Grafo Acíclico Dirigido

O Directed Acyclic Graph (DAG) é uma estrutura de dados alternativa no setor blockchain que permite o processamento e confirmação paralelos de múltiplos nós (transações ou eventos), sem a necessidade de agrupar transações em blocos como nas blockchains convencionais. Num DAG, cada nova transação valida direta ou indiretamente várias transações anteriores, formando uma rede dirigida sem ciclos. Este modelo possibilita sistemas com maior capacidade de processamento e menor latência, sendo particularmente adequado para aplicações que exigem processamento rápido de grandes volumes de transações. Projetos como IOTA e Hedera Hashgraph adotaram a tecnologia DAG como solução inovadora para os desafios de escalabilidade das blockchains.

Enquadramento: Origem do Directed Acyclic Graph

O conceito de Directed Acyclic Graph surgiu nas áreas da informática e matemática, onde foi inicialmente utilizado como estrutura de dados para representar relações de dependência e agendamento de tarefas. No contexto das criptomoedas, as aplicações de DAG começaram em 2015, quando a tecnologia blockchain enfrentava obstáculos sérios de escalabilidade, incluindo confirmações lentas de transações e taxas elevadas.

O Directed Acyclic Graph foi proposto como alternativa à blockchain, visando superar os limites da estrutura linear tradicional. O Tangle da IOTA, lançado em 2016, foi um dos primeiros sistemas DAG implementados, seguido por projetos como Byteball (atualmente Obyte) e Hedera Hashgraph, que adotaram princípios de design semelhantes.

Com a crescente procura por cenários de Internet of Things (IoT) e micropagamentos, os requisitos de elevado throughput e baixa latência impulsionaram a evolução e otimização da tecnologia DAG, tornando-a uma aposta central na resolução do trilema da blockchain (segurança, descentralização e escalabilidade).

Mecanismo de Funcionamento: Como opera o Directed Acyclic Graph

O princípio de funcionamento de um Directed Acyclic Graph distingue-se de forma fundamental das blockchains tradicionais:

1. Modelo de Validação de Transações: Nos DAG, as transações recém-submetidas validam diretamente duas ou mais transações anteriores, formando uma rede de validação. Cada participante desempenha simultaneamente as funções de emissor e validador de transações.

2. Alcance de Consenso: Os sistemas DAG utilizam normalmente mecanismos de acumulação de peso, em que o grau de confirmação de uma transação aumenta progressivamente à medida que é validada por transações subsequentes, direta ou indiretamente. São utilizados métodos como o "Weight-Walking Algorithm" para determinar o estado final das transações.

3. Estrutura de Armazenamento de Dados: Os DAG não recorrem a blocos; cada transação é adicionada como nó independente à rede. Os nós conectam-se através de arestas dirigidas que representam relações de validação, assegurando que não se formam ciclos.

4. Resolução de Forks: Em caso de conflitos entre transações (por exemplo, double-spending), os sistemas DAG resolvem os forks utilizando peso acumulado ou nós confiáveis (como o Coordinator da IOTA) para selecionar o percurso principal da cadeia.

5. Prevenção de Ataques: Para mitigar comportamentos maliciosos, muitas implementações de DAG exigem que os emissores de transações realizem provas de trabalho simples ou utilizem outros mecanismos de validação para garantir a segurança do sistema.

Em situações de elevado tráfego, as estruturas DAG podem, teoricamente, atingir escalabilidade praticamente ilimitada, já que a capacidade de processamento aumenta proporcionalmente à atividade da rede.

Quais são os riscos e desafios do Directed Acyclic Graph?

Apesar do elevado potencial na resolução dos problemas de escalabilidade das blockchains, os Directed Acyclic Graphs enfrentam riscos e desafios específicos:

1. Questões de Segurança: Durante períodos de baixa atividade, os sistemas DAG podem ficar suscetíveis a ataques de 51 %, pois o número reduzido de validadores facilita aos atacantes a acumulação de peso suficiente para influenciar o sistema.

2. Tendência à Centralização: Para ultrapassar questões de segurança em períodos de baixa atividade, muitos projetos DAG implementaram componentes centralizados (como o Coordinator da IOTA), contrariando o princípio de descentralização.

3. Complexidade dos Algoritmos de Consenso: Os algoritmos de consenso dos DAG são, geralmente, mais complexos do que os das blockchains tradicionais, o que dificulta auditorias de segurança e a deteção de vulnerabilidades.

4. Validação Teórica Limitada: Ao contrário da tecnologia blockchain, que já foi testada durante mais de uma década, a estabilidade e segurança dos DAG em larga escala ainda não foram totalmente comprovadas.

5. Dificuldade de Desenvolvimento: Os sistemas baseados em DAG são menos acessíveis aos programadores, devido à falta de toolchains maduras e padrões reconhecidos, aumentando a barreira para o desenvolvimento de aplicações e para a construção do ecossistema.

6. Incerteza Regulamentar: Como alternativa à tecnologia blockchain, os DAG enfrentam cenários regulatórios pouco definidos, o que pode limitar a sua implementação em setores com exigências elevadas de conformidade.

A tecnologia Directed Acyclic Graph encontra-se ainda em fase de desenvolvimento, e estes desafios continuam a incentivar a comunidade a inovar e a aperfeiçoar os sistemas.

O Directed Acyclic Graph, enquanto alternativa inovadora à tecnologia blockchain, constitui uma direção relevante na evolução das tecnologias de registo distribuído. Ao ultrapassar os limites da estrutura linear das blockchains tradicionais, oferece um modelo de processamento de transações com elevado throughput e baixa latência. Apesar dos desafios atuais em termos de segurança, descentralização e maturidade tecnológica, as capacidades exclusivas de processamento paralelo dos DAG evidenciam vantagens em cenários como IoT, micropagamentos e trading de alta frequência. Com o aprofundamento da investigação teórica e das aplicações práticas, os DAG poderão complementar as blockchains tradicionais em domínios específicos, promovendo em conjunto o avanço das tecnologias de registo distribuído e a expansão das suas aplicações.