Орієнтований ациклічний граф

Спрямований ациклічний граф (Directed Acyclic Graph, DAG) — це альтернативна структура даних у блокчейн-сфері, яка дозволяє одночасно та паралельно обробляти й підтверджувати декілька вузлів (транзакцій або подій) без необхідності об'єднання транзакцій у блоки, як у класичних блокчейнах. У DAG кожна нова транзакція прямо або опосередковано підтверджує кілька попередніх транзакцій, створюючи спрямовану мережу без циклів. Це забезпечує системам високу пропускну здатність і низьку затримку, що особливо актуально для сервісів із високою швидкістю обробки великих обсягів транзакцій. Технологію DAG впровадили такі проєкти, як IOTA та Hedera Hashgraph, які розглядають її як інноваційне рішення проблем масштабованості блокчейну.

Передумови: Походження спрямованого ациклічного графа

Ідея спрямованого ациклічного графа бере початок із комп’ютерних наук і математики, де її спершу використовували для моделювання залежностей і планування задач. У сфері криптовалют практичне застосування DAG стартувало близько 2015 року, коли блокчейн-технологія зіткнулася із серйозними викликами масштабованості — повільним підтвердженням транзакцій і високими комісіями.

DAG запропонували як альтернативу блокчейну, щоб подолати обмеження лінійної структури класичних блокчейнів. Tangle від IOTA, запущений у 2016 році, став одним із перших реалізованих рішень на основі DAG, а згодом з’явилися такі проєкти, як Byteball (нині Obyte) і Hedera Hashgraph, які використовують аналогічні концепції.

Зі зростанням попиту на Інтернет речей та мікроплатежі, потреба у високій пропускній здатності й мінімальній затримці транзакцій стимулювала розвиток і вдосконалення технології DAG, зробивши її ключовим напрямком у вирішенні блокчейн-трилеми — безпеки, децентралізації й масштабованості.

Механізм роботи: Як функціонує спрямований ациклічний граф

Основний принцип роботи спрямованого ациклічного графа докорінно відрізняється від традиційних блокчейнів:

1. Модель підтвердження транзакцій: У DAG нові транзакції мають підтверджувати дві чи більше попередніх транзакцій, формуючи мережу підтвердження. Кожен учасник одночасно є відправником і валідатором транзакцій.

2. Досягнення консенсусу: У системах DAG здебільшого використовуються механізми накопичення ваги, коли рівень підтвердження транзакції зростає у міру того, як її прямо або опосередковано підтверджують наступні транзакції. Для визначення остаточного статусу можуть застосовуватися алгоритми на кшталт алгоритму Weight-Walking.

3. Структура зберігання даних: У DAG блоки не використовуються — кожна транзакція додається як окремий вузол до мережі. Вузли пов’язані спрямованими ребрами, які визначають підтверджувальні взаємозв’язки, суворо уникаючи циклів.

4. Вирішення розгалужень: Якщо виникають конфліктні транзакції (наприклад, подвійна витрата), системи DAG зазвичай вирішують розгалуження через накопичену вагу або залучення довірених вузлів (наприклад, Координатор у IOTA) для вибору основного шляху мережі.

5. Запобігання атакам: Для захисту від зловмисних дій більшість реалізацій DAG вимагають від відправників транзакцій виконання простих пруф-оф-ворк або застосування інших механізмів підтвердження для забезпечення безпеки системи.

У високонавантажених мережах структура DAG теоретично може забезпечити практично необмежену масштабованість, оскільки обробна здатність зростає із підвищенням активності мережі.

Які ризики та виклики має спрямований ациклічний граф?

Попри значний потенціал у вирішенні питань масштабованості блокчейну, спрямовані ациклічні графи мають низку характерних ризиків і викликів:

1. Загрози безпеці: У періоди низької активності мережі системи DAG можуть бути вразливими до атак типу 51%, оскільки невелика кількість валідаторів спрощує накопичення ваги для зловмисників, що дозволяє їм впливати на систему.

2. Тенденція до централізації: Для підвищення безпеки під час низької активності багато проєктів DAG впроваджують централізовані компоненти (наприклад, Координатор у IOTA), що суперечить принципу децентралізації.

3. Складність консенсусу: Алгоритми консенсусу DAG часто є набагато складнішими, ніж у класичних блокчейнах, що ускладнює проведення аудитів безпеки та пошук вразливостей.

4. Недостатня теоретична перевірка: На відміну від блокчейн-технології, перевіреної практикою понад десять років, довгострокова стабільність і безпека DAG у масштабних застосуваннях ще не підтверджені.

5. Складність розробки: Системи DAG менш зручні для розробників, оскільки бракує зрілих інструментів і загальноприйнятих стандартів, що підвищує бар’єр для створення застосунків і розвитку екосистеми.

6. Регуляторна невизначеність: Як альтернатива блокчейн-технології, DAG стикаються з неоднозначними регуляторними умовами, що може ускладнювати застосування у сферах із високими вимогами до відповідності нормативам.

Технологія спрямованого ациклічного графа досі перебуває на стадії розвитку, і ці виклики спонукають спільноту до постійних інновацій та вдосконалення.

Спрямований ациклічний граф — це інноваційна альтернатива блокчейн-технології, яка визначає важливий напрямок розвитку розподілених реєстрів. Подолавши обмеження лінійної структури традиційних блокчейнів, DAG пропонує потенційно високопродуктивну модель обробки транзакцій із низькою затримкою. Попри актуальні виклики щодо безпеки, децентралізації та технологічної зрілості, його унікальні паралельні обчислювальні можливості дають вагомі переваги для таких сценаріїв, як Інтернет речей, мікроплатежі та високочастотна торгівля. Теоретичні дослідження та практичне впровадження поступово поглиблюються. DAG може стати доповненням до класичних блокчейнів у певних сферах, сприяючи розвитку розподілених реєстрів і розширенню їх застосування.