الرسوم البيانية الموجهة غير الدائرية (DAG): التكنولوجيا الناشئة في نظام التشفير

مقدمة في الهياكل البديلة في العملات الرقمية

لقد تطور نظام العملات المشفرة بشكل كبير منذ إطلاق البيتكوين. بينما اعتمدت معظم المشاريع هياكل مستندة إلى تقنية البلوكشين أو دفاتر الأستاذ الموزعة، توجد بدائل تكنولوجية تسعى لتجاوز القيود المتأصلة في سلاسل الكتل التقليدية.

في سلاسل الكتل التقليدية، تُجمع المعاملات في كتل تُضاف تسلسليًا إلى سلسلة متزايدة، حيث يرتبط كل كتلة بالكتلة السابقة عن طريق روابط تشفيرية (hash). هذا التصميم، على الرغم من قوته في الأمان، يواجه تحديات من حيث قابلية التوسع وأوقات التأكيد.

لفهم هذه القيود، يمكننا تصور العملية كـ محطة قطار: اعتمادًا على حجم العربات (كتل) وعدد الركاب الذين ينتظرون (المعاملات المعلقة)، قد نحتاج إلى الانتظار لعدة قطارات قبل أن نتمكن من السفر. يمكن أن يتراوح وقت الانتظار بين ثوانٍ وساعات للحصول على تأكيد كامل.

في مواجهة هذه التحديات المتعلقة بقابلية التوسع، أصبحت بنية بديلة تحظى بأهمية في القطاع: الرسوم البيانية الموجهة غير الدائرية أو DAG، حيث تُعتبر حلاً محتملاً لشبكات الدفع بالعملات المشفرة التي تتطلب سرعة أكبر وزمن استجابة أقل.

الأسس الفنية لـ DAG

يمثل DAG هيكل بيانات مختلف بشكل أساسي عن سلاسل الكتل. لفهم هذا المفهوم الفني، يجب علينا تحليل مكوناته:

• الرسم البياني: هيكل يتكون من رؤوس (عُقد تمثل ككرات) وحواف (اتصالات بين العقد).
• موجه: الروابط بين العقد تتبع اتجاهًا واحدًا، يتم تمثيله بصريًا بواسطة الأسهم.
• غير دوري: الهيكل لا يسمح بالدورات؛ إذا اتبعنا مسارًا من أي نقطة، فلن نعود أبدًا إلى نفس نقطة البداية.

في التطبيقات العلمية، تُستخدم DAGs بشكل متكرر لنمذجة العلاقات بين المتغيرات وتحديد الارتباطات والتأثيرات السببية. على سبيل المثال، في الطب، يمكن إقامة اتصالات بين عوامل مثل التغذية، وأنماط النوم، والتجليات الجسدية لتحليل تأثيرها على صحة المريض.

في سياق العملات المشفرة، توفر DAG نهجًا ثوريًا لتحقيق التوافق الموزع والتحقق من المعاملات دون الحاجة إلى كتل أو تعدين تقليدي.

بنية وعمل العملات المشفرة المستندة إلى DAG

في نظام تشفير يعتمد على DAG، يمثل كل رأس معاملة فردية، مما يلغي تمامًا مفهوم الكتل. لتوسيع الشبكة، لا يتطلب الأمر تعدينًا تقليديًا، بل اختبار صغير للعمل يقوم به كل عقدة عند إرسال معاملة، مما يتحقق في الوقت نفسه من معاملات سابقة أخرى.

آلية العمل الأساسية تعمل على النحو التالي:

1. لإضافة معاملة جديدة، يجب أن تشير إلى معاملات سابقة في الرسم البياني.
2. عند إنشاء معاملة، يؤكد المستخدم تلقائيًا المعاملات الأقدم.
3. خوارزمية اختيار تحدد أي المعاملات السابقة ( أو "البقشيش" ) يجب الإشارة إليها، مع إعطاء الأولوية لتلك التي لديها "وزن تراكمي" أكبر ( عدد التأكيدات المستلمة ).

على سبيل المثال، عندما تقوم أليس بإنشاء معاملة جديدة، يجب أن تشير إلى معاملات سابقة غير مؤكدة. من خلال القيام بذلك، تصبح هذه المعاملات مؤكدة، بينما تبقى معاملة أليس معلقة حتى يشير إليها مستخدم آخر في معاملته الخاصة.

النظام يشجع بشكل طبيعي على تأكيد المعاملات ذات الوزن المتراكم الأكبر، مما يضمن النمو العضوي للشبكة ويتجنب إضافة المستخدمين باستمرار معاملات جديدة فقط إلى الأقدم.

