Что такое направленный ациклический граф (DAG)?

Технология направленного ациклического графа (DAG) — значимое новшество в сфере распределённых реестров, предлагающее альтернативу традиционной архитектуре блокчейна. Блокчейн произвёл революцию в финансовой отрасли благодаря децентрализованной, прозрачной и безопасной обработке транзакций, а DAG стал следующим этапом развития финтеха. Понимание принципов DAG в структуре данных и его применения в криптовалютах важно для всех, кто изучает современные технологии распределённых реестров. В статье рассматриваются основы технологии DAG, механизмы её работы и сравнение с традиционными блокчейн-системами.

DAG и технология блокчейна

Направленный ациклический граф (DAG) — инструмент моделирования и структурирования данных, который используют отдельные криптовалюты как альтернативу блокчейну. Чтобы понять, что такое DAG в контексте данных, важно отметить, что архитектура DAG принципиально отличается от блокчейна по структуре. Вместо последовательных блоков DAG строится на графовой структуре из кругов и линий. Каждый круг (вершина) — это отдельная операция или транзакция, которую нужно добавить в сеть. Линии (рёбра) отражают направление и порядок подтверждения транзакций.

Термин «направленный ациклический граф» основан на двух ключевых признаках архитектуры. Во-первых, граф «направленный», поскольку соединения между вершинами идут только в одном направлении — это обеспечивает чёткий хронологический порядок транзакций. Во-вторых, он «ациклический», так как вершины не образуют циклов, исключая круговые зависимости. Такая структура способствует эффективному моделированию и позволяет отслеживать взаимосвязи между переменными и их влияние друг на друга.

В криптовалютных проектах архитектура DAG позволяет достигать консенсуса в распределённых сетях без создания блоков и майнинга. Транзакции формируются друг на друге, а не группируются в блоки, что ускоряет обработку и повышает эффективность сети по сравнению с блокчейном.

В чём разница между DAG и блокчейном?

Несмотря на схожие задачи DAG и блокчейн, между ними есть принципиальные отличия. Главное различие — в структуре. Блокчейн организует транзакции в последовательные блоки, связанные друг с другом с помощью криптографии, создавая цепь. В DAG блоки не формируются — транзакции строятся непосредственно друг на друге, формируя граф.

Внешний вид этих технологий также различается: блокчейн — это линейная цепочка связанных блоков, а DAG — сложный граф с множеством узлов и направленных рёбер. Такая разница влияет на обработку, проверку и добавление транзакций. В DAG нет интервалов на создание блоков, что обеспечивает более гибкую и быструю обработку операций.

Как работает технология DAG?

Механизм работы DAG прост и эффективен. Для понимания принципа DAG важно знать, что система состоит из вершин (кругов) и рёбер (линий), где каждая вершина — отдельная транзакция. При отправке новой транзакции пользователь должен сначала подтвердить одну или несколько предыдущих транзакций, размещённых до его транзакции. Такие неподтверждённые операции называются «tips».

Процесс подтверждения устроен так: чтобы отправить свою транзакцию, пользователь подтверждает существующие tips в сети. После этого его транзакция становится новым tip и ожидает подтверждения следующими участниками. Система самоподдерживается — сообщество постоянно наращивает слои транзакций, а сеть растёт благодаря участию пользователей.

Для предотвращения двойных трат DAG использует механизм валидации, отслеживающий всю историю транзакций. Узлы, подтверждая старые транзакции, анализируют полный путь до самой первой операции. Такой подход гарантирует достаточность балансов и подлинность всех предыдущих транзакций. Если пользователь строит транзакцию на недействительном пути, его операция может быть проигнорирована сетью, даже если она корректна — система обнаружит несоответствие баланса из-за недействительных предыдущих транзакций.

Для чего используется DAG?

Понимание DAG в прикладных данных раскрывает ряд важных сфер применения в криптоэкосистеме. Основное назначение — более эффективная обработка транзакций, чем в блокчейне. Отсутствие блоков исключает задержки, связанные с их созданием и майнингом, позволяя отправлять операции непрерывно. Единственное требование — подтверждение предыдущих транзакций, что формирует коллективный процесс валидации.

Энергоэффективность — ещё одно преимущество DAG. В отличие от блокчейнов на Proof of Work (PoW), требующих значительных вычислительных ресурсов, криптовалюты на DAG потребляют лишь малую часть энергии. Некоторые системы DAG всё ещё используют PoW, но их энергозатраты существенно ниже, чем у классического майнинга.

