Các Đồ Thị Vô Hướng Chỉ Hướng (DAG) trong Tiền Điện Tử: Một Sự Thay Thế Cách Mạng

Giới thiệu về DAG trong hệ sinh thái tiền điện tử

Khi nghĩ đến tiền điện tử, các thuật ngữ "blockchain" hoặc "sổ cái phân tán" thường là những điều đầu tiên xuất hiện trong tâm trí. Kể từ khi Bitcoin ra mắt, hệ sinh thái đã phát triển với hàng trăm loại tiền điện tử, hầu hết dựa trên các kiến trúc mạng tương tự cho phép chuyển giao giá trị và tương tác với các ứng dụng phi tập trung.

Trong một blockchain truyền thống, các khối được thêm vào định kỳ vào một chuỗi đang mở rộng, với mỗi khối được kết nối với khối trước đó thông qua các liên kết mật mã (cụ thể là, các hàm băm). Các khối này chứa các giao dịch gần đây được truyền bởi người dùng.

Tuy nhiên, hệ thống này có nghĩa là có thời gian chờ giữa việc phát hành một giao dịch và việc nó được đưa vào một khối. Nó có thể so sánh với việc chờ một chuyến tàu: tùy thuộc vào kích thước của các toa (kích thước khối) và số lượng người đang chờ (giao dịch đang chờ xử lý), bạn có thể phải chờ vài chuyến tàu. Thời gian xác nhận có thể dao động từ vài giây đến vài giờ.

Đối với nhiều người dùng và nhà phát triển, kiến trúc này đại diện cho một cam kết thông minh, cung cấp độ bảo mật cao mà không phụ thuộc vào các điều phối viên tập trung. Đối với những người khác, công nghệ blockchain có những hạn chế vốn có. Các nhà phê bình cho rằng những vấn đề về khả năng mở rộng cuối cùng sẽ cản trở việc áp dụng rộng rãi của nó.

Đây là nơi mà một kiến trúc hoàn toàn khác mà một số người coi là tương lai của các mạng thanh toán trong tiền điện tử: Đồ thị không chu kỳ có hướng (DAG, viết tắt bằng tiếng Anh ).

DAG chính xác là gì?

Một DAG là một cấu trúc dữ liệu khác biệt về cơ bản so với blockchain. Để hiểu khái niệm kỹ thuật phức tạp này, chúng ta hãy phân tích các thành phần của nó:

• Đồ thị: Một cấu trúc gồm các đỉnh (nút) và các cạnh (kết nối giữa chúng)
• Được hướng dẫn: Các kết nối có một hướng cụ thể, được chỉ định bằng mũi tên
• Acíclico: Các đỉnh không tạo thành vòng lặp; nếu bạn theo dõi đồ thị từ bất kỳ điểm nào, bạn sẽ không bao giờ quay trở lại điểm đó.

Về mặt trực quan, một DAG giống như một mạng lưới các điểm được kết nối bằng các đường hướng, tạo thành một cấu trúc luôn tiến về phía trước mà không quay lại.

Các cấu trúc dữ liệu này được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học và y tế để mô hình hóa mối quan hệ giữa các biến và xác định tác động lẫn nhau của chúng. Ví dụ, chúng có thể phân tích mối liên hệ giữa các yếu tố như dinh dưỡng, thói quen giấc ngủ và triệu chứng thể chất để thiết lập các mối tương quan ở một bệnh nhân.

Trong bối cảnh tiền điện tử, DAG cung cấp một cách tiếp cận cách mạng để đạt được sự đồng thuận trong các mạng phân tán.

Cơ chế hoạt động của DAG trong tiền điện tử

Trong một loại tiền điện tử dựa trên DAG, mỗi đỉnh đại diện cho một giao dịch cá nhân. Hệ thống này hoàn toàn loại bỏ khái niệm "khối" và do đó, không cần khai thác để mở rộng cơ sở dữ liệu. Thay vì nhóm các giao dịch thành các khối, mỗi giao dịch mới được xây dựng trực tiếp trên các giao dịch trước đó.

Tuy nhiên, khi một nút gửi giao dịch, nó thực hiện một phép toán nhỏ để thử nghiệm công việc. Phép toán này thực hiện hai chức năng quan trọng:

1. Ngăn ngừa ô nhiễm mạng
2. Xác thực giao dịch trước đó

Để một giao dịch mới được chấp nhận, nó phải tham chiếu đến các giao dịch trước đó. Ví dụ, khi Alice tạo một giao dịch, cô ấy phải tham chiếu đến các giao dịch chưa được xác nhận trước đó. Đây là một cơ chế tương tự như cách một khối trong Bitcoin tham chiếu đến khối trước, nhưng với nhiều tham chiếu đồng thời.

Trong một số hệ thống DAG, như IOTA Tangle, một thuật toán chọn "tiền boa" (các giao dịch chưa được xác nhận) mà từ đó một giao dịch mới sẽ được xây dựng. Các tiền boa có khả năng được chọn cao nhất là những tiền boa có "trọng số tích lũy" cao nhất — một chỉ số đo lường số lượng xác nhận trong chuỗi giao dịch.

Khi Alice tham chiếu những giao dịch đang chờ này, cô ấy tự động xác nhận chúng. Giao dịch của riêng cô ấy giờ đây vẫn đang chờ cho đến khi người dùng khác tham chiếu nó, tạo ra một hệ thống xác thực liên tục.

Quản lý chi tiêu gấp đôi trong hệ thống DAG

Trong các blockchain truyền thống, việc ngăn chặn chi tiêu gấp đôi là tương đối đơn giản: các nút có thể dễ dàng phát hiện nếu cùng một quỹ được cố gắng chi tiêu hai lần trong một khối, từ chối bất kỳ khối nào có giao dịch xung đột. Các thợ mỏ có động lực kinh tế để hành động trung thực.

Các DAG triển khai các cơ chế tương tự nhưng được điều chỉnh cho kiến trúc độc đáo của chúng. Khi một nút xác nhận các giao dịch trước đó, nó đánh giá một lộ trình hoàn chỉnh đến giao dịch đầu tiên trong DAG, xác minh rằng người gửi có đủ số dư. Mặc dù có thể tồn tại nhiều lộ trình, chỉ cần xác minh một lộ trình.

Nếu một người dùng sử dụng một lộ trình không hợp lệ, giao dịch của chính họ sẽ có nguy cơ bị bỏ qua. Mặc dù giao dịch của họ là hợp pháp, nếu nó dựa trên một lộ trình không hợp lệ, các nút khác sẽ tránh đi theo con đường đó.

Động lực này đặt ra một câu hỏi: liệu có thể tồn tại nhiều nhánh không kết nối nơi cùng một quỹ được chi cho các nhánh khác nhau không? Thực sự, khả năng này tồn tại, nhưng nó được giải quyết thông qua một thuật toán chọn lọc ưu tiên các giao dịch có trọng số tích lũy cao hơn. Theo thời gian, một nhánh trở nên mạnh mẽ hơn đáng kể so với các nhánh khác, dẫn đến việc bỏ rơi các nhánh yếu hơn.

Cũng giống như trong blockchain, không có mục đích tuyệt đối trong DAG. Về lý thuyết, bất kỳ giao dịch nào cũng có thể bị đảo ngược, mặc dù xác suất giảm theo cấp số nhân với mỗi xác nhận bổ sung. Trong Bitcoin, người ta khuyên nên chờ đợi sáu xác nhận để xem giao dịch là an toàn. Trong một DAG như IOTA Tangle, có khái niệm "độ tin cậy của xác nhận": thuật toán lựa chọn được thực hiện nhiều lần ( ví dụ, 100) để tính toán tỷ lệ phần trăm giao dịch đã được phê duyệt, trực tiếp hoặc gián tiếp.

Trải nghiệm người dùng trên mạng DAG

Mặc dù có độ phức tạp kỹ thuật, các loại tiền điện tử dựa trên DAG có thể mang lại trải nghiệm người dùng mượt mà. Khi Alice gửi token cho Bob, cô ấy không cần phải lo lắng về việc chọn các giao dịch đúng từ đồ thị. Ví điện tử của cô ấy tự động thực hiện những giao dịch này:

1. Lựa chọn các giao dịch có trọng số tích lũy lớn nhất
2. Xác minh các giao dịch trước đó để xác nhận số dư đủ
3. Kết hợp giao dịch mới vào DAG, xác nhận các giao dịch được tham chiếu

Đối với người dùng cuối, quy trình này đơn giản như bất kỳ loại tiền điện tử nào khác: nhập địa chỉ người nhận, chỉ định số tiền và nhấn "Gửi". Sự phức tạp kỹ thuật ẩn sau một giao diện quen thuộc.