آليات الأمان ومنع الإنفاق المزدوج

تقوم أنظمة DAG بتنفيذ آليات متطورة لمنع الإنفاق المزدوج، وهي مشكلة أساسية في أي عملة مشفرة. عندما يؤكد العقد معاملات سابقة، فإنه يقيم مسارًا كاملاً حتى أصل DAG للتحقق من أن المُرسل لديه رصيد كافٍ.

تختلف هذه العملية بشكل كبير عن نهج البلوكشين:

| خاصية | بلوكشين تقليدي | أنظمة DAG | |----------------|------------------------|-------------| | التحقق | يقوم المعدّنون بالتحقق من المعاملات المجمعة في الكتل | كل مستخدم يحقق من المعاملات السابقة قبل إرسال معاملته | | حوافز | مكافآت الكتلة والعمولات | تأكيدات المعاملات الخاصة | | الغرض | يعتمد على عدد التأكيدات ( كتل ) | يعتمد على الوزن المتراكم وثقة التأكيد |

في أنظمة مثل IOTA Tangle، يتم استخدام مفهوم يسمى "ثقة التأكيد". يتم تنفيذ خوارزمية الاختيار عدة مرات ( عادة 100) لتحديد النسبة المئوية لمرات تمت الموافقة فيها على معاملة بشكل مباشر أو غير مباشر. تشير هذه النسبة المئوية إلى احتمال البقاء النهائي للمعاملة في السجل.

على الرغم من أن الأمر معقد من الناحية التقنية، إلا أن التجربة للمستخدم النهائي تبدو بديهية. يدير برنامج المحفظة الرقمية العملية بأكملها تلقائيًا:

1. اختر أكثر المعاملات الثقيلة في الرسم البياني
2. تحقق من رصيدك الكافي من خلال تتبع المعاملات السابقة
3. أضف المعاملة الجديدة إلى DAG بتأكيد المعاملات السابقة

المزايا التنافسية لتكنولوجيا DAG

سرعة أكبر وقابلية التوسع

بدون القيود المفروضة من أوقات الكتلة، يمكن لأنظمة DAG معالجة المعاملات على الفور. وهذا يسمح بأداء نظري غير محدود، حيث تزداد سرعة المعالجة بشكل متناسب مع عدد المشاركين النشطين.

وفقًا للبيانات الفنية، يمكن أن تصل مشاريع مثل Hedera Hashgraph إلى 10,000 معاملة في الثانية (TPS)، بينما تطمح الحلول الهجينة مثل BlockDAG إلى نطاقات من 10,000-15,000 TPS، متجاوزة بشكل كبير 7-15 TPS من Bitcoin أو 15-45 TPS من Ethereum (قبل التحديثات).

كفاءة الطاقة

تزيل بنية DAG الحاجة إلى التعدين المستهلك للموارد، مما يقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة. وهذا يجعل العملات المشفرة القائمة على DAG بدائل أكثر استدامة بشكل كبير من المنظور البيئي.

إزالة أو تقليل الرسوم

تعمل معظم تطبيقات DAG بدون رسوم معاملات، أو برسوم رمزية صغيرة. وتعتبر هذه الميزة ذات قيمة خاصة لـ:

• مدفوعات صغيرة: معاملات ذات قيمة صغيرة غير قابلة للتطبيق اقتصاديًا في الشبكات ذات الرسوم العالية
• إنترنت الأشياء (IoT): التواصل بين الآلات مع تبادلات متكررة للقيمة الأدنى
• الأسواق الناشئة: الوصول المالي للسكان ذوي الموارد المحدودة

إمكانية للتطبيقات المحددة

تظهر بنية DAG ملاءمة خاصة للسيناريوهات التي تتطلب:

• تردد معاملات عالية
• تأكيدات فورية
• تفاعلات مؤتمتة بين الأجهزة
• المعالجة في بيئات ذات اتصال متقطع

القيود والتحديات الحالية

عناصر المركزية

تقوم معظم البروتوكولات المعتمدة على DAG حاليًا بتنفيذ عناصر مركزية مثل:

• منسقون يتحققون من المعاملات (IOTA في إصداراتها الأولى)
• عقد توافق مع صلاحيات خاصة (Hedera Hashgraph)
• آليات اللقطة التي تسيطر عليها مركزيًا

تطرح هذه العناصر، على الرغم من تقديمها كعناصر مؤقتة للمرحلة الأولية من التطوير، تساؤلات حول اللامركزية الحقيقية لهذه الشبكات ومقاومتها للهجمات أو الرقابة.

