Направленные ациклические графики (DAG) в криптовалютах: революционная альтернатива

Введение в DAG в криптоэкосистеме

Когда мы думаем о криптовалютах, термины "блокчейн" или "распределенный реестр" обычно приходят на ум первыми. С момента запуска Биткойна экосистема развивалась, появилось множество криптовалют, большинство из которых основаны на аналогичных сетевых архитектурах, позволяющих осуществлять переводы ценностей и взаимодействовать с децентрализованными приложениями.

В традиционной блокчейне блоки добавляются периодически к расширяющейся цепочке, при этом каждый блок соединен с предыдущим с помощью криптографических ссылок (в частности, хеш-функций ). Эти блоки содержат недавние транзакции, переданные пользователями.

Тем не менее, эта система подразумевает время ожидания между отправкой транзакции и её включением в блок. Это сравнимо с ожиданием поезда: в зависимости от размера вагонов (размера блока) и количества людей, ожидающих (незавершённых транзакций), возможно, вам придется ждать несколько поездов. Время подтверждения может варьироваться от секунд до часов.

Для многих пользователей и разработчиков эта архитектура представляет собой разумный компромисс, который предлагает высокую безопасность без зависимости от централизованных координаторов. Для других технология блокчейн имеет врожденные ограничения. Критики утверждают, что проблемы масштабируемости в конечном итоге помешают ее массовому принятию.

Здесь вступает в игру совершенно другая архитектура, которую некоторые считают будущим платежных сетей в криптовалютах: Ориентированные ациклические графы (DAG, по их английским сокращениям).

Что такое DAG?

DAG представляет собой структуру данных, fundamentally отличающуюся от блокчейна. Чтобы понять этот технически сложный концепт, давайте разложим его компоненты:

• График: Структура, состоящая из вершин (узлов) и рёбер (соединений между ними)
• Направлено: Соединения имеют конкретное направление, обозначенное стрелками
• Ациклический: Вершины не образуют циклы сами по себе; если вы будете следовать графику от любой точки, вы никогда не вернётесь в эту же точку.

Визуально DAG напоминает сеть interconnected точек, соединенных направленными линиями, формируя структуру, которая всегда движется вперед, не возвращаясь назад.

Эти структуры данных широко используются в различных научных и медицинских областях для моделирования отношений между переменными и определения их взаимных воздействий. Например, они могут анализировать связь между такими факторами, как питание, режим сна и физические симптомы, чтобы установить корреляции у пациента.

В контексте криптовалют DAG предлагают революционный подход к достижению консенсуса в распределенных сетях.

Механизм работы DAG в криптовалютах

В криптовалюте на основе DAG каждая вершина представляет собой отдельную транзакцию. Эта система полностью устраняет концепцию "блока" и, следовательно, необходимость в майнинге для расширения базы данных. Вместо того чтобы группировать транзакции в блоки, каждая новая транзакция строится непосредственно на основе предыдущих.

Тем не менее, когда узел отправляет транзакцию, он выполняет небольшую операцию доказательства работы. Эта операция выполняет две ключевые функции:

1. Предотвращение загрязнения сети
2. Проверить предыдущие транзакции

Чтобы новая транзакция была принята, она должна ссылаться на предыдущие транзакции. Например, когда Алиса создает транзакцию, она должна ссылаться на неподтвержденные предыдущие транзакции. Это механизм, похожий на то, как блок в Биткойне ссылается на предыдущий, но с несколькими одновременными ссылками.

В некоторых системах DAG, таких как IOTA Tangle, алгоритм выбирает "чаевые" (неконфирмированные транзакции), на основе которых должна быть построена новая транзакция. Чаевые с наибольшей вероятностью выбора — это те, которые имеют больший "накопленный вес" — метрика, измеряющая количество подтверждений в цепочке транзакций.

Когда Алиса ссылается на эти ожидающие транзакции, она автоматически их подтверждает. Ее собственная транзакция теперь остается в ожидании, пока другой пользователь не сделает на нее ссылку, создавая систему непрерывной валидации.