Lợi ích của Đồ thị Chỉ hướng Không chu trình

Tốc độ phi thường

Không có các hạn chế do thời gian khối áp đặt, người dùng có thể truyền tải và xử lý các giao dịch ngay lập tức. Không có giới hạn lý thuyết cho khối lượng giao dịch, miễn là mỗi giao dịch mới xác nhận các giao dịch trước đó, tạo ra một hệ thống có khả năng mở rộng với việc sử dụng.

Thiếu khai thác

DAG thường không sử dụng các thuật toán đồng thuận PoW truyền thống, điều này làm giảm đáng kể dấu chân carbon của chúng so với các loại tiền điện tử phụ thuộc vào việc khai thác tốn năng lượng để bảo mật blockchain của chúng.

Giao dịch không có phí hoặc phí tối thiểu

Sự vắng mặt của thợ đào loại bỏ nhu cầu về phí giao dịch. Mặc dù một số giao thức DAG yêu cầu các khoản phí nhỏ cho một số loại nút, nhưng chúng thấp hơn nhiều so với trong các blockchain truyền thống. Tính năng này cho phép các khoản thanh toán vi mô, không khả thi trong các mạng có phí cao.

Khả năng mở rộng vượt trội

Không có hạn chế về thời gian khối, các DAG có thể xử lý khối lượng giao dịch lớn hơn nhiều so với các mạng blockchain truyền thống. Khả năng này giúp chúng có vị trí thuận lợi cho các ứng dụng trong Internet of Things (IoT), nơi vô số thiết bị sẽ liên tục trao đổi dữ liệu và giá trị.

Thách thức và hạn chế của DAG

Phân quyền một phần

Hầu hết các giao thức dựa trên DAG đều tích hợp các yếu tố tập trung. Mặc dù một số nhà phát triển coi những giải pháp này là tạm thời để khởi động mạng, vẫn còn phải chứng minh liệu các DAG có thể phát triển mà không cần can thiệp tập trung hay không. Sự phụ thuộc này có thể bộc lộ những điểm yếu gây tổn hại đến sự an toàn của mạng.

Công nghệ chưa được thử nghiệm quy mô lớn

Mặc dù các loại tiền điện tử dựa trên DAG đã tồn tại trong nhiều năm, nhưng việc áp dụng đại trà của chúng vẫn còn hạn chế. Sự thiếu hụt triển khai quy mô lớn này làm khó khăn cho việc dự đoán các động lực nào sẽ duy trì hệ thống hoạt động lâu dài và cách mà chúng sẽ phản ứng trước các cuộc tấn công tinh vi hoặc điều kiện mạng bất lợi.

DAG vs Blockchain: Phân tích so sánh

| Tính năng | Blockchain | DAG | |----------------|------------|-----| | Cấu trúc | Các khối được liên kết theo tuyến tính | Mạng liên kết của các giao dịch | | Xác nhận | Mỗi 10 phút (Bitcoin) hoặc giây (khác) | Tiềm năng tức thì | | Khả năng mở rộng | Giới hạn bởi kích thước khối và thời gian | Tăng theo số lượng người dùng | | Phí | Cần thiết để ưu tiên giao dịch | Tối thiểu hoặc không có | | Tiêu thụ năng lượng | Thường cao (PoW) | Thấp hơn đáng kể | | Bảo mật đã được kiểm chứng | Cao, đã được xác minh trong hơn một thập kỷ | Trung bình, ít thời gian trong sản xuất | | Phi tập trung | Hoàn toàn trong các mạng trưởng thành | Một phần, với các yếu tố tập trung |

Các dự án nổi bật sử dụng công nghệ DAG

Công nghệ DAG đã truyền cảm hứng cho nhiều dự án sáng tạo, mỗi dự án có những cách tiếp cận độc đáo:

IOTA: Được phát triển đặc biệt cho hệ sinh thái IoT, sử dụng một DAG gọi là "Tangle". Mục tiêu của nó là tạo điều kiện cho các giao dịch giữa các thiết bị với chi phí tối thiểu và khả năng mở rộng cao.

