Що таке Directed Acyclic Graph (DAG) у сфері криптовалют?

Вступ

Коли ви чуєте про криптовалюти, зазвичай асоціюєте їх із поняттями блокчейн або технологія розподіленого реєстру. З моменту запуску Bitcoin з’явилися сотні інших криптовалют. Переважна більшість з них створені на схожих мережевих архітектурах. Структури даних цих мереж дозволяють користувачам передавати цінності та взаємодіяти з децентралізованими застосунками.

У блокчейні нові блоки регулярно приєднуються до ланцюга, що постійно зростає. Кожен блок пов’язується зі своїм попередником через криптографічний зв’язок — зокрема, через хеш. У цих блоках зберігаються останні транзакції, які надсилають користувачі.

Однак часто існує затримка між трансляцією транзакції та її включенням до блоку. Уявіть очікування потяга на станції: залежно від розміру вагонів (розміру блоку) та кількості пасажирів (очікуючих транзакцій) ви можете не потрапити у найближчий чи навіть наступний потяг. Це означає, що підтвердження транзакції може тривати від кількох секунд до годин.

Для багатьох користувачів це прийнятний компроміс, оскільки забезпечує високий рівень безпеки без централізованої координації. Інші ж вважають, що технологія блокчейн має обмеження за часом використання. Критики переконані, що у довгостроковій перспективі проблеми масштабованості блокчейну стримують його широке впровадження.

Дехто прогнозує, що майбутнє криптовалютних платіжних мереж пов’язане з принципово іншою архітектурою — спрямованими ациклічними графами (DAG).

Що таке DAG?

DAG — це окремий тип структури даних, подібний до бази даних, де поєднуються різні інформаційні зв’язки. "Спрямований ациклічний граф" — це технічний термін зі специфічним значенням, тому розгляньмо його детально.

На концептуальному рівні DAG складається з вершин (вузлів) і ребер (ліній, які їх з’єднують). Граф спрямований, оскільки має визначений напрям стрілками. Він ациклічний, бо неможливо повернутись до початкового вузла: рухаючись графом з будь-якої точки, ви ніколи не повернетеся на старт. Далі це стане зрозуміліше.

Подібні структури даних часто використовують для моделювання інформаційних зв’язків. Наприклад, у науці чи медицині DAG дозволяє аналізувати взаємозв’язки між змінними та їхній вплив одна на одну. Можна дослідити харчування, фази сну і фізичні симптоми, щоб вибудувати логіку і визначити вплив на стан пацієнта.

У цьому випадку нас цікавить, як DAG забезпечує консенсус у розподіленій мережі криптовалюти.

Як працює DAG?

У криптовалюті на основі DAG кожна вершина відповідає одній транзакції. Блоки відсутні, а майнінг для збільшення бази даних не потрібен. Замість об’єднання транзакцій у блоки кожна нова транзакція базується на попередній. Але кожен вузол виконує невеликий Proof of Work під час надсилання транзакції, що запобігає спаму і підтверджує минулі транзакції.

Додавання нової транзакції можливе лише за умови посилання на попередні. Наприклад, якщо Аліса створює нову транзакцію, її визнання можливе лише після посилання на попередні транзакції. Це схоже на зв’язок блоку Bitcoin із попереднім, але тут можна посилатися на кілька транзакцій одночасно.

У деяких реалізаціях алгоритм визначає, на які саме транзакції ("tips") має спиратися нова транзакція. Tips із найбільшою накопиченою вагою — тобто із більшою кількістю підтверджень — обираються найчастіше.

Транзакції, які зазначає Аліса, залишаються непідтвердженими. Після відповідного посилання вони стають підтвердженими. Нову транзакцію Аліси вважають непідтвердженою, доки хтось інший не побудує свою транзакцію на її основі.

Користувачі зацікавлені підтверджувати транзакції з найбільшою вагою, щоб мережа розвивалась. Інакше нічого не завадить постійно посилатися на застарілі транзакції.

У блокчейнах подвійне витрачання запобігається досить просто. Витратити ті самі кошти двічі в одному блоці неможливо — вузли швидко виявляють та відхиляють конфліктні транзакції. Висока вартість створення блоків мотивує майнерів діяти коректно.

DAG також запобігає подвійному витрачанню без участі майнерів. Коли вузол підтверджує попередні транзакції, він перевіряє весь шлях до генезисної транзакції DAG, щоб переконатися, що баланс відправника є дійсним. Може бути кілька шляхів, достатньо перевірити лише один із них.

Якщо користувач будує транзакцію на неприйнятному шляху, її можуть проігнорувати, навіть якщо вона коректна. Ніхто не захоче розвивати шлях, що бере початок із невалідної транзакції.

Може здатися нелогічним: чи не може бути кілька незалежних гілок, що дозволяють витрачати одні й ті самі кошти на різних шляхах?

Це можливо, але алгоритм вибору tips віддає перевагу гілкам із більшою накопиченою вагою. З часом одна гілка переважає інші. Слабші гілки покидають, і мережа продовжує розвиватися на найсильнішій.

