Blocchi
I blocchi sono un insieme di transazioni che contengono un hash del blocco precedente nella catena. Per questo motivo, sono collegati l'uno all'altro nella catena, perché gli hash vengono calcolati crittograficamente dai dati del blocco. Questi impedisce anche le frodi, perché un cambiamento in qualsiasi blocco nella cronologia invaliderebbe tutti i blocchi successivi, dato che gli hash successivi cambierebbero e tutti coloro che eseguono la blockchain se ne accorgerebbero.
Prerequisiti
Quello dei blocchi è un argomento piuttosto basico. Ma, per aiutarti a comprendere meglio questa pagina, ti consigliamo innanzitutto di leggere sui Conti, sulle Transazioni e la nostra introduzione a Ethereum.
Perché i blocchi?
Per far sì che tutti i partecipanti della rete Ethereum siano sincronizzati e concordino sulla cronologia esatta delle transazioni, le transazioni vengono raggruppate in blocchi. Significa che decine (o centinaia) di transazioni vengono inviate, approvate e sincronizzate in una volta sola.
Diagramma adattato da Ethereum EVM illustrated
Scaglionando gli invii, diamo a tutti i partecipanti della rete abbastanza tempo per giungere al consenso: anche se arrivano decine di richieste di transazione al secondo, i blocchi su Ethereum vengono creati e inviati a Ethereum solo più o meno ogni quindici secondi.
Come funzionano i blocchi
Per preservare la cronologia delle transazioni, i blocchi sono ordinati in modo rigoroso (ogni nuovo blocco che viene creato contiene un riferimento al blocco padre) e anche le transazioni all'interno del blocco sono ordinate altrettanto rigorosamente. A parte in rari casi, in ogni momento, tutti i partecipanti della rete concordano sul numero e sulla cronologia esatta dei blocchi e lavorano per raggruppare le richieste di transazione live nel blocco successivo.
Dopo essere stato realizzato da un validatore della rete selezionato casualmente, un blocco viene propagato al resto della rete; tutti i nodi vengono aggiunti al blocco alla fine della relativa blockchain e un nuovo validatore viene selezionato per creare il successivo. Il processo esatto di costruzione dei blocchi e il processo di invio/consenso è attualmente specificato nel protocollo "Proof of Stake" di Ethereum.
Protocollo Proof of Stake
Proof of Stake significa quanto segue:
- I nodi di convalida devono mettere in staking 32 ETH in un contratto di deposito come garanzia contro i comportamenti malevoli. Questo aiuta a proteggere la rete, poiché le attività palesemente disoneste portano alla distruzione di parte o dell'intero stake.
- In ogni slot (a distanza di dodici secondi), un validatore è selezionato casualmente per essere il propositore del blocco. Questo raggruppa le transazioni, le esegue e determina un nuovo 'stato'. Avvolge queste informazioni in un blocco e lo passa agli altri validatori.
- Gli altri validatori che vengono a conoscenza di un nuovo blocco ri-eseguono le transazioni per assicurare di acconsentire alla modifica proposta allo stato globale. Supponendo che il blocco sia valido, lo aggiungono al proprio database.
- Se un validatore è a conoscenza di due blocchi in conflitto per lo stesso slot, usa il proprio algoritmo di scelta della diramazione per selezionare quello supportato da più ETH in staking.
Maggiori informazioni sul Proof of Stake
Cosa c'è in un blocco?
In un blocco sono contenute molte informazioni. Al livello più alto, un blocco contiene i seguenti campi:
| Campo | Descrizione |
|---|---|
slot | lo slot a cui appartiene il blocco |
indice_proponente | l'ID del validatore che propone il blocco |
parent_root | l'hash del blocco precedente |
state_root | l'hash radice dell'oggetto di stato |
corpo | un oggetto contenente più campi, come definito di seguito |
Il blocco body contiene a sua volta diversi campi:
| Campo | Descrizione |
|---|---|
randao_reveal | un valore utilizzato per selezionare il prossimo proponente di blocchi |
et1_data | informazioni sul contratto di deposito |
graffiti | dati arbitrari utilizzati per contrassegnare blocchi |
proposer_slashings | elenco di validatori da tagliare |
taglio_attestatori | elenco di attestatori da tagliare |
attestazioni | elenco di attestazioni a favore del blocco corrente |
depositi | elenco dei nuovi depositi nel contratto di deposito |
uscite_volontarie | elenco di validatori che escono dalla rete |
sync_aggregate | sottoinsieme di validatori, utilizzato per servire i client leggeri |
execution_payload | transazioni passate dal client di esecuzione |
Il campo attestations contiene un elenco di tutte le attestazioni nel blocco. Le attestazioni hanno il proprio tipo di dati, contenente diversi pezzi di dati. Ogni attestazione contiene:
| Campo | Descrizione |
|---|---|
aggregation_bits | un elenco dei validatori che hanno partecipato a questa attestazione |
dati | un contenitore con diversi campi secondari |
firma | firma aggregata di tutti i validatori attestanti |
Il campo data nell'attestation contiene quanto segue:
| Campo | Descrizione |
|---|---|
slot | lo slot cui si riferisce l'attestazione |
indice | indici per l'attestazione dei validatori |
beacon_block_root | l'hash radice del blocco Beacon contenente questo oggetto |
fonte | l'ultimo punto di controllo giustificato |
