Đồ thị có hướng không chu trình

Directed Acyclic Graph (DAG) là cấu trúc dữ liệu thay thế trong lĩnh vực chuỗi khối, cho phép xử lý và xác nhận đồng thời nhiều nút (giao dịch hoặc sự kiện), không cần đóng gói giao dịch thành các khối như chuỗi khối truyền thống. Trong DAG, mỗi giao dịch mới xác thực trực tiếp hoặc gián tiếp nhiều giao dịch trước đó, hình thành một mạng lưới có hướng không chu trình. Nhờ đó, hệ thống đạt thông lượng cao và độ trễ thấp, đặc biệt thích hợp với các ứng dụng cần xử lý nhanh khối lượng giao dịch lớn. Công nghệ DAG đã được các dự án như IOTA và Hedera Hashgraph ứng dụng như giải pháp sáng tạo cho bài toán mở rộng của chuỗi khối.

Bối cảnh: Nguồn gốc của Directed Acyclic Graph

Khái niệm Directed Acyclic Graph bắt nguồn từ ngành khoa học máy tính và toán học, ban đầu dùng để biểu diễn mối quan hệ phụ thuộc và lập lịch tác vụ. Trong lĩnh vực tiền mã hóa, DAG bắt đầu được ứng dụng từ khoảng năm 2015, khi chuỗi khối đối mặt với các vấn đề về khả năng mở rộng, gồm xác nhận giao dịch chậm và phí cao.

Các nhà phát triển đã đưa Directed Acyclic Graph ra như một giải pháp thay thế cho chuỗi khối, nhằm vượt qua giới hạn cấu trúc tuyến tính truyền thống. IOTA với Tangle ra mắt năm 2016 là một trong những hệ thống DAG đầu tiên, tiếp theo là Byteball (nay là Obyte) và Hedera Hashgraph theo triết lý thiết kế tương tự.

Nhu cầu gia tăng về Internet of Things (IoT) và các kịch bản thanh toán vi mô đã thúc đẩy phát triển và tối ưu hóa công nghệ DAG, biến nó thành hướng nghiên cứu quan trọng để giải quyết bộ ba thách thức của chuỗi khối (bảo mật, phi tập trung, mở rộng quy mô).

Cơ chế hoạt động: Directed Acyclic Graph vận hành như thế nào

Cơ chế hoạt động cốt lõi của Directed Acyclic Graph khác biệt rõ rệt so với chuỗi khối truyền thống:

1. Mô hình xác thực giao dịch: Trong DAG, giao dịch mới phải trực tiếp xác thực hai hoặc nhiều giao dịch trước đó, tạo mạng lưới xác thực. Mỗi thành viên vừa là người gửi giao dịch vừa là người xác thực.

2. Thuật toán đồng thuận: Hệ thống DAG sử dụng cơ chế tích lũy trọng số, mức xác nhận của giao dịch tăng dần khi được xác thực bởi nhiều giao dịch tiếp theo. Có thể áp dụng các phương pháp như “Weight-Walking Algorithm” để xác định trạng thái cuối cùng của giao dịch.

3. Cấu trúc lưu trữ dữ liệu: DAG không dùng khối, mỗi giao dịch là một nút độc lập trong mạng, các nút liên kết bằng cạnh có hướng thể hiện quan hệ xác thực, đảm bảo không hình thành chu trình.

4. Giải quyết phân nhánh: Khi có giao dịch xung đột (ví dụ chi tiêu kép), hệ thống DAG thường xử lý bằng trọng số tích lũy hoặc nút tin cậy (Coordinator của IOTA) để chọn hướng chuỗi chính.

5. Ngăn ngừa tấn công: Để phòng ngừa hành vi độc hại, nhiều DAG yêu cầu người gửi giao dịch thực hiện Proof of Work hoặc cơ chế xác thực khác nhằm đảm bảo an toàn hệ thống.

Trong môi trường lưu lượng lớn, DAG về lý thuyết có thể mở rộng gần như vô hạn nhờ năng lực xử lý tỷ lệ thuận với hoạt động mạng.

Những rủi ro và thách thức của Directed Acyclic Graph

Dù có tiềm năng lớn trong giải quyết vấn đề mở rộng của chuỗi khối, Directed Acyclic Graph vẫn đối diện nhiều rủi ro và thách thức riêng:

1. Bảo mật: Khi hoạt động mạng thấp, hệ thống DAG dễ bị tấn công 51% do số lượng người xác thực giảm, kẻ tấn công dễ tích lũy đủ trọng số để kiểm soát hệ thống.

2. Xu hướng tập trung hóa: Để xử lý vấn đề bảo mật khi hoạt động thấp, nhiều dự án DAG sử dụng thành phần tập trung (Coordinator của IOTA), đi ngược nguyên tắc phi tập trung.

3. Độ phức tạp của thuật toán đồng thuận: Thuật toán đồng thuận DAG thường phức tạp hơn chuỗi khối truyền thống, gây khó khăn cho kiểm toán an ninh và phát hiện lỗ hổng.

4. Thiếu kiểm chứng lý thuyết: So với chuỗi khối đã được kiểm nghiệm thực tế hơn một thập kỷ, DAG chưa được xác thực đầy đủ về tính ổn định và an toàn lâu dài trong ứng dụng quy mô lớn.

5. Khó khăn phát triển: Hệ thống DAG thiếu công cụ chuyên nghiệp và chuẩn mực phổ biến, khiến việc phát triển ứng dụng và xây dựng hệ sinh thái gặp nhiều rào cản.

6. Chưa rõ ràng về pháp lý: Là công nghệ thay thế chuỗi khối, DAG đối mặt môi trường pháp lý chưa rõ ràng, ảnh hưởng tới khả năng ứng dụng ở ngành có yêu cầu tuân thủ cao.

Công nghệ Directed Acyclic Graph vẫn đang phát triển, các thách thức này thúc đẩy cộng đồng liên tục đổi mới và hoàn thiện.

Directed Acyclic Graph là giải pháp thay thế sáng tạo cho công nghệ chuỗi khối, đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực hệ thống sổ cái phân tán. Khi vượt qua giới hạn cấu trúc tuyến tính của chuỗi khối truyền thống, DAG mang đến khả năng xử lý giao dịch với thông lượng cao và độ trễ thấp. Công nghệ này vẫn đang đối mặt với các vấn đề bảo mật, phi tập trung hóa và độ trưởng thành kỹ thuật, nhưng khả năng xử lý đồng thời giúp DAG nổi bật ở các lĩnh vực như IoT, thanh toán vi mô và giao dịch tần suất cao. Nhờ sự phát triển của nghiên cứu lý thuyết và ứng dụng thực tiễn, DAG có thể bổ trợ cho chuỗi khối truyền thống trong từng lĩnh vực ứng dụng, cùng thúc đẩy tiến bộ công nghệ hệ thống sổ cái phân tán và mở rộng phạm vi ứng dụng.