Обработка микроплатежей особенно хорошо подходит для DAG. В блокчейне комиссии часто превышают сумму микроплатежа. DAG решает эту проблему, минимизируя комиссии и устанавливая лишь небольшие сборы за работу узлов. Даже при перегрузке сети сборы остаются низкими и стабильными, что выгодно для частых мелких транзакций.

Какие криптовалюты используют DAG?

Несмотря на признание эффективности DAG, такую архитектуру применяют только отдельные проекты. Самый известный пример — IOTA. Проект IOTA (MIOTA) был создан несколько лет назад и получил название от «Internet of Things Application». Он известен высокой скоростью транзакций, масштабируемостью, безопасностью, приватностью и целостностью данных.

IOTA использует уникальную структуру Tangle, включающую узлы и tangles — комбинации нескольких узлов для проверки операций. Система требует, чтобы пользователь подтверждал две другие транзакции перед одобрением собственной. Такой механизм обеспечивает участие всех пользователей в консенсусе и поддерживает децентрализацию.

Nano — ещё один проект на DAG, реализующий гибридный подход и объединяющий DAG с элементами блокчейна. Передача данных идёт через узлы, а каждый пользователь управляет собственным кошельком на блокчейне. Для транзакций требуется подтверждение отправителя и получателя. Nano славится высокой скоростью, масштабируемостью, безопасностью, приватностью и отсутствием комиссий.

BlockDAG также реализует DAG, предлагая энергоэффективные майнинговые устройства и мобильное приложение для добычи BDAG. В отличие от четырёхлетнего цикла халвинга Bitcoin, BDAG уменьшает вознаграждение каждые двенадцать месяцев.

Плюсы и минусы DAG

Как и любая технология, DAG имеет свои преимущества и ограничения, которые важно учитывать при оценке этой системы управления данными.

К преимуществам DAG относятся высокая скорость транзакций — без ограничений времени создания блоков операции проводятся в любой момент. Нет лимита на объём транзакций, требуется лишь подтверждение предыдущих операций. Многие системы DAG не взимают комиссий, отдельные — устанавливают лишь минимальные сборы за работу узлов при специализированных операциях, что выгодно для микроплатежей.

Энергоэффективность выделяет DAG среди блокчейн-систем: отказ от PoW-майнинга снижает энергопотребление и минимизирует углеродный след. Масштабируемость также выше — отсутствие блоков избавляет от задержек и узких мест, характерных для многих блокчейнов.

Однако DAG сталкивается с проблемами. Вопросы децентрализации затрагивают отдельные протоколы DAG, которые используют централизованные элементы для запуска сети. Такие системы ещё не доказали свою устойчивость без стороннего вмешательства, а его отсутствие может сделать их уязвимыми для атак. Кроме того, технология DAG не проходила масштабного тестирования и не получила такого распространения, как Layer-2 решения, что оставляет открытыми вопросы о долгосрочной надёжности.

Заключение

Направленные ациклические графы — перспективная инновация с большим потенциалом для распределённых реестров. Понимание принципов DAG в данных позволяет выявить преимущества по сравнению с блокчейном: низкие комиссии, высокая масштабируемость, минимальное энергопотребление и быстрая обработка транзакций. Эти достоинства делают DAG особенно актуальным для микроплатежей и приложений Интернета вещей.

Однако технология DAG ещё малоразвита и сталкивается с проблемами, которые мешают полностью заменить блокчейн-системы. Вопросы централизации и отсутствие масштабных испытаний — основные ограничения. Технология находится на стадии развития, и многие её возможности и пределы предстоит изучить.

DAG стоит рассматривать как дополнение к блокчейну для решения конкретных задач. По мере развития криптоэкосистемы обе технологии будут сосуществовать, обслуживая разные цели и сценарии. Криптосообщество активно следит за развитием DAG и появлением новых вариантов применения. Понимание DAG в архитектуре данных будет всё более важным по мере расширения сферы его использования в распределённых системах.

FAQ

Что означает DAG?

DAG — Directed Acyclic Graph (направленный ациклический граф). Эта структура данных используется в технологиях блокчейна и криптовалют.

Что такое база данных DAG?

База данных DAG — структура направленного ациклического графа для хранения и организации данных. Она обеспечивает эффективную обработку сложных взаимосвязей и подходит для блокчейна и распределённых систем.