نضج تكنولوجي محدود

على الرغم من أن العملات المشفرة القائمة على DAG موجودة منذ سنوات، إلا أن تنفيذها على نطاق واسع لا يزال محدودًا. لقد حققت مشاريع مثل IOTA و Nano و Hedera Hashgraph تقدمًا كبيرًا، لكنها لا تزال تواجه تحديات فنية وتحديات في التبني:

• عدم اليقين بشأن السلوك في ظروف التحميل القصوى
• قابلية الضعف المحتملة لأساليب الهجوم الجديدة
• الاستدامة طويلة الأجل للحوافز للحفاظ على الشبكة

التعقيد الفني والتعليم

تقدم هندسة DAG مفاهيم أكثر تجريدًا وأقل بديهية من سلاسل الكتل التقليدية. يمكن أن تعيق هذه التعقيدات المفهومية:

• فهم المطورين والمستخدمين
• تدقيق الأمان للتنفيذات المحددة
• إنشاء أدوات ومعايير قابلة للتشغيل المتبادل

المشاريع المميزة القائمة على تكنولوجيا DAG

IOTA (MIOTA)

رائد في تنفيذ DAG، تستخدم IOTA هيكلًا يُسمى "Tangle" مصممًا خصيصًا لنظام IoT. يركز نهجها على تمكين المعاملات الصغيرة بين الأجهزة المتصلة بدون رسوم.

نانو (XNO)

قم بتنفيذ بنية "block-lattice" حيث تحتوي كل حساب على blockchain خاص به. يسمح هذا التصميم بإجراء معاملات فورية بدون رسوم، مما يجعله مناسبًا لاستخدامات الدفع اليومية.

هيديرا هاشغراف (HBAR)

يستخدم خوارزمية "هاشغراف" ونموذج حوكمة الشركات حيث تحتفظ المنظمات العالمية بعقد الإجماع. يقدم سرعة فائقة في المعاملات، ووضوح نهائي، ودعم للعقود الذكية، مما يجذب التطبيقات التجارية.

كاسبا (KAS)

مشروع ناشئ ينفذ نموذج "BlockDAG" هجين، يجمع بين عناصر blockchain التقليدي وهياكل DAG لتحقيق توازن بين الأمان وقابلية التوسع.

آفاق المستقبل لتكنولوجيا DAG

تستمر تقنية DAG في التطور بسرعة، مع تقدم كبير في خوارزميات الإجماع، والأمان، وقابلية التوسع. تشير الاتجاهات الحالية إلى:

1. الهجين التكنولوجي: الجمع بين هياكل DAG وآليات إجماع أخرى لتحسين الأداء والأمان
2. التشغيل البيني: تطوير بروتوكولات جسر بين شبكات DAG و blockchains التقليدية
3. خصوصية التطبيق: اعتماد DAG في مجالات محددة حيث تكون ميزاته حاسمة

على وجه الخصوص، يمثل إنترنت الأشياء حدودًا واعدة لتكنولوجيا DAG، مع توقعات بملايين الأجهزة المتصلة التي تقوم بإجراء معاملات صغيرة تلقائيًا على نطاق عالمي.

اعتبارات للنظام البيئي للعملات المشفرة

تمثل تقنية DAG ابتكارًا أساسيًا في مشهد العملات المشفرة، حيث تقدم حلولًا محتملة للتحديات المتعلقة بالقدرة على التوسع التي تواجهها البلوكشين التقليدية.

ومع ذلك، فإن هذا النهج البديل يحمل مزاياه وقيوده الخاصة، حيث يقدم تنازلات مختلفة بين السرعة والأمان واللامركزية. بينما تعطي blockchain الأولوية للأمان اللامركزي، تميل أنظمة DAG إلى تفضيل السرعة وقابلية التوسع.

تسمح التنوع المعماري داخل النظام البيئي للعملات المشفرة بالتخصص التكنولوجي وفقًا لحالات الاستخدام المحددة: سلاسل الكتل لتخزين القيمة وتطبيقات تتطلب أقصى درجات الأمان؛ هياكل DAG للبيئات التي تعطي الأولوية للأداء العالي للمعاملات وكفاءة الطاقة.

إن التطور المستمر لكلا النهجين، إلى جانب الحلول الهجينة الناشئة، يُظهر حيوية قطاع يتطور تكنولوجياً باستمرار، و يسعى للحصول على حلول مثلى لمختلف الاحتياجات في الطيف الواسع للاقتصاد الرقمي اللامركزي.