに引き継ぎ、PoS設計フレームワークにおいても承認の精神が維持されることを保証しています。

教育的および歴史的意義

イーサリアムの進化を研究する教育者、学生、開発者にとって、アンクルブロックは分散化理論とプロトコル適応における現実的なケーススタディを提供します。アンクルブロックは、初期のブロックチェーンフレームワークを阻害していたレイテンシーと分散化バイアスに対処することで、平等主義的なネットワークポリシーを推進するというイーサリアムの本質的な願望を体現しています。

さらに、ネットワークアナリストやブロックチェーンの歴史家にとって、アンクルブロックはイーサリアムのネットワーク状態の経時的な健全性を示す指標となります。例えば、アンクルレートの上昇は、輻輳の増加、伝播の不均一性、またはソフトウェアバージョンの不一致を示している可能性があります。これらの指標は、マージ以前のネットワーク挙動の遡及分析に引き続き使用されています。

最後に、アンクルブロックは運用面では時代遅れですが、他のブロックチェーン設計に影響を与えています。Ethereumをベースにした、またはEthereumに触発された一部のプロジェクトは、分散化と公平性の利点を理由に、古いブロックに対する同様の包含戦略を維持しています。このように、Ethereumのアンクルモデルを通じて最初に実装されたアイデアは、世界中のより広範なコンセンサス設計とブロックチェーンアーキテクチャの議論に影響を与え続けています。

最後に、アンクルブロックは単なる解決済みの技術的詳細ではありません。Ethereumの積極的なガバナンスと、パーミッションレスシステムにおける公平な参加へのコミットメントを象徴的かつ機能的に証明するものなのです。