Qu'est-ce qu'un Directed Acyclic Graph (DAG) dans les cryptomonnaies ?

Introduction

Lorsqu’on évoque les cryptomonnaies, on pense spontanément à des notions telles que la blockchain ou la technologie de registre distribué. Depuis l’émergence du Bitcoin, des centaines d’autres cryptomonnaies sont apparues, la plupart adoptant des architectures réseau similaires. Ces structures de données permettent aux utilisateurs de transférer de la valeur et d’utiliser des applications décentralisées.

Dans une blockchain, de nouveaux blocs viennent régulièrement s’ajouter à la chaîne, qui s’allonge sans cesse. Chaque bloc est relié à son prédécesseur par un lien cryptographique (concrètement, un hash). Ces blocs regroupent les transactions récentes diffusées par les utilisateurs.

Il existe toutefois souvent un délai entre la diffusion d’une transaction et son inclusion dans un bloc. Imaginez attendre un train en gare : selon la taille des wagons (la taille du bloc) et le nombre d’autres passagers (transactions en attente), il se peut que vous ne montiez pas dans le prochain train, voire dans le suivant. Résultat : votre transaction peut nécessiter quelques secondes ou plusieurs heures avant d’être confirmée.

Pour beaucoup, ce compromis reste acceptable puisqu’il garantit un haut niveau de sécurité sans organe centralisateur. D’autres estiment cependant que la technologie blockchain finira par devenir obsolète. Selon eux, les défis de scalabilité de la blockchain freineront son adoption généralisée.

Certains considèrent ainsi que l’avenir des réseaux de paiement crypto repose sur une architecture radicalement différente : les Directed Acyclic Graphs (DAG).

Qu’est-ce qu’un DAG ?

Un DAG est un type de structure de données particulier, comparable à une base de données reliant différentes informations. L’expression « Directed acyclic graph » a une signification technique précise ; détaillons-la.

Concrètement, un DAG est constitué de vertices (nœuds) et d’edges (arêtes, c’est-à-dire les lignes qui les relient). Il est orienté car chaque connexion possède une direction, matérialisée par une flèche. Il est acyclique car il ne permet jamais de revenir au nœud de départ : en suivant le graphe depuis n’importe quel point, vous ne repasserez jamais par votre position initiale. Ce point sera clarifié plus loin.

Ce type de structure de données est couramment utilisé pour modéliser de l’information. En sciences ou en médecine, par exemple, un DAG sert à analyser les relations entre variables et leurs influences réciproques. On peut ainsi cartographier liens entre alimentation, cycles de sommeil et symptômes physiques afin d’évaluer leur impact sur un patient.

Dans notre cas, nous nous intéressons à la façon dont les DAG permettent d’obtenir le consensus dans un réseau de cryptomonnaie distribué.

Comment fonctionne un DAG ?

Dans une cryptomonnaie fondée sur un DAG, chaque nœud représente une transaction. Il n’y a ni blocs, ni minage nécessaire pour faire évoluer la base de données. Au lieu de regrouper les transactions en blocs, chacune s’appuie sur une transaction antérieure. Toutefois, chaque nœud effectue une brève Proof of Work lors de l’envoi d’une transaction, ce qui limite le spam et valide les transactions précédentes.

L’ajout d’une nouvelle transaction requiert la référence à des transactions antérieures. Prenons Alice qui crée une transaction : pour qu’elle soit reconnue, elle doit référencer des transactions précédentes. C’est comparable à la façon dont un bloc Bitcoin référence son prédécesseur, à ceci près qu’ici plusieurs transactions peuvent être référencées.

Dans certaines implémentations, un algorithme détermine quelles transactions (ou « tips ») servent de base à une nouvelle transaction. Les tips qui présentent le poids cumulé le plus élevé—autrement dit, le plus de confirmations sur le chemin—sont les plus susceptibles d’être choisis.

Les transactions référencées par Alice sont alors non confirmées. Une fois référencées, elles deviennent confirmées. La transaction d’Alice reste non confirmée tant qu’un autre participant ne la référence pas à son tour.

Les utilisateurs sont incités à confirmer en priorité les transactions les plus lourdes afin de faire croître le système. Faute de quoi, rien n’empêcherait de bâtir continuellement sur des transactions obsolètes.

Dans les blockchains, la double dépense est relativement simple à contrer : il est impossible de dépenser deux fois les mêmes fonds dans un bloc, car les nœuds détectent et rejettent rapidement les transactions conflictuelles. Le coût du minage incite les mineurs à agir correctement.

Les DAG préviennent aussi la double dépense, mais sans recours aux mineurs. Lorsqu’un nœud confirme des transactions précédentes, il vérifie tout le parcours jusqu’à la transaction d’origine du DAG afin de contrôler le solde de l’expéditeur. Plusieurs chemins peuvent exister, mais un seul doit être vérifié.

Si un utilisateur construit sur une branche invalide, sa transaction risque d’être ignorée—même si elle est légitime—car aucun autre participant ne voudra prolonger une branche issue d’une transaction non valide.

Cela peut sembler contre-intuitif : ne risque-t-on pas de voir coexister plusieurs branches isolées, permettant de dépenser les mêmes fonds sur différentes branches ?

C’est possible, mais l’algorithme de sélection des tips privilégie les branches au poids cumulé le plus important. À terme, une branche finit toujours par dominer. Les branches les plus faibles sont abandonnées et le réseau continue sa croissance sur la branche dominante.

Comme sur les blockchains, la finalité n’est jamais absolue : il n’est pas possible d’être assuré à 100 % qu’une transaction ne sera pas annulée. Même sur Bitcoin ou Ethereum, cela reste théoriquement possible, bien que très improbable. Plus le nombre de blocs ajoutés après la transaction est élevé, plus la confiance s’accroît. C’est pourquoi il est d’usage d’attendre six confirmations avant d’utiliser ses fonds.

