Что представляет собой направленный ациклический граф (DAG) в сфере криптовалют?

Введение

Когда речь заходит о криптовалютах, их обычно связывают с такими понятиями, как блокчейн или технология распределённых реестров. После появления Bitcoin появилось сотни других криптовалют — большинство построено на схожих архитектурах сетей. Их структуры данных позволяют пользователям передавать ценность и пользоваться децентрализованными приложениями.

В блокчейне новые блоки регулярно добавляются к увеличивающейся цепи. Каждый блок соединён с предыдущим с помощью криптографической связи, обычно хэша. В этих блоках содержатся последние транзакции, которые отправили пользователи.

Часто между отправкой транзакции и её включением в блок возникает задержка. Это можно сравнить с ожиданием поезда на станции: в зависимости от размера вагонов (размера блока) и количества других пассажиров (ожидающих транзакций) вы можете не попасть в ближайший поезд или даже следующий — из-за этого подтверждение вашей транзакции может занять от нескольких секунд до нескольких часов.

Для многих такой компромисс приемлем: он обеспечивает высокий уровень безопасности без централизованного управления. Однако некоторые считают, что у блокчейна есть ограниченный срок актуальности. Критики полагают, что проблемы масштабируемости блокчейна в конечном итоге не позволят ему стать массовым решением.

Есть мнение, что будущее платёжных криптосетей — за совершенно другой архитектурой: Directed Acyclic Graph (DAG).

Что такое DAG?

DAG — это особая структура данных, похожая на базу данных, объединяющую разные элементы информации. «Направленный ациклический граф» — технический термин с чётким определением; разберём его подробнее.

DAG построен из вершин (узлов) и рёбер (линий, соединяющих их). Такой граф направленный — у каждого ребра есть своё направление, отображаемое стрелкой. Он ациклический — нельзя вернуться в исходную точку, двигаясь по графу: с любой вершины невозможно попасть обратно к себе самой. Этот принцип будет раскрыт далее.

Структуры такого типа часто применяются для моделирования данных. Например, в научных или медицинских задачах DAG позволяет анализировать взаимосвязи между переменными и влияние одних на другие. Можно проследить, как питание, режим сна и симптомы пациента связаны между собой и влияют на состояние здоровья.

В нашем случае речь идёт о том, как DAG обеспечивает консенсус в распределённой криптовалютной сети.

Как работает DAG?

В криптовалютах на основе DAG каждая вершина — это отдельная транзакция. Здесь нет блоков и не нужен майнинг для роста базы. Вместо объединения транзакций в блоки каждая новая транзакция строится на предыдущей. При этом каждый узел выполняет небольшое Proof of Work при отправке транзакции — это защищает сеть от спама и подтверждает предыдущие операции.

Чтобы добавить новую транзакцию, нужно сослаться на более ранние. Например, если Алиса создаёт транзакцию, она должна сослаться на предыдущие операции. Это похоже на то, как блок Bitcoin связан с предыдущим, но в DAG можно ссылаться сразу на несколько транзакций.

В ряде реализаций специальный алгоритм определяет, на какие транзакции («типы») должна ссылаться новая операция. Наиболее предпочтительны типы с максимальным накопленным весом — то есть с наибольшим количеством подтверждений по всей цепочке.

Транзакции, на которые ссылается Алиса, считаются неподтверждёнными. После ссылки её транзакции становятся подтверждёнными. Теперь уже транзакция Алисы — неподтверждённая, и для её подтверждения следующий участник должен построить свою операцию на ней.

Пользователи заинтересованы подтверждать транзакции с наибольшим весом — так система продолжает развиваться. В противном случае пользователи могли бы постоянно строить новые операции на устаревших транзакциях.

В блокчейнах двойное расходование средств предотвратить достаточно просто: нельзя потратить одни и те же средства дважды в одном блоке — узлы быстро находят и отклоняют конфликтующие операции. Блоки дорогие в производстве, поэтому майнеры заинтересованы действовать честно.

В DAG предотвращается двойное расходование и без майнеров. Подтверждая предыдущие транзакции, узел проверяет путь до самой первой транзакции DAG, чтобы удостовериться в наличии у отправителя средств. Может быть несколько путей, но нужно проверить только один.

Если пользователь выбрал для своей транзакции неверный путь, операция может быть проигнорирована — даже если она корректна, никто не захочет продолжать ветку, которая начинается с ошибочной транзакции.

Это может показаться нелогичным: не могут ли существовать несколько независимых ветвей, позволяющих тратить одни и те же средства на разных ветках?

Это возможно, но алгоритм выбора типа отдаёт приоритет ветвям с максимальным весом. Со временем одна ветка опережает остальные: слабые ветви отбрасываются, сеть продолжает строиться на самой сильной.

