الرسم البياني غير الدوري الموجه

الرسم البياني الموجه غير الدوري (Directed Acyclic Graph - DAG) هو بنية بيانات مبتكرة في قطاع البلوكشين، تتيح معالجة وتأكيد عدة عقد (معاملات أو أحداث) في وقت واحد بشكل متوازٍ، دون الحاجة لتجميع المعاملات ضمن كتل كما في شبكات البلوكشين التقليدية. في نظام DAG، تستطيع كل معاملة جديدة أن تتحقق مباشرة أو بشكل غير مباشر من معاملات سابقة متعددة، مما يشكل شبكة موجهة بلا دورات. هذا النهج يمكّن الأنظمة من تحقيق إنتاجية أعلى وزمن استجابة أقل، ليصبح مناسبًا بشكل خاص للتطبيقات التي تتطلب معالجة سريعة لأحجام ضخمة من المعاملات. وقد اعتمدت مشاريع مثل IOTA و Hedera Hashgraph تقنية DAG كحل رائد لمشكلات قابلية التوسع في البلوكشين.

الخلفية: أصل الرسم البياني الموجه غير الدوري

ينحدر مفهوم الرسم البياني الموجه غير الدوري من مجالي علوم الحاسب والرياضيات، حيث استُخدم بداية لتمثيل علاقات الاعتمادية وجدولة المهام. في قطاع العملات الرقمية، ظهرت تطبيقات DAG منذ عام 2015، عندما واجهت تقنية البلوكشين تحديات حادة في قابلية التوسع، مثل بطء تأكيد المعاملات وارتفاع الرسوم.

اقتُرح الرسم البياني الموجه غير الدوري كحل بديل للبلوكشين، لتجاوز القيود الهيكلية الخطية للأنظمة التقليدية. كان Tangle الخاص بـ IOTA، الذي تم تدشينه عام 2016، من أولى أنظمة DAG المطبقة فعليًا، وتبعتها مشاريع مثل Byteball (الذي أصبح Obyte) و Hedera Hashgraph التي تبنت فلسفات تصميم مماثلة.

ومع تصاعد الطلب على تطبيقات إنترنت الأشياء (IoT) والمدفوعات الصغيرة، دفعت الحاجة إلى معاملات عالية الإنتاجية وقليلة الكمون إلى المزيد من تطوير وتحسين تقنية DAG، لتصبح اتجاهاً استكشافياً محورياً لحل معضلة البلوكشين الثلاثية (الأمان، اللامركزية، قابلية التوسع).

آلية العمل: كيف يعمل الرسم البياني الموجه غير الدوري

تتميز آلية عمل الرسم البياني الموجه غير الدوري باختلاف جوهري عن البلوكشين التقليدي:

1. نموذج تحقق المعاملات: في أنظمة DAG، تكون المعاملات الجديدة مطالبة بالتحقق المباشر من معاملتين أو أكثر سابقتين، مما يخلق شبكة تحقق متماسكة. في هذا النموذج، يعمل كل مشارك كمُرسل ومُحقق للمعاملات في الوقت ذاته.

2. تحقيق الإجماع: تعتمد أنظمة DAG غالباً على آليات تراكم الوزن، حيث تتزايد درجة تأكيد المعاملة تدريجياً مع كل تحقق مباشر أو غير مباشر من معاملات لاحقة. وتستخدم بعض الأنظمة خوارزميات مثل "خوارزمية المشي بالوزن" (Weight-Walking Algorithm) لتحديد الحالة النهائية للمعاملات.

3. بنية تخزين البيانات: لا تعتمد DAG على الكتل، بل تضاف كل معاملة كعقدة مستقلة ضمن الشبكة، وترتبط العقد عبر حواف موجهة تمثل علاقات التحقق، ويُضمن عدم وجود دورات بشكل صارم.

4. حل التفرعات: عند وقوع معاملات متعارضة (مثل الإنفاق المزدوج)، غالباً ما تلجأ أنظمة DAG إلى الوزن التراكمي أو العقد الموثوقة (مثل منسق IOTA) لحل التفرعات وتحديد المسار الرئيسي للشبكة.

5. منع الهجمات: لمنع السلوكيات الضارة، تشترط العديد من تطبيقات DAG على مرسلي المعاملات إتمام إثبات عمل بسيط أو استخدام آليات تحقق أخرى لضمان أمان الشبكة.

في حالات النشاط المرتفع، يمكن لبنية DAG نظرياً تحقيق قابلية توسع شبه غير محدودة، حيث تزداد الطاقة الاستيعابية مع ارتفاع نشاط الشبكة.

ما هي المخاطر والتحديات المتعلقة بالرسم البياني الموجه غير الدوري؟

رغم الإمكانات الكبيرة التي تبديها في حل مشكلات قابلية التوسع، تواجه الرسوم البيانية الموجهة غير الدورية مجموعة من المخاطر والتحديات الفريدة:

1. مخاطر الأمان: في فترات انخفاض نشاط الشبكة، قد تكون أنظمة DAG عرضة لهجمات 51%، بسبب قلة عدد المحققين وسهولة تراكم الوزن الكافي من قبل المهاجمين للتأثير على النظام.

2. نزعة المركزية: لمعالجة مشاكل الأمان أثناء فترات النشاط المنخفض، اعتمدت العديد من مشاريع DAG مكونات مركزية (مثل منسق IOTA)، مما يتعارض مع مبدأ اللامركزية.

3. تعقيد آلية الإجماع: عادةً ما تكون خوارزميات الإجماع في DAG أكثر تعقيداً من نظيراتها في البلوكشين التقليدي، مما يصعّب التدقيق الأمني واكتشاف الثغرات.

4. نقص التحقق النظري الكافي: بينما خضعت تقنية البلوكشين لتجارب عملية واسعة لأكثر من عقد، لم يتم التأكد بالكامل من استقرار وأمان DAG على المدى الطويل في التطبيقات واسعة النطاق.

5. صعوبة التطوير: الأنظمة المبنية على DAG أقل ملاءمة للمطورين، إذ تفتقر للأدوات الناضجة والمعايير المعتمدة بشكل واسع، مما يرفع من صعوبة تطوير التطبيقات وبناء النظام البيئي.

6. غموض البيئة التنظيمية: باعتبارها بديلاً لتقنية البلوكشين، تواجه أنظمة DAG بيئة تنظيمية غير واضحة قد تؤثر على تطبيقاتها في القطاعات ذات المتطلبات التنظيمية العالية.

لا تزال تقنية الرسم البياني الموجه غير الدوري في طور التطوير، وتدفع هذه التحديات المجتمع باستمرار نحو الابتكار والتحسين.

يعد الرسم البياني الموجه غير الدوري، باعتباره بديلاً مبتكرًا لتقنية البلوكشين، اتجاهًا رئيسيًا في تطوير تقنيات السجلات الموزعة. إذ يتيح تجاوز القيود الهيكلية الخطية للبلوكشين التقليدي، ويقدم نموذجًا فعالًا لمعالجة المعاملات عالية الإنتاجية وقليلة الكمون. وعلى الرغم من استمرار التحديات المتعلقة بالأمان واللامركزية ونضج التقنية، تبرز قدراته الفريدة في المعالجة المتوازية كمزايا مهمة في سيناريوهات مثل إنترنت الأشياء، والمدفوعات الصغيرة، والتداول عالي التردد. ومع تقدم الأبحاث النظرية والتطبيقات العملية، قد تشكل أنظمة DAG علاقة تكاملية مع البلوكشين التقليدي في مجالات تطبيق محددة، وتساهم في تطور تقنيات السجلات الموزعة وتوسيع نطاق استخدامها.