Dans les projets DAG majeurs, la notion de confiance de confirmation s’applique. L’algorithme de sélection des tips s’exécute cent fois et l’on compte le nombre de fois où la transaction est approuvée—directement ou indirectement—dans les tips sélectionnés. Plus ce pourcentage est élevé, plus la transaction est considérée comme définitive.

Cela pourrait donner l’impression d’une expérience utilisateur dégradée, mais ce n’est pas le cas. Si Alice envoie 10 MagicDAGTokens à Bob, elle n’a pas à sélectionner elle-même les tips appropriés. Son portefeuille peut effectuer, en arrière-plan :

• La sélection des tips les plus lourds (ceux ayant le plus de confirmations cumulées) ;
• La vérification, via l’historique des transactions, de la disponibilité du solde sur les tips ;
• L’ajout de la transaction d’Alice au DAG, ce qui valide automatiquement les transactions référencées.

Pour Alice, cela se résume à une opération crypto classique : elle saisit l’adresse de Bob, le montant, puis clique sur envoyer. Les étapes décrites constituent la Proof of Work réalisée par chaque utilisateur lors de l’envoi d’une transaction.

Avantages et inconvénients des Directed Acyclic Graphs

Avantages des DAG

Vitesse

En l’absence de délai imposé par la taille des blocs, il est possible de diffuser des transactions à tout moment. Il n’existe pas de plafond strict au volume de transactions, à condition que chaque utilisateur confirme des transactions antérieures dans le processus.

Absence de minage

Les DAG ne font pas appel au consensus Proof of Work tel que pratiqué sur les blockchains classiques. Leur empreinte carbone est donc bien inférieure à celle des cryptomonnaies qui reposent sur le minage pour garantir la sécurité du réseau.

Aucun frais de transaction

Sans mineurs, il n’est pas obligatoire de payer des frais pour envoyer une transaction. Certains systèmes imposent des frais minimes à certaines catégories de nœuds, mais la faiblesse, voire l’absence, des frais rend les DAG particulièrement adaptés aux micropaiements, là où des frais élevés nuisent à l’utilité du réseau.

Absence de goulets d’étranglement en scalabilité

Sans limitation liée au temps de bloc, les DAG peuvent traiter bien plus de transactions par seconde que les blockchains traditionnelles. Beaucoup considèrent qu’ils conviennent parfaitement aux applications de l’Internet of Things (IoT), où les échanges machine à machine sont fréquents.

Inconvénients des DAG

Décentralisation incomplète

Les protocoles basés sur les DAG conservent fréquemment des éléments de centralisation. Cela peut faciliter le lancement du réseau, mais il n’est pas certain que les DAG puissent fonctionner de manière totalement autonome sans supervision externe. En l’absence de décentralisation complète, les réseaux restent exposés à des vecteurs d’attaque susceptibles de perturber leurs opérations.

Manque de recul à grande échelle

Bien que les cryptomonnaies fondées sur des DAG existent depuis plusieurs années, elles n’ont pas encore trouvé d’adoption massive. On ignore encore quels types d’incitations pourraient motiver les utilisateurs à exploiter ces systèmes à mesure qu’ils se développent.

Conclusion

Les Directed Acyclic Graphs représentent une technologie prometteuse pour la construction de réseaux de cryptomonnaie. À ce jour, seul un nombre limité de projets exploitent cette structure de données, et des avancées restent nécessaires.

Si les DAG tiennent leurs promesses, ils pourraient alimenter des écosystèmes hautement évolutifs. Cette technologie ouvre la voie à des usages sans frais et à haut débit—tels que l’IoT et les micropaiements—où la performance prime.

FAQ

Qu’est-ce qu’un Directed Acyclic Graph (DAG) et comment fonctionne-t-il dans les cryptomonnaies ?

Un DAG est une structure de données où chaque transaction est enregistrée dans des nœuds interconnectés sans cycles. Cela permet de valider les transactions de façon parallèle et efficace, sans dépendre d’une blockchain traditionnelle, ce qui accélère considérablement leur traitement et améliore la scalabilité.

Quelle est la différence entre un DAG et une blockchain traditionnelle ?

Un DAG utilise un graphe orienté acyclique pour valider les transactions en parallèle, tandis qu’une blockchain classique s’appuie sur une succession linéaire de blocs. Les DAG offrent une meilleure scalabilité et des transactions plus rapides, sans nécessiter de minage énergivore.

Quels sont les avantages d’utiliser un DAG plutôt qu’une blockchain ?

Les DAG permettent des transactions plus rapides et une scalabilité accrue par rapport aux blockchains traditionnelles. Ils autorisent le traitement simultané des transactions, réduisent la latence et augmentent le débit global du réseau.

Quelles cryptomonnaies utilisent la technologie DAG ?

IOTA, Nano et d’autres projets exploitent la technologie DAG pour renforcer leur scalabilité et leur efficacité, dépassant ainsi les limitations des blockchains historiques.

Comment le DAG améliore-t-il la scalabilité des cryptomonnaies ?

Le DAG améliore la scalabilité en permettant le traitement simultané de plusieurs transactions, là où la blockchain impose un traitement séquentiel. Cela limite la congestion, décentralise le stockage et la validation, et optimise la performance du réseau sans sacrifier la sécurité.

La technologie DAG est-elle sûre pour les transactions en cryptomonnaie ?

Oui, la technologie DAG offre un niveau de sécurité adapté aux transactions crypto. Elle permet une rapidité et une scalabilité supérieures à celles des blockchains classiques. De nombreux projets DAG intègrent des mécanismes avancés pour sécuriser et valider les transactions contre les attaques et la fraude.