EXPLICATION DES BLOCS ONCLES DANS ETHEREUM

Dans Ethereum, le terme « blocs oncles » désigne les blocs valides minés presque simultanément avec le bloc canonique, mais qui n'ont pas été intégrés à la blockchain principale. Contrairement à Bitcoin, où ils sont considérés comme orphelins, ces blocs reçoivent une partie des récompenses pour leur contribution à la décentralisation et à la sécurité du réseau.Pour comprendre l'utilité des blocs oncles, il faut examiner le fonctionnement des systèmes décentralisés comme Ethereum. Les mineurs rivalisent pour résoudre des problèmes cryptographiques et diffuser leur bloc sur le réseau. En raison de la latence du réseau, différents mineurs peuvent résoudre le problème presque simultanément et propager leurs différentes versions du bloc aux nœuds voisins. Finalement, le réseau s'accorde sur un seul bloc pour poursuivre la chaîne, reléguant les autres au rang d'oncles.L'idée d'inclure les blocs oncles est née de la nécessité de résoudre le problème de centralisation causé par les délais de propagation des blocs. Dans le minage décentralisé, les nœuds les plus proches de l'initiateur du bloc avaient une plus grande probabilité d'ajouter le bloc suivant avant les autres. Cette inégalité nuisait à l'équité, favorisant la centralisation autour de hubs à faible latence. La solution d'Ethereum a consisté à inclure les blocs oncles dans la structure de la chaîne en reconnaissant leurs efforts de calcul et en les intégrant au système de difficulté et de récompense.Conformément à la conception du protocole Ethereum (initialement sous Proof-of-Work), un bloc canonique pouvait référencer jusqu'à deux blocs oncles des sept générations précédentes. L'inclusion de ces blocs oncles offrait non seulement des récompenses supplémentaires aux mineurs (jusqu'à 87,5 % de la récompense du bloc principal), mais contribuait également à la sécurité globale de la chaîne en augmentant la puissance de hachage effective intégrée au calcul de la difficulté du réseau.Au-delà des récompenses et de l'équité, les blocs oncles jouent un rôle dans la sécurité contre le minage égoïste. Dans les stratégies de minage égoïste, des acteurs malveillants tentent de retenir des blocs découverts pour obtenir un avantage. En intégrant les blocs oncles, Ethereum a réduit l'efficacité de telles attaques en reconnaissant les efforts honnêtes, bien que faillis, des mineurs qui ont diffusé des blocs sans intention malveillante, mais qui ont perdu la course à la propagation.La position d'Ethereum concernant les blocs oncles diffère de celle de Bitcoin concernant les blocs obsolètes. Dans Bitcoin, ces derniers deviennent orphelins – sans récompense ni reconnaissance – contribuant ainsi à un gaspillage d'énergie et à des incitations à la centralisation. À l'inverse, les blocs oncles d'Ethereum représentent une reconnaissance de la contribution partielle d'un bloc aux objectifs de sécurité et de décentralisation du système.Il est important de noter que l'utilisation des blocs oncles est directement liée au modèle de preuve de travail (PoW), et le passage d'Ethereum à la preuve d'enjeu (PoS) lors de la fusion de septembre 2022 a rendu les blocs oncles obsolètes. Toutefois, leur fonction historique offre un éclairage essentiel sur la manière dont Ethereum a privilégié l'inclusion et l'équité du réseau durant ses premières années d'exploitation.Les blocs oncles ne sont plus générés sur Ethereum aujourd'hui, mais comprendre leur rôle permet de mieux appréhender l'évolution du consensus d'Ethereum et les objectifs du réseau : participation équitable, décentralisation et robustesse.

Ethereum a officiellement introduit les blocs oncles dans son système de consensus et de récompense des blocs afin de remédier aux inefficacités des réseaux basés sur le minage. Leur intégration était essentielle durant les premières années d'Ethereum, notamment avec le modèle de preuve de travail (PoW) avant 2022. Examinons comment les blocs oncles ont été techniquement intégrés à l'architecture d'Ethereum.Les blocs oncles s'appuient sur le protocole GHOST (Greedy Heaviest Observed SubTree). Contrairement à la règle de sélection linéaire de la chaîne de Bitcoin, GHOST permet de prendre partiellement en compte les branches qui ne deviennent pas la chaîne principale, reflétant ainsi plus équitablement l'effort global du réseau. Ethereum a adopté une version simplifiée permettant aux blocs oncles de contribuer à la sécurité de la chaîne principale et de jouer un rôle dans le calcul de la difficulté totale.

Conditions et exigences clés

• Les blocs oncles doivent être valides et minés simultanément ou peu de temps avant le bloc parent.
• Ils doivent se situer dans un délai de six générations en arrière du bloc référençant.
• Ils ne peuvent être référencés qu'une seule fois ; leur inclusion est autorisée une seule fois par chaîne canonique.
• Un maximum de deux blocs oncles par bloc était autorisé.