obiettivo | il blocco di confine dell'ultima epoca |
L'esecuzione delle transazioni nell'execution_payload aggiorna lo stato globale. Tutti i client ri-eseguono le transazioni nell'execution_payload per assicurare che il nuovo stato corrisponda a quello nel campo state_root del nuovo blocco. Così, i client, possono dire che un nuovo blocco è valido e sicuro da aggiungere alla loro blockchain. L'execution payload stesso è un oggetto composto da diversi campi. Inoltre, esiste un execution_payload_header, contenente importanti informazioni sommarie sui dati di esecuzione. Queste strutture di dati sono organizzate come segue:
L'execution_payload_header contiene i seguenti campi:
| Campo | Descrizione |
|---|---|
parent_hash | hash del blocco padre |
fee_recipient | indirizzo del conto a cui pagare le commissioni sulla transazione |
state_root | hash radice per lo stato globale dopo l'applicazione delle modifiche in questo blocco |
receipts_root | hash del trie delle ricevute delle transazioni |
logs_bloom | struttura di dati contenente i registri dell'evento |
prev_randao | valore usato nella selezione casuale del validatore |
numero_blocco | numero del blocco corrente |
limite_gas | carburante massimo consentito in questo blocco |
gas_utilizzato | quantità effettiva di carburante usata in questo blocco |
marca oraria | tempo di blocco |
dati_extra | dati aggiuntivi arbitrari come byte grezzi |
fee_base_per_gas | il valore base della commissione |
hash_del_blocco | Hash del blocco di esecuzione |
transactions_root | hash radice delle transazioni nel payload |
withdrawal_root | hash radice del prelievo nel payload |
Lo stesso execution_payload contiene quanto segue (si noti che è identico all'intestazione, tranne per il fatto che, invece dell'hash radice delle transazioni, include l'elenco effettivo delle transazioni e informazioni sui prelievi):
| Campo | Descrizione |
|---|---|
parent_hash | hash del blocco genitore |
fee_recipient | indirizzo del conto a cui pagare le commissioni di transazione |
stato_del_root | hash radice per lo stato globale, dopo l'applicazione di modifiche in questo blocco |
receipts_root | hash dell'albero delle ricevute di transazione |
logs_bloom | struttura dei dati contenente registri di eventi |
prev_randao | valore usato in una selezione casuale del validatore |
numero_blocco | numero del blocco corrente |
limite_gas | gas massimo allocato in questo blocco |
gas_utilizzato | l'attuale ammontare di gas utilizzato in questo blocco |
marca oraria | tempo del blocco |
dati_extra | dati arbitrari aggiuntivi, in byte grezzi |
fee_base_per_gas | il valore base della commissione |
hash_del_blocco | Hash dell'esecuzione del blocco |
transazioni | elenco delle transazioni da eseguire |
prelievi | elenco degli oggetti prelievo |
L'elenco dei withdrawals contiene oggetti withdrawal strutturati nel modo seguente:
| Campo | Descrizione |
|---|---|
address | indirizzo del conto che ha prelevato |
importo | importo del prelievo |
indice | valore dell'indice di prelievo |
validatorIndex | valore dell'indice del validatore |
Tempo di blocco
Il tempo di blocco si riferisce al tempo che separa i blocchi. In Ethereum, il tempo è diviso in unità da dodici secondi, dette 'slot'. In ogni slot viene selezionato un singolo validatore per proporre un blocco. Supponendo che tutti i validatori siano online e totalmente operativi, ci sarà un blocco in ogni slot, a significare che il tempo del blocco è 12 secondi. Tuttavia, occasionalmente, i validatori potrebbero essere offline quando chiamati a proporre un blocco, a significare che talvolta gli slot possono rimanere vuoti.
Questa implementazione differisce dai sistemi basati sul proof-of-work, in cui i tempi di blocco sono probabilistici e regolati dalla difficoltà di mining target del protocollo. Il tempo medio di blocco di Ethereum è un esempio perfetto da cui è possibile desumere il passaggio da proof-of-work a proof-of-stake in base alla coerenza del nuovo tempo di blocco da 12 secondi.
Dimensioni del blocco
Un'ultima nota importante: i blocchi stessi sono limitati in termini di dimensioni. Ogni blocco ha una dimensione prevista di 15 milioni di gas, ma la dimensione dei blocchi aumenterà o diminuirà in base alle esigenze della rete, fino al limite di 30 milioni di gas (2x dimensioni del blocco previste). Il limite di gas del blocco è regolabile per eccesso o per difetto con un fattore di 1/1024 rispetto al limite di gas del blocco precedente. Di conseguenza, i validatori possono modificare il limite di gas del blocco tramite il consenso. La quantità totale di carburante usato da tutte le transazioni nel blocco deve essere inferiore al limite di carburante del blocco. Ciò è importante perché evita che i blocchi siano arbitrariamente grandi. Se i blocchi potessero essere arbitrariamente grandi, i nodi completi meno performanti, gradualmente, non riuscirebbero più stare al passo con la rete per via dei requisiti di spazio e velocità. Più grande è il blocco, maggiore sarà la potenza di calcolo richiesta per elaborarlo in tempo per il prossimo slot. Questa è una forza centralizzante, a cui si resiste limitando le dimensioni dei blocchi.
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