O que é um Directed Acyclic Graph (DAG) no contexto das criptomoedas?

Introdução

Quando pensa em criptomoedas, é provável que associe o conceito a termos como blockchain ou tecnologia de registo distribuído. Desde o aparecimento do Bitcoin, surgiram centenas de outras criptomoedas, quase todas baseadas em arquiteturas de rede semelhantes. Estas estruturas de dados permitem aos utilizadores transferir valor e interagir com aplicações descentralizadas.

Numa blockchain, novos blocos são adicionados de forma regular à cadeia em crescimento contínuo. Cada bloco liga-se ao anterior através de uma ligação criptográfica (um hash específico). Estes blocos incluem as transações mais recentes difundidas pelos utilizadores.

No entanto, existe frequentemente um intervalo entre o momento em que a transação é difundida e a sua inclusão num bloco. Imagine-se na estação à espera de um comboio. Conforme o tamanho das carruagens (tamanho do bloco) e o número de outros passageiros (transações pendentes), pode não conseguir embarcar no próximo comboio — ou até no seguinte. Isto significa que poderá esperar segundos ou até horas até a confirmação da transação.

Para muitos, este compromisso é aceitável, já que garante um elevado nível de segurança sem necessidade de um coordenador centralizado. Outros, porém, consideram que a tecnologia blockchain tem prazo de validade. Os críticos argumentam que, a longo prazo, as limitações de escalabilidade da blockchain irão dificultar a sua adoção generalizada.

Há quem defenda que o futuro das redes de pagamentos em cripto está numa arquitetura radicalmente diferente: os Grafos Acíclicos Dirigidos (DAG).

O que é um DAG?

Um DAG é um tipo de estrutura de dados distinta, semelhante a uma base de dados que interliga diferentes informações. "Grafo acíclico dirigido" é um termo técnico com significado específico, por isso vale a pena decompô-lo.

Do ponto de vista conceptual, os DAG são constituídos por vértices (os nós) e arestas (as linhas que os unem). São dirigidos porque existe uma direção definida, representada por setas. São acíclicos porque não é possível regressar ao nó inicial — ao seguir o grafo a partir de qualquer ponto, nunca regressará ao início. Este conceito tornar-se-á mais claro adiante.

Estruturas de dados deste género são frequentemente utilizadas para modelar informação. Por exemplo, nas áreas científica ou médica, um DAG pode ajudar a analisar as relações entre variáveis e a forma como se influenciam mutuamente. É possível analisar a nutrição, os ciclos de sono e os sintomas físicos para mapear ligações e identificar o impacto num paciente.

No nosso caso, estamos focados em como os DAG viabilizam o consenso numa rede de criptomoeda distribuída.

Como funciona um DAG?

Numa criptomoeda baseada em DAG, cada vértice corresponde a uma transação. Não há blocos nem é necessário recorrer à mineração para expandir a base de dados. Em vez de agrupar transações em blocos, cada transação constrói-se sobre uma já existente. No entanto, cada nó executa um pequeno Proof of Work ao enviar uma transação. Isto contribui para evitar spam e valida transações anteriores.

Para adicionar uma nova transação, esta deve referenciar transações já existentes. Suponha que a Alice cria uma nova transação. Para ser reconhecida, a transação dela deve referenciar transações anteriores. É semelhante ao modo como um bloco de Bitcoin referencia o seu antecessor, mas aqui podem ser referenciadas várias transações.

Em algumas implementações, um algoritmo determina quais as transações (ou "tips") sobre as quais uma nova transação deve construir. As tips com maior peso acumulado — isto é, com mais confirmações ao longo do caminho — são as mais prováveis de serem escolhidas.

As transações que a Alice referencia estão não confirmadas. Assim que as referencia, passam a estar confirmadas. Neste momento, a transação da Alice encontra-se não confirmada, e outro participante terá de construir sobre ela antes de ser aceite.

Os utilizadores são incentivados a confirmar transações com maior peso, de modo a garantir o crescimento do sistema. Caso contrário, nada impediria que se continuasse a construir sobre transações desatualizadas.

Nas blockchains, prevenir o double-spending é relativamente simples. Não é possível gastar os mesmos fundos duas vezes num bloco — os nós rapidamente detetam e rejeitam transações em conflito. Como criar blocos é dispendioso, os miners têm motivação para atuar corretamente.

Os DAG também previnem o double spending, mas sem miners. Quando um nó confirma transações anteriores, verifica todo o percurso até à transação genesis do DAG para validar o saldo do remetente. Podem existir vários percursos, mas basta verificar um.

Se algum utilizador construir sobre um percurso inválido, a sua transação corre o risco de ser ignorada — mesmo que legítima — porque ninguém quererá prosseguir sobre um caminho iniciado numa transação inválida.

Pode parecer pouco intuitivo: não poderiam existir vários ramos que não se conhecem, permitindo gastar os mesmos fundos em diferentes ramificações?

É possível, mas o algoritmo de seleção de tips privilegia os ramos com maior peso acumulado. Com o tempo, um ramo acabará por se impor. Os ramos mais fracos são abandonados e a rede continua a construir sobre o mais robusto.

Como nas blockchains, não existe uma finalização absoluta: nunca há 100 % de certeza de que uma transação não será revertida. Embora seja extremamente improvável, até blocos de Bitcoin ou Ethereum podem teoricamente ser anulados. Quanto mais blocos forem acrescentados após a sua transação, maior será a confiança. Por isso, é habitual aguardar seis confirmações antes de gastar fundos.

