Ациклічні спрямовані графи (DAG) у криптовалютах: революційна альтернатива

Вступ до DAG у криптоекосистемі

Коли ми думаємо про криптовалюти, терміни "блокчейн" або "розподілений реєстр" зазвичай є першими, що спадають на думку. З моменту запуску Bitcoin екосистема еволюціонувала з сотнями криптовалют, більшість з яких базуються на подібних архітектурах мережі, які дозволяють передачу вартості та взаємодію з децентралізованими додатками.

У традиційній блокчейн-технології блоки періодично додаються до розширювальної ланцюга, при цьому кожен блок з'єднаний з попереднім за допомогою криптографічних зв'язків (зокрема, хеш-функцій). Ці блоки містять останні транзакції, передані користувачами.

Однак ця система передбачає час очікування між випуском транзакції та її включенням до блоку. Це можна порівняти з очікуванням поїзда: в залежності від розміру вагонів (розміру блоку) та кількості людей, що чекають (очікуваних транзакцій), можливо, тобі доведеться чекати кілька поїздів. Час підтвердження може варіюватися від секунд до годин.

Для багатьох користувачів та розробників ця архітектура є розумним компромісом, що забезпечує високу безпеку без залежності від централізованих координаторів. Для інших технологія блокчейн має вроджені обмеження. Критики стверджують, що проблеми масштабованості врешті-решт заважатимуть її масовому впровадженню.

Це те місце, де з'являється зовсім інша архітектура, яку деякі вважають майбутнім мереж платіжних криптовалют: DAG (DAG, за його англійською абревіатурою).

Що таке DAG?

DAG є структурою даних, яка принципово відрізняється від блокчейну. Щоб зрозуміти це технічно складне поняття, розгляньмо його компоненти:

• Графік: Структура, що складається з вершин (вузлів) та ребер (з'єднань між ними)
• Спрямування: З'єднання мають певний напрямок, вказаний стрілками
• Ациклічний: Вершини не формують петель самі на собі; якщо ви будете слідувати графіку з будь-якої точки, ви ніколи не повернетесь до цієї ж точки.

Візуально DAG нагадує мережу точок, з'єднаних напрямленими лініями, формуючи структуру, яка завжди рухається вперед, не повертаючись назад.

Ці структури даних широко використовуються в різних наукових та медичних сферах для моделювання відносин між змінними та визначення їх взаємного впливу. Наприклад, вони можуть аналізувати зв'язок між такими факторами, як харчування, патерни сну та фізичні симптоми, щоб встановити кореляції у пацієнта.

У контексті криптовалют DAG пропонують революційний підхід для досягнення консенсусу в розподілених мережах.

Механізм роботи DAG в криптовалютах

У криптовалюті, основаній на DAG, кожна вершина представляє окрему транзакцію. Ця система повністю усуває концепцію "блоку" і, відповідно, потребу в майнінгу для розширення бази даних. Замість того, щоб групувати транзакції в блоки, кожна нова транзакція будується безпосередньо на інших попередніх.

Проте, коли вузол надсилає транзакцію, він виконує невелику операцію доказу роботи. Ця операція виконує дві ключові функції:

1. Запобігання забрудненню мережі
2. Підтвердити попередні транзакції

Щоб нова транзакція була прийнята, вона повинна посилатися на попередні транзакції. Наприклад, коли Аліса створює транзакцію, вона повинна посилатися на непідтверджені попередні транзакції. Це механізм, схожий на те, як блок у Bitcoin посилається на попередній, але з багатьма одночасними посиланнями.

У деяких системах DAG, таких як IOTA Tangle, алгоритм обирає "чайові" (неконференційні транзакції), на основі яких має бути побудована нова транзакція. Чайові з найбільшою ймовірністю вибору — це ті, що мають найбільшу "накопичену вагу" — метрика, яка вимірює кількість підтверджень у ланцюгу транзакцій.

Коли Аліса посилається на ці незавершені транзакції, вона автоматично їх підтверджує. Її власна транзакція тепер залишається незавершеною, поки інший користувач не надасть на неї посилання, створюючи систему безперервної валідації.

Управління подвійними витратами в системах DAG

У традиційних блокчейнах уникати подвоєння витрат відносно просто: вузли можуть легко виявити, якщо ті самі кошти намагаються витратити двічі в блоці, відхиляючи будь-який блок з конфліктуючими транзакціями. Майнери мають економічні стимули діяти чесно.

DAG реалізують механізми, подібні, але адаптовані до їхньої унікальної архітектури. Коли вузол підтверджує попередні транзакції, він оцінює повний шлях до першої транзакції в DAG, перевіряючи, що відправник має достатній баланс. Хоча можуть існувати кілька шляхів, потрібно перевірити лише один.

Якщо користувач використовує недійсний маршрут, його власна транзакція ризикує бути проігнорованою. Хоча його транзакція є легітимною, якщо вона базується на недійсному, інші вузли уникатимуть слідувати цим шляхом.

Ця динаміка ставить запитання: чи не можуть існувати численні відгалуження, які не з'єднані, де ті ж самі кошти витрачаються на різних гілках? Дійсно, ця можливість існує, але вона вирішується за допомогою алгоритму вибору, який віддає перевагу транзакціям з більшою накопиченою вагою. З часом одна гілка значно зміцнюється більше, ніж інші, викликаючи залишення більш слабких.

Як і в блокчейнах, у DAG немає абсолютної мети. Теоретично, будь-яку транзакцію можна скасувати, хоча ймовірність цього експоненційно зменшується з кожним додатковим підтвердженням. У Bitcoin рекомендується чекати шість підтверджень, щоб вважати транзакцію безпечною. У DAG, як IOTA Tangle, існує концепція "довіри до підтвердження": алгоритм вибору виконується кілька разів (, наприклад, 100), щоб обчислити, який відсоток разів транзакцію було схвалено, прямо чи опосередковано.

Досвід користувача в мережах DAG

Попри свою технічну складність, криптовалюти на основі DAG можуть забезпечити плавний користувацький досвід. Коли Аліса надсилає токени Бобу, їй не потрібно турбуватися про вибір правильних транзакцій з графа. Її цифровий гаманець автоматично виконує ці операції:

1. Вибір транзакцій з найбільшим накопиченим вагою
2. Перевірка попередніх транзакцій для підтвердження достатності залишків
3. Включення нової транзакції до DAG, підтверджуючи посилання на транзакції

Для кінцевого користувача цей процес є таким же простим, як і з будь-якою іншою криптовалютою: ввести адресу отримувача, вказати суму та натиснути "Відправити". Технічна складність прихована за знайомим інтерфейсом.

Переваги орієнтованих ациклічних графіків

Надзвичайна швидкість

Без обмежень, накладених часом блоків, користувачі можуть миттєво передавати та обробляти транзакції. Теоретично немає обмеження на обсяг транзакцій, якщо кожна нова транзакція підтверджує попередні, створюючи систему, що масштабується з використанням.

Відсутність майнінгу

DAG зазвичай не використовують традиційні алгоритми консенсусу PoW, що значно зменшує їх вуглецевий слід у порівнянні з криптовалютами, які покладаються на інтенсивну майнінг для забезпечення свого блокчейну.

Транзакції без комісій або з мінімальною вартістю

Відсутність майнерів усуває необхідність у комісіях за транзакції. Хоча деякі протоколи DAG вимагають невеликих зборів для певних типів вузлів, ці збори значно менші, ніж у традиційних блокчейнах. Ця особливість робить можливими мікроплатежі, які є недоступними в мережах з високими комісіями.

Вища масштабованість

Без обмежень часу блоку, DAG можуть обробляти обсяги транзакцій експоненційно більші, ніж традиційні блокчейн-мережі. Ця можливість вигідно позиціонує їх для застосувань в Інтернеті Речей (IoT), де безліч пристроїв постійно обмінюватимуться даними та цінностями.

Виклики та обмеження DAG

Часткова децентралізація

Більшість протоколів на базі DAG містять елементи централізації. Хоча деякі розробники вважають ці рішення тимчасовими для ініціалізації мережі, залишається довести, чи можуть DAG процвітати без централізованого втручання. Ця залежність може піддати вразливостям, які ставлять під загрозу безпеку мережі.