Nano: Trước đây được biết đến với tên gọi RaiBlocks, triển khai một cấu trúc DAG gọi là "Block-lattice" nơi mỗi tài khoản có chuỗi riêng của nó. Nổi bật với tốc độ giao dịch gần như tức thì và không có phí.

Hedera Hashgraph: Mặc dù về mặt kỹ thuật sử dụng một biến thể của DAG gọi là Hashgraph, nó cung cấp độ bảo mật cao và hiệu quả năng lượng, với các ứng dụng trong nhiều lĩnh vực kinh doanh.

Tiềm năng tương lai của DAG trong hệ sinh thái tiền điện tử

Các Đồ Thị Có Hướng Vô Chu kỳ đại diện cho một sự đổi mới quan trọng trong bối cảnh của tiền điện tử. Nếu họ vượt qua được những hạn chế hiện tại, chúng có thể thúc đẩy các hệ sinh thái cực kỳ có khả năng mở rộng với các ứng dụng thực tiễn trong nhiều lĩnh vực.

Tiềm năng thực sự của DAG có thể được thể hiện trong các lĩnh vực yêu cầu hiệu suất cao và phí tối thiểu, như:

• Internet of Things (IoT), tạo điều kiện giao tiếp giữa các thiết bị thông minh
• Hệ thống vi thanh toán cho nội dung kỹ thuật số và dịch vụ
• Hạ tầng thanh toán tại các quốc gia đang phát triển có nhu cầu bao gồm tài chính
• Ứng dụng phi tập trung (dApps) với khối lượng giao dịch cao

Sự phát triển của công nghệ này sẽ phụ thuộc vào khả năng duy trì an ninh trong khi tăng cường sự phi tập trung, một sự cân bằng mà các thế hệ giao thức DAG sắp tới sẽ phải hoàn thiện.

Xem xét kỹ thuật cho các nhà phát triển

Đối với các nhà phát triển quan tâm đến việc xây dựng trên các kiến trúc DAG, có những cân nhắc kỹ thuật cụ thể:

• Các mô hình đồng thuận khác biệt đáng kể so với các blockchain truyền thống
• Các hệ thống xác thực yêu cầu những cách tiếp cận toán học khác nhau
• Các cấu trúc dữ liệu cần được tối ưu hóa để xử lý các đồ thị phức tạp
• Các cơ chế chống spam phải thích ứng với các đặc điểm của DAG

Những khác biệt cơ bản này có nghĩa là kinh nghiệm phát triển blockchain không phải lúc nào cũng được chuyển giao trực tiếp sang phát triển trong DAG, đòi hỏi một quá trình học lại các nguyên tắc và mẫu hình.

Kết luận

Đồ thị vô hướng có định hướng (DAG) đại diện cho một lựa chọn hấp dẫn cho công nghệ blockchain truyền thống. Kiến trúc độc đáo của nó hứa hẹn sẽ giải quyết nhiều thách thức quan trọng mà các loại tiền điện tử hiện tại đang phải đối mặt, đặc biệt là về khả năng mở rộng, phí giao dịch và hiệu quả năng lượng.

Mặc dù hiện tại có tương đối ít dự án triển khai cấu trúc dữ liệu này, nhưng tiềm năng của nó để thúc đẩy các hệ sinh thái có khả năng mở rộng cao là không thể phủ nhận. Công nghệ DAG có thể biến đổi các lĩnh vực cần giao dịch hiệu suất cao mà không có phí, chẳng hạn như Internet of Things và các hệ thống micropayments.

Tuy nhiên, như mọi công nghệ mới nổi, các DAG phải đối mặt với những thách thức kỹ thuật và sự chấp nhận quan trọng mà họ phải vượt qua trước khi đạt được tiềm năng đầy đủ của mình. Sự cân bằng giữa phân quyền, an ninh và hiệu suất sẽ quyết định cuối cùng sự thành công của cách tiếp cận đổi mới này trong hệ sinh thái tiền điện tử.