Nos principais projetos baseados em DAG, aplica-se o conceito de confiança de confirmação. O algoritmo de seleção de tips executa-se 100 vezes e conta-se quantas vezes a sua transação é aprovada, direta ou indiretamente, nas tips selecionadas. Quanto maior a percentagem, mais estável é considerada a sua transação.

Poderá pensar que isto prejudica a experiência do utilizador. Contudo, não é assim. Se a Alice enviar 10 MagicDAGTokens ao Bob, não precisa de escolher as tips certas. A sua wallet poderá executar internamente o seguinte:

• Selecionar as tips mais pesadas (com mais confirmações acumuladas).
• Verificar as transações anteriores para garantir que as tips dispõem de saldo suficiente para gastar.
• Assim que confirmada, adicionar a transação ao DAG, confirmando as transações que referencia.

Para a Alice, todo o processo assemelha-se a uma transação cripto habitual: introduz o endereço do Bob, indica o valor e clica em enviar. Os passos acima correspondem ao Proof of Work que cada participante executa ao submeter uma transação.

Vantagens e Desvantagens dos Grafos Acíclicos Dirigidos

Vantagens dos DAG

Velocidade

Na ausência de limites de tempo de bloco, qualquer utilizador pode difundir transações em qualquer momento. Não existe limite rígido ao volume de transações, desde que os utilizadores confirmem transações anteriores no processo.

Sem Mineração

Os DAG não recorrem ao consenso Proof of Work da mesma forma que as blockchains tradicionais. Por isso, a pegada carbónica é substancialmente inferior à das criptomoedas que dependem de mineração para a segurança da rede.

Sem Comissões de Transação

Como não existem miners, os utilizadores não têm de pagar taxas para enviar transações. Alguns sistemas exigem uma taxa reduzida para certos tipos de nó, mas as taxas baixas ou nulas tornam os DAG especialmente atrativos para micropagamentos, onde comissões elevadas comprometem a utilidade.

Sem Gargalos de Escalabilidade

Sem restrições de tempo de bloco, os DAG conseguem processar muito mais transações por segundo do que blockchains convencionais. Muitos consideram-nos ideais para aplicações de Internet of Things (IoT), onde dispositivos interagem regularmente entre si.

Desvantagens dos DAG

Não Totalmente Descentralizado

Os protocolos baseados em DAG mantêm frequentemente elementos de centralização. Embora isso possa ser útil na fase inicial de uma rede, não está comprovado que os DAG funcionem de forma autónoma sem intervenção de terceiros. Sem descentralização total, as redes podem ficar expostas a vetores de ataque capazes de comprometer a operação.

Não Testado em Larga Escala

Apesar de já existirem criptomoedas baseadas em DAG há vários anos, ainda não alcançaram adoção generalizada. Continua a ser incerto que incentivos podem levar os utilizadores a explorar ou manipular estes sistemas à medida que crescem.

Considerações Finais

Os Grafos Acíclicos Dirigidos constituem uma tecnologia promissora na construção de redes de criptomoedas. Até ao momento, apenas alguns projetos exploram esta estrutura de dados, e será necessário um maior desenvolvimento.

Se cumprirem o seu potencial, os DAG poderão alimentar ecossistemas altamente escaláveis. A tecnologia abre espaço para casos de uso de alto desempenho e sem comissões — como IoT e micropagamentos — onde a performance é crítica.

FAQ

O que é um Grafo Acíclico Dirigido (DAG) e como funciona nas criptomoedas?

Um DAG é uma estrutura de dados onde cada transação é registada em nós interligados sem ciclos. Isto permite validar transações de forma eficiente e em paralelo, sem depender de uma blockchain tradicional, aumentando substancialmente a velocidade e a escalabilidade.

Qual é a diferença entre DAG e blockchain tradicional?

Os DAG utilizam um grafo acíclico dirigido para validação paralela, enquanto as blockchains tradicionais se baseiam numa sequência linear de blocos. Os DAG são mais rápidos e escaláveis, eliminando a necessidade de mineração intensiva em recursos.

Quais são as vantagens de utilizar DAG em vez de blockchain?

Os DAG possibilitam transações mais rápidas e maior escalabilidade face às blockchains convencionais. Permitem processar transações em paralelo, com menor latência e maior capacidade.

Que criptomoedas utilizam tecnologia DAG?

IOTA, Nano e outros projetos utilizam tecnologia DAG para garantir maior escalabilidade e eficiência, ultrapassando as limitações das blockchains tradicionais.

Como contribui o DAG para melhorar a escalabilidade das criptomoedas?

Os DAG aumentam a escalabilidade ao permitirem que várias transações sejam processadas em simultâneo, em vez de sequencialmente. Isto reduz a congestão, descentralizando o armazenamento e a validação, e melhora significativamente o desempenho da rede sem comprometer a segurança.

A tecnologia DAG é segura para transações de criptomoedas?

Sim, a tecnologia DAG é segura para transações em criptoativos. Garante maior velocidade e escalabilidade que as blockchains tradicionais. Muitos projetos baseados em DAG integram mecanismos robustos de segurança e validação para proteger as transações contra ataques e fraudes.