Управление двойными расходами в системах DAG

В традиционных блокчейнах избежать двойных расходов относительно просто: узлы могут легко обнаружить, если одни и те же средства пытаются потратить дважды в блоке, отклоняя любой блок с конфликтующими транзакциями. У майнеров есть экономические стимулы действовать честно.

DAG реализует подобные механизмы, но адаптированные к его уникальной архитектуре. Когда узел подтверждает предыдущие транзакции, он оценивает полный маршрут до первой транзакции в DAG, проверяя, что у отправителя достаточно средств. Хотя могут существовать несколько маршрутов, необходимо проверить только один.

Если пользователь использует недействительный путь, его собственная транзакция рискует быть проигнорированной. Хотя его транзакция и является законной, если она основана на недействительном, другие узлы избегут следовать по этому пути.

Эта динамика ставит вопрос: могут ли существовать несколько несоединенных ветвей, где одни и те же средства расходуются на разных ветках? Действительно, такая возможность существует, но она решается с помощью алгоритма выбора, который предпочитает транзакции с большим накопленным весом. Со временем одна ветка значительно укрепляется по сравнению с другими, что приводит к оставлению более слабых.

Как и в блокчейнах, в DAG нет абсолютной цели. Теоретически, любую транзакцию можно отменить, хотя вероятность этого экспоненциально уменьшается с каждой дополнительной подтвержденной транзакцией. В Bitcoin рекомендуется ждать шести подтверждений, чтобы считать транзакцию безопасной. В DAG, таком как IOTA Tangle, существует концепция "доверия к подтверждению": алгоритм отбора выполняется несколько раз, например, 100(, чтобы вычислить, сколько раз транзакция была одобрена, прямо или косвенно.

Пользовательский опыт в сетях DAG

Несмотря на свою техническую сложность, криптовалюты на основе DAG могут предложить пользователям плавный опыт. Когда Алиса отправляет токены Бобу, ей не нужно беспокоиться о выборе правильных транзакций из графа. Ее цифровой кошелек автоматически выполняет эти операции:

1. Выбор транзакций с наибольшим накопленным весом
2. Проверка предыдущих транзакций для подтверждения достаточности остатков
3. Включение новой транзакции в DAG, подтверждая указанные транзакции

Для конечного пользователя этот процесс оказывается таким же простым, как и в любой другой криптовалюте: введите адрес получателя, укажите сумму и нажмите "Отправить". Техническая сложность скрыта за привычным интерфейсом.

Преимущества ориентированных ациклических графиков

) Экстраординарная скорость

Без ограничений, накладываемых временем блоков, пользователи могут мгновенно передавать и обрабатывать транзакции. Не существует теоретического лимита на объем транзакций, при условии, что каждая новая транзакция подтверждает предыдущие, создавая систему, которая масштабируется с использованием.

Отсутствие майнинга

DAG обычно не используют традиционные алгоритмы консенсуса PoW, что значительно снижает их углеродный след по сравнению с криптовалютами, которые зависят от интенсивной добычи для обеспечения своей блокчейн.

Транзакции без комиссии или с минимальной стоимостью

Отсутствие майнеров устраняет необходимость в комиссиях за транзакции. Хотя некоторые протоколы DAG требуют небольших сборов для определённых типов узлов, они значительно меньше, чем в традиционных блокчейнах. Эта особенность делает возможными микроплатежи, которые невозможны в сетях с высокими комиссиями.

Высокая масштабируемость

Без ограничений по времени блока, DAG могут обрабатывать объемы транзакций экспоненциально большие, чем в традиционных сетях блокчейна. Эта способность выгодно позиционирует их для применения в Интернете вещей ###IoT(, где бесчисленные устройства будут постоянно обмениваться данными и ценностью.

Проблемы и ограничения DAG

) Частичная децентрализация

Большинство протоколов на основе DAG включают элементы централизации. Хотя некоторые разработчики считают эти решения временными для инициализации сети, еще предстоит доказать, могут ли DAG процветать без централизованного вмешательства. Эта зависимость может выявить уязвимости, которые поставят под угрозу безопасность сети.

Непроверенная технология в большом масштабе

Хотя криптовалюты на основе DAG существуют уже много лет, их массовое внедрение по-прежнему ограничено. Эта нехватка масштабной реализации затрудняет прогнозирование того, какие стимулы поддержат операционную систему в долгосрочной перспективе и как она будет реагировать на сложные атаки или неблагоприятные условия сети.

DAG против Blockchain: Сравнительный анализ

| Характеристика | Блокчейн | DAG | |----------------|------------|-----| | Структура | Линейно цепочечные блоки | Взаимосвязанная сеть транзакций | | Подтверждения | Каждые 10 минут ###Bitcoin( или секунды )другие( | Потенциально мгновенные | | Масштабируемость | Ограничена размером блока и временем | Увеличивается с числом пользователей | | Комиссии | Необходимы для приоритизации транзакций | Минимальные или отсутствуют | | Энергопотребление | Обычно высокое )PoW( | Значительно ниже | | Проверенная безопасность | Высокая, проверенная более десяти лет | Умеренная, меньше времени в производстве | | Децентрализация | Полная в зрелых сетях | Частичная, с централизованными элементами |

Выдающиеся проекты, использующие технологию DAG

Технология DAG вдохновила различные инновационные проекты, каждый из которых имеет уникальные подходы:

IOTA: Специально разработан для экосистемы IoT, использует DAG под названием "Tangle". Его цель - облегчить транзакции между устройствами с минимальными затратами и высокой масштабируемостью.

Nano: Ранее известный как RaiBlocks, реализует структуру DAG под названием "Block-lattice", где каждый аккаунт имеет свою собственную цепочку. Выделяется почти мгновенной скоростью транзакций и отсутствием комиссий.

Hedera Hashgraph: Хотя она технически использует разновидность DAG под названием Hashgraph, она предлагает высокую безопасность и энергоэффективность, с приложениями в различных бизнес-секторах.

Будущее потенциал DAG в криптоэкосистеме

Направленные ациклические графы представляют собой значительную инновацию в мире криптовалют. Если они смогут преодолеть свои текущие ограничения, это может способствовать созданию чрезвычайно масштабируемых экосистем с практическими приложениями в различных секторах.

Настоящий потенциал DAG может проявиться в областях, требующих высокой производительности и минимальных комиссий, таких как:

• Интернет вещей )IoT(, облегчая связь между умными устройствами
• Системы микроплатежей для цифрового контента и услуг
• Платежные инфраструктуры в развивающихся странах с потребностями в финансовой инклюзии
• Децентрализованные приложения )dApps( с высоким объемом транзакций

Эволюция этой технологии будет зависеть от ее способности поддерживать безопасность при увеличении децентрализации, что является балансом, который следующие поколения протоколов DAG должны будут усовершенствовать.

Технические соображения для разработчиков

Для разработчиков, заинтересованных в построении на архитектурах DAG, существуют специфические технические соображения:

• Модели консенсуса значительно отличаются от традиционных блокчейнов
• Системы валидации требуют различных математических подходов
• Структуры данных нуждаются в оптимизации для работы со сложными графами
• Антиспам-механизмы должны адаптироваться к особенностям DAG

Эти фундаментальные различия означают, что опыт в разработке блокчейна не всегда напрямую переносится на разработку в DAG, требуя переобучения принципам и шаблонам.

Заключение

Ориентированные ациклические графы представляют собой увлекательную альтернативу традиционной технологии блокчейн. Их уникальная архитектура обещает решить несколько критических проблем, с которыми сталкиваются современные криптовалюты, особенно в терминах масштабируемости, комиссий и энергетической эффективности.

Хотя в настоящее время существует относительно немного проектов, реализующих эту структуру данных, ее потенциал для стимулирования высокомасштабируемых экосистем неоспорим. Технология DAG может трансформировать сектора, которые требуют высокопроизводительных транзакций без комиссий, такие как Интернет вещей и системы микроплатежей.

Тем не менее, как и любая новая технология, DAG сталкиваются с важными техническими и приемлемыми вызовами, которые необходимо преодолеть, прежде чем они достигнут своего полного потенциала. Баланс между децентрализацией, безопасностью и производительностью в конечном итоге определит успех этого инновационного подхода в экосистеме криптовалют.