ما هي الـ DAGs، البديل اللامدوّر للبلوكتشين؟

فهم الرسوم البيانية الموجهة غير الحلقية (DAGs) في دفاتر الأستاذ الموزعة

الرسم البياني الموجه غير الحلقي (DAG) هو هيكل بيانات رياضي وحسابي يتميز بمجموعة من الرؤوس (أو العقد) والحواف، حيث يكون لكل حافة اتجاه محدد، ومن المستحيل البدء من أي عقدة واتباع تسلسل من الحواف الموجهة التي تؤدي في النهاية للعودة إلى العقدة نفسها. بعبارات أبسط، لا توجد مسارات دائرية. تخيل مخطط تدفق حيث تتحرك السهام للأمام فقط، ولا تشكل أبداً حلقة تعود إلى خطوة سابقة. تمثل كل عقدة في DAG عادةً حدثاً أو قطعة من البيانات، وتمثل الحواف الموجهة علاقة أو تبعية بين هذه الأحداث، مما يشير عادةً إلى أن حدثاً ما وقع قبل الآخر، أو أن معاملة ما تشير إلى أخرى.

عند تطبيقها على تقنية دفتر الأستاذ الموزع (DLT)، تقدم الـ DAGs نهجاً مبتكراً لهيكلة المعاملات والتحقق من صحتها، وهو نهج يختلف بشكل كبير عن البنية الخطية القائمة على الكتل في سلاسل الكتل (البلوكشين) التقليدية. فبدلاً من تجميع المعاملات في كتل ثم إضافتها بالتتابع إلى سلسلة واحدة، غالباً ما يرى دفتر الأستاذ القائم على DAG معاملات فردية أو مجموعات صغيرة من المعاملات تشكل "عقد" الرسم البياني، وتعمل هذه المعاملات مباشرة على الإشارة إلى المعاملات السابقة والتحقق من صحتها. هذا الهيكل المترابط وغير الخطي هو ما يميز DAGs بشكل أساسي كبديل لتقنية البلوكشين. وتعد الطبيعة غير الحلقية أمراً حاسماً للحفاظ على ترتيب متماسك وغير قابل للعكس للأحداث، مما يضمن عدم إمكانية إعادة كتابة المعاملات أو إنفاقها بشكل مزدوