孤立ブロック
孤立ブロックとは、ビットコインなどのブロックチェーンにおいて、正当な手続きを経てマイニングされたにもかかわらず、メインチェーンへ採用されずに短期間で放棄されるブロックのことである。多くの場合、複数のマイナーがほぼ同時に有効なブロックを見つけた際に生じ、どちらも正当なブロックであるものの、次のブロックがどちらのチェーンを拡張するかによって片方が破棄される。その結果、孤立ブロックとして扱われた側は報酬を得られず、ネットワーク上の正式な取引履歴から除外される。この現象は一時的な競合によるチェーンの分岐が原因であり、ネットワーク全体の合意形成プロセスを反映する仕組みでもある。
概要
ビットコインのネットワークは、最も多くの作業量（累積難易度）を含むチェーンを正式な履歴として採用する性質を持つ。ここでマイナーが同時刻に新たなブロックを生成し、両ブロックが異なるノードへ先に伝播した場合、それぞれを先に受け取ったノードはブロックチェーンが分岐しているように認識する。後続のマイナーは自分に伝わったブロックを基準にマイニングを続行するため、一時的にチェーンが競合状態となる。しかし次のブロックがどちらか一方のブロックを起点として追加されると、そのチェーンが伸び、もう一方のブロックは孤立ブロックとして破棄される。これによりチェーンがひとつに統合され、分岐は解消される仕組みである。
発生原因
ビットコインのマイニングはProof of Workを用い、マイナーが高い計算能力を駆使してナンスを探索する競争型のプロセスである。この競争において、偶然にもごく近いタイミングで別々のマイナーが正解のハッシュを発見することがあり、両者とも新たなブロックをネットワークにブロードキャストする。ブロックサイズが大きい場合やネットワーク速度に差がある場合、一方のブロックが全ノードへ十分に行き渡らないうちにもう一方のブロックが到達してしまうことも多い。このような環境要因やマイナーの地理的分布により、一時的にチェーンが分岐してしまうのが孤立ブロックの主な発生要因である。
ブロック報酬への影響
孤立ブロックが発生すると、そのブロックを生成したマイナーはマイニング報酬を受け取れない。ビットコインの設計上、各ブロックにはコインベース取引が含まれ、マイナーは新規発行分とトランザクション手数料を得られる。しかし、孤立状態となったブロックは正式なチェーンに組み込まれずに棄却されるため、そこで記録されたコインベース取引も無効化される。マイナーにとっては大きな機会損失となるが、チェーン全体の整合性と二重支払い防止の観点からは必要なプロセスとされる。
取引への影響
ユーザーがビットコインを送金する際、孤立ブロックに含まれた取引は一旦承認されたかのように見えるが、メインチェーンに統合されないため最終的には無効となる。しかし、通常は短時間でチェーンが再編されるため、同じ取引はその後に新たなブロックへ組み込まれ、改めて承認されることが多い。高額取引において複数のブロック承認を待つ推奨慣行は、このような一時的なブロック分岐による混乱を避ける狙いがあるといえる。実際には数ブロック（例として6ブロック前後）を待つことで、取引が確定的と見なされるのが一般的である。
孤立ブロックの性質
孤立ブロックは不正なブロックではない点が特徴的である。ブロックのヘッダや取引情報に矛盾がなく、有効なナンスを見つけ出していること自体は間違いなく正しい。ただ、チェーンの合意ルールにおいて競合する別のブロックのほうが先に拡張されたために、結果としてメインチェーンに吸収されなかったというだけのことである。悪意のあるマイナーがチェーンを改ざんしようとしても、大多数の正当ノードとの整合性が取れなければブロックは無効扱いになるため、孤立ブロックの発生とは別の次元の問題となる。
ネットワーク改善と孤立ブロック
ビットコインの開発コミュニティでは、孤立ブロックの発生を最小化するためにブロック伝播速度を高める技術的アプローチが研究されてきた。Compact Blockプロトコルやファストブロック配信の仕組みを導入することによって、ブロックの受信にかかる時間が短縮されれば、同時にマイニングが行われる確率が相対的に下がり、チェーンの分岐も起きにくくなる。また、マイナー間で直接接続を構築し、ブロック発見の情報交換を高速化する試みも進んでいる。こうした工夫により、総合的なネットワーク効率を向上させながら、マイナーの機会損失を減らすことが期待されている。
類似用語との混同
一部の文献やコミュニティでは、Orphan BlockやStale Blockという用語を孤立ブロックと同義で用いている場合がある。ただし、厳密に区別するとOrphan Blockは本来、親ブロックが正しく参照できない状態のブロックを指すことが多く、Stale Blockはチェーン競合に敗れてメインチェーンから取り残されたブロックを意味する。ビットコインの現行プロトコルにおいてOrphan Blockの発生は稀であり、通用上「孤立」や「棄却されたブロック」とされるものの多くはStale Blockに近い概念である。用語の定義が混在している点は注意を要するが、いずれも正式採用されなかったブロックを指している点は同じといえる。
運用上の留意点
日常的な送金や受取において、ユーザーは孤立ブロックの存在を深く意識する必要はない。なぜなら、ビットコインでの取引はある程度のブロック承認回数を待つ慣行が一般的だからである。数ブロックが追加されればチェーンの再編可能性は急速に低下し、取引は事実上の確定状態となる。一方、マイニングを行う事業者やプールの運営者にとっては、孤立の発生率が収益に直結するため、ネットワーク接続の最適化や高性能マイニング機材の導入などの努力が欠かせない。通信が遅れればブロック伝播が遅延し、結果として孤立ブロックのリスクが上昇し、期待収益が目減りする恐れがある。こうした点がマイナー同士の競争や技術革新を促進する背景になっているともいえる。