Selon les règles d'Ethereum avant le passage à la preuve d'enjeu (PoS), lorsqu'un mineur incluait des blocs oncles, il recevait une récompense supplémentaire. Cette récompense variait de 1/32 ETH à 7/8 ETH selon la distance entre le bloc oncle et le bloc canonique. De plus, le mineur « oncle » recevait lui-même une récompense, ce qui l'incitait à publier son bloc même s'il risquait d'être mis de côté en raison du délai de propagation.Techniquement, les blocs « oncle » étaient référencés dans le champ « unclesHash » de l'en-tête du bloc. Le bloc contenant un ou plusieurs blocs « oncle » conservait une liste qui, sans étendre la chaîne canonique, devenait partie intégrante de l'historique officiel.Le soutien de la communauté et des développeurs à ce système était considérable, notamment pour atténuer la centralisation. Des architectes du réseau comme Vitalik Buterin ont souvent souligné l'objectif d'Ethereum : une distribution des ressources plus équitable et décentralisée, où les avantages géographiques ou matériels ne sont pas indûment récompensés par une avance de propagation injuste.Pertinence statistiqueDurant l'ère du PoW d'Ethereum, l'inclusion de blocs « oncle » était relativement fréquente, en particulier lors des périodes de forte congestion du réseau ou d'utilisation de clients obsolètes. En réalité, les clients de minage plus anciens ou ceux disposant d'une connectivité réseau moins optimale avaient tendance à produire davantage de blocs orphelins. Des plateformes de métriques telles qu'Etherscan permettaient un suivi en temps réel de ce taux, qui variait généralement entre 5 % et 20 %, principalement en fonction des conditions du réseau et de la distribution de la puissance de hachage.De plus, les mineurs utilisaient souvent des stratégies de minage de blocs orphelins au sein des pools afin de maximiser les récompenses pour tous les participants. Ces stratégies, bien que non problématiques et conformes aux normes du protocole, témoignent d'une capacité d'adaptation à la conception inclusive de l'écosystème Ethereum.Malgré certaines complexités techniques, la politique de blocs orphelins d'Ethereum a démontré une vision novatrice visant à promouvoir l'engagement de l'ensemble du réseau et à minimiser les taux de blocs orphelins, fréquents dans les structures de preuve de travail (PoW) traditionnelles.

Suite à la transition d'Ethereum vers la preuve d'enjeu (PoS) en septembre 2022 – un événement communément appelé « La Fusion » –, les mécanismes sous-jacents régissant la production de blocs ont connu une transformation majeure. N'étant plus dépendant du minage énergivore, Ethereum a remplacé les mineurs par des validateurs et a éliminé le besoin de blocs « oncles ». Cependant, l'héritage de ces blocs « oncles » reste profondément ancré dans l'histoire du développement d'Ethereum.Avec la PoS, la nomination et la validation des blocs suivent des algorithmes déterministes plutôt qu'un calcul par force brute. De ce fait, il n'y a pas de situations de quasi-victoire simultanées dues à des collisions de hachage ou à des délais de propagation sur le réseau. Par conséquent, le processus de finalisation des blocs ne laisse plus de place aux blocs orphelins : il est linéaire et définitif, coordonné par des méthodes telles que les attestations et le timing des créneaux horaires au sein de la Beacon Chain d’Ethereum.Les blocs orphelins ont néanmoins permis de tirer des enseignements essentiels concernant la sécurité de la chaîne, l’équité et la participation au réseau. Ils ont constitué la solution d’Ethereum au problème des blocs orphelins posé par la structure de Bitcoin, renforçant le principe selon lequel les contributions partielles aux efforts du réseau méritent d’être reconnues. De plus, les incitations liées aux blocs orphelins ont probablement contribué à maintenir la décentralisation du minage d’Ethereum plus longtemps, contrairement à la dynamique très centralisée des bassins de minage de Bitcoin.Les discussions rétrospectives entre les développeurs principaux d’Ethereum font souvent référence aux blocs orphelins dans les débats sur les politiques de récompense et l’inclusion du réseau. Par exemple, l'évolution des politiques EIP (Ethereum Improvement Proposals) a intégré la logique éthique sous-jacente au traitement des blocs oncles dans de nouveaux modèles d'incitation pour les validateurs, garantissant ainsi la présence d'une éthique de reconnaissance même dans les cadres de conception PoS.

Importance pédagogique et historique

Pour les enseignants, les étudiants et les développeurs qui étudient l'évolution d'Ethereum, les blocs oncles constituent une étude de cas concrète en matière de théorie de la décentralisation et d'adaptation des protocoles. Ils incarnent la volonté intrinsèque d'Ethereum de promouvoir des politiques de réseau égalitaires en corrigeant les biais de latence et de décentralisation qui ont handicapé les premières architectures blockchain.

De plus, pour les analystes de réseau ou les historiens de la blockchain, les blocs oncles servent d'indicateurs de l'état de santé du réseau Ethereum au fil du temps. Par exemple, une augmentation du taux de blocs oncles peut indiquer une congestion accrue, une propagation inégale ou des disparités de versions logicielles. Ces indicateurs continuent d'être utilisés dans les analyses rétrospectives du comportement du réseau avant la fusion.Enfin, bien qu'obsolètes sur le plan opérationnel, les blocs « oncles » ont influencé d'autres conceptions de blockchain. Certains projets basés sur Ethereum ou inspirés par celui-ci ont conservé des stratégies d'inclusion similaires pour les blocs obsolètes, mettant en avant leurs avantages en termes de décentralisation et d'équité. Ainsi, les idées initialement mises en œuvre par le modèle des blocs « oncles » d'Ethereum continuent d'alimenter les discussions sur la conception du consensus et l'architecture blockchain à l'échelle mondiale.En conclusion, les blocs « oncles » ne sont pas qu'un simple détail technique résolu : ils témoignent symboliquement et fonctionnellement de la gouvernance proactive d'Ethereum et de son engagement en faveur d'une participation équitable au sein des systèmes sans permission.