Як і у блокчейнах, абсолютної фінальності не існує: не можна бути абсолютно впевненим, що транзакцію не скасують. Хоч це й малоймовірно, навіть блоки Bitcoin чи Ethereum можуть бути теоретично відкотані. Що більше блоків додано після вашої транзакції, то впевненіше можна вважати її остаточною. Тому стандартом є очікування шести підтверджень перед витрачанням коштів.

У провідних проєктах DAG застосовують поняття довіри до підтвердження. Алгоритм вибору tips виконується 100 разів, рахується, скільки разів транзакцію прямо чи опосередковано схвалено серед вибраних tips. Чим більший відсоток, тим вищий рівень остаточності транзакції.

Може здатися, що це ускладнює користувацький досвід. Насправді це не так. Якщо Аліса надсилає Бобу 10 MagicDAGTokens, їй не потрібно самостійно обирати tips. Її гаманець може автоматично виконати такі дії:

• Обирає tips із найбільшою накопиченою кількістю підтверджень.
• Відстежує попередні транзакції, щоб переконатися у наявності достатнього балансу для витрачання.
• Після підтвердження додає транзакцію Аліси до DAG, підтверджуючи транзакції, на які вона посилалася.

З точки зору Аліси це звичайна криптотранзакція: вона вводить адресу Боба, вказує суму і натискає надіслати. Описані кроки — це Proof of Work, який виконує кожен учасник під час відправлення транзакції.

Переваги та недоліки спрямованих ациклічних графів

Переваги DAG

Швидкість

Відсутність часових обмежень на блоки дозволяє транслювати транзакції у будь-який момент. Жорсткого ліміту на обсяг транзакцій немає, якщо користувачі підтверджують попередні транзакції у процесі.

Відсутність майнінгу

DAG не застосовує консенсус Proof of Work у тій формі, як це властиво класичному блокчейну. Завдяки цьому екологічний слід таких мереж значно менший порівняно з криптовалютами, що використовують майнінг для безпеки.

Відсутність комісій за транзакції

Оскільки майнери відсутні, користувачі не зобов’язані платити комісії за надсилання транзакцій. Деякі системи можуть вимагати невелику плату для окремих типів вузлів, але мінімальні або нульові комісії роблять DAG оптимальним для мікроплатежів, де високі збори суттєво знижують ефективність.

Відсутність вузьких місць масштабованості

Без обмежень на час блоку DAG здатен обробляти значно більше транзакцій за секунду, ніж класичний блокчейн. Багато хто вважає цю структуру ідеальною для Інтернету речей (IoT), де пристрої постійно взаємодіють між собою.

Недоліки DAG

Не повністю децентралізовано

Протоколи на основі DAG часто містять ознаки централізації. Це може допомогти старту мережі, але достеменно невідомо, чи зможуть такі мережі функціонувати самостійно без зовнішнього контролю. За відсутності повної децентралізації мережі залишаються вразливими до атак, що можуть призвести до збоїв.

Не перевірено на масштабі

Попри те, що криптовалюти на базі DAG існують уже кілька років, вони ще не досягли масового впровадження. Досі невідомо, які саме стимули можуть спонукати користувачів зловживати цими системами у разі їхнього масштабного зростання.

Підсумкові думки

Спрямовані ациклічні графи — це перспективна технологія для створення криптовалютних мереж. Поки що лише обмежене коло проєктів використовують цю структуру даних, і вона потребує подальшого розвитку.

Якщо DAG реалізує потенціал, він забезпечить роботу масштабованих екосистем. Технологія відкриває можливості для високопродуктивних сценаріїв без комісії — наприклад, для IoT або мікроплатежів, де важлива саме продуктивність.

FAQ

Що таке спрямований ациклічний граф (DAG) і як він працює у криптовалютах?

DAG — це структура даних, у якій кожна транзакція зберігається у взаємопов’язаних вузлах без циклів. Це дозволяє здійснювати ефективну паралельну перевірку транзакцій без застосування класичного блокчейну, що суттєво підвищує швидкість і масштабованість мережі.

У чому різниця між DAG і традиційним блокчейном?

DAG використовує спрямований ациклічний граф для паралельної перевірки, а класичний блокчейн — це лінійний ланцюг блоків. DAG забезпечує вищу масштабованість і швидкість, не передбачає енерговитратного майнінгу.

Які переваги у використанні DAG порівняно з блокчейном?

DAG дозволяє здійснювати транзакції швидше та масштабувати мережу ефективніше, ніж традиційний блокчейн. Дає змогу обробляти операції одночасно з мінімальною затримкою та високою пропускною здатністю.

Які криптовалюти використовують технологію DAG?

IOTA, Nano та ще кілька інших застосовують DAG для підвищення масштабованості й ефективності, долаючи обмеження класичних блокчейнів.

Як DAG сприяє масштабуванню криптовалют?

DAG підвищує масштабованість, допускаючи паралельну обробку багатьох транзакцій. Це знижує перевантаження через децентралізацію зберігання та перевірки, суттєво підвищуючи продуктивність без втрати безпеки.

Чи безпечна технологія DAG для криптовалютних транзакцій?

Так, технологія DAG безпечна для криптовалютних транзакцій. Вона забезпечує вищу швидкість і масштабованість порівняно з класичними блокчейнами. У багатьох проєктах DAG інтегрують надійні механізми безпеки та валідації, щоб захистити транзакції від атак і шахрайства.