Технологія не протестована в великому масштабі

Хоча криптовалюти на основі DAG існують вже багато років, їх масове впровадження залишається обмеженим. Ця відсутність великомасштабної реалізації ускладнює прогнозування, які стимули підтримуватимуть операційну систему в довгостроковій перспективі та як вона реагуватиме на складні атаки або несприятливі умови мережі.

DAG проти блокчейну: Порівняльний аналіз

| Характеристика | Блокчейн | DAG | |----------------|------------|-----| | Структура | Лінійно зв'язані блоки | Взаємопов'язана мережа транзакцій | | Підтвердження | Кожні 10 хвилин (Bitcoin) або секунди (інші) | Потенційно миттєві | | Масштабованість | Обмежена розміром блоку та часом | Зростає з кількістю користувачів | | Комісії | Необхідні для пріоритету транзакцій | Мінімальні або відсутні | | Споживання енергії | Загалом високе (PoW) | Значно менше | | Перевірена безпека | Висока, перевірена протягом більш ніж десятиліття | Помірна, менше часу в експлуатації | | Децентралізація | Повна в зрілих мережах | Часткова, з централізованими елементами |

Видатні проекти, які використовують технологію DAG

Технологія DAG надихнула на різні інноваційні проекти, кожен з яких має унікальні підходи:

IOTA: Розроблений спеціально для екосистеми IoT, використовує DAG, званий "Tangle". Його мета - полегшити транзакції між пристроями з мінімальними витратами та високою масштабованістю.

Nano: Раніше відомий як RaiBlocks, реалізує структуру DAG під назвою "Block-lattice", де кожен рахунок має свою власну ланцюг. Відзначається своєю швидкістю транзакцій майже миттєвою та відсутністю комісій.

Hedera Hashgraph: Хоча технічно використовує варіант DAG, званий Hashgraph, він пропонує високу безпеку та енергетичну ефективність, з застосуванням у різних секторах бізнесу.

Майбутній потенціал DAG в криптоекосистемі

Спрямовані ациклічні графи є значною інновацією в світі криптовалют. Якщо вони зможуть подолати свої поточні обмеження, це може сприяти створенню надзвичайно масштабованих екосистем з практичними застосуваннями в різних секторах.

Справжній потенціал DAG може проявитися в сферах, які потребують високої продуктивності та мінімальних комісій, таких як:

• Інтернет речей (IoT), що сприяє комунікації між розумними пристроями
• Системи мікроплатежів для цифрового контенту та послуг
• Платіжна інфраструктура в країнах, що розвиваються, з потребами в фінансовій інклюзії
• Децентралізовані програми (dApps) з високим обсягом транзакцій

Еволюція цієї технології залежатиме від її здатності підтримувати безпеку, одночасно підвищуючи децентралізацію, баланс, який наступні покоління протоколів DAG повинні вдосконалити.

Технічні міркування для розробників

Для розробників, зацікавлених у побудові на архітектурах DAG, існують специфічні технічні міркування:

• Моделі консенсусу суттєво відрізняються від традиційних блокчейнів
• Системи валідації вимагають різних математичних підходів
• Структури даних потребують оптимізації для обробки складних графів
• Антиспам-механізми повинні адаптуватися до особливостей DAG

Ці фундаментальні відмінності означають, що досвід у розробці блокчейн не завжди безпосередньо переноситься на розробку в DAG, що вимагає повторного навчання принципів і шаблонів.

Висновок

Директні ациклічні графіки є захоплюючою альтернативою традиційній технології блокчейн. Їх унікальна архітектура обіцяє вирішити кілька критичних проблем, з якими стикаються сучасні криптовалюти, зокрема в аспектах масштабованості, комісій та енергоефективності.

Хоча наразі існує відносно небагато проектів, що реалізують цю структуру даних, її потенціал для розвитку високошвидкісних екосистем є незаперечним. Технологія DAG може трансформувати сектори, які потребують транзакцій з високою продуктивністю без комісій, такі як Інтернет речей і системи мікроплатежів.

Однак, як і будь-яка нова технологія, DAG стикаються з важливими технічними та прийняттєвими викликами, які потрібно подолати, перш ніж вони досягнуть свого повного потенціалу. Баланс між децентралізацією, безпекою та продуктивністю врешті-решт визначить успіх цього інноваційного підходу в екосистемі криптовалют.