Как и в блокчейнах, здесь нет абсолютной финальности — нельзя быть полностью уверенным, что транзакция не будет отменена. Хотя вероятность крайне мала, теоретически даже блоки Bitcoin и Ethereum могут быть аннулированы. Чем больше блоков появляется после вашей транзакции, тем выше уверенность в её необратимости. Поэтому в индустрии принято дожидаться шести подтверждений перед расходованием средств.

В крупных проектах на DAG применяется принцип доверия к подтверждению. Алгоритм выбора типа запускается 100 раз, и считается, сколько раз ваша транзакция прямо или косвенно подтверждается выбранными типами. Чем выше процент, тем надёжнее считается операция.

Могло бы показаться, что это ухудшает пользовательский опыт. На самом деле это не так: если Алиса переводит Бобу 10 MagicDAGTokens, ей не нужно вручную выбирать типы для подтверждения. Её кошелёк может выполнять следующие действия:

• выбирать типы с наибольшим количеством подтверждений,
• проверять предшествующие транзакции и баланс по типам,
• после подтверждения добавить операцию в DAG и подтвердить транзакции, на которые она ссылается.

Для Алисы всё выглядит как обычный криптовалютный перевод: она вводит адрес Боба, сумму и нажимает отправить. Всё вышеперечисленное — это Proof of Work, который выполняет каждый участник при отправке операции.

Преимущества и недостатки направленных ациклических графов

Преимущества DAG

Скорость

Без ограничения времени блока любой может отправлять транзакции в любой момент. Лимиты на объём транзакций отсутствуют, пока участники подтверждают предыдущие операции.

Нет майнинга

DAG не используют Proof of Work как традиционные блокчейны. Благодаря этому их углеродный след значительно ниже, чем у криптовалют, где безопасность сети обеспечивается майнингом.

Нет комиссий за транзакции

Поскольку майнеры отсутствуют, пользователи не платят комиссию за отправку операций. В некоторых системах определённые типы узлов могут платить небольшую комиссию, но в целом низкие или нулевые комиссии делают DAG оптимальным для микроплатежей, где высокие сборы лишают их смысла.

Отсутствие узких мест масштабируемости

Без ограничений по времени блока DAG способен обрабатывать значительно больше транзакций в секунду, чем обычные блокчейны. Многие считают их лучшим решением для Интернета вещей (IoT), где машины часто взаимодействуют между собой.

Недостатки DAG

Не полностью децентрализовано

Протоколы на базе DAG часто сохраняют некоторые элементы централизации. Это может ускорить запуск сети, но неясно, способны ли DAG функционировать полностью автономно без стороннего контроля. Без полной децентрализации такие сети могут быть уязвимы для атак, нарушающих работу системы.

Не доказано в масштабах

Хотя криптовалюты на базе DAG существуют уже несколько лет, они ещё не получили массового распространения. Пока неизвестно, какие стимулы могут появиться у пользователей для злоупотребления системой по мере её роста.

Заключение

Directed Acyclic Graph — перспективная технология для построения криптовалютных сетей. Пока только несколько проектов используют этот тип структуры данных, и для раскрытия потенциала требуется дальнейшее развитие.

Если DAG оправдает ожидания, он сможет обеспечить масштабируемые экосистемы. Эта технология открывает возможности для высокопроизводительных, безкомиссионных сценариев — например, IoT и микроплатежей, где важна максимальная производительность.

FAQ

Что такое Directed Acyclic Graph (DAG) и как он применяется в криптовалютах?

DAG — это структура данных, в которой каждая транзакция записывается в связанные между собой узлы без образования циклов. Такой подход позволяет одновременно и эффективно валидировать транзакции без традиционного блокчейна, что существенно повышает скорость и масштабируемость.

В чём разница между DAG и традиционным блокчейном?

DAG использует направленный ациклический граф для параллельной валидации, а классический блокчейн — линейную цепочку блоков. DAG более масштабируем и быстр, а также не требует затратного майнинга.

Каковы преимущества DAG по сравнению с блокчейном?

DAG обеспечивает более быстрые транзакции и лучшую масштабируемость по сравнению с традиционными блокчейнами. Он позволяет обрабатывать множество операций одновременно, снижая задержки и увеличивая пропускную способность.

Какие криптовалюты используют DAG?

IOTA, Nano и ряд других используют DAG для повышения масштабируемости и эффективности, преодолевая ограничения классических блокчейнов.

Как DAG повышает масштабируемость криптовалют?

DAG позволяет одновременно обрабатывать множество транзакций, а не поочерёдно. Это снижает нагрузку, децентрализует хранение и валидацию, заметно повышая производительность сети без ущерба для безопасности.

Безопасна ли технология DAG для криптовалютных транзакций?

Да, технология DAG безопасна для криптовалютных операций. Она обеспечивает большую скорость и масштабируемость по сравнению с традиционными блокчейнами. Многие проекты на DAG используют надёжные механизмы безопасности и валидации, защищающие транзакции от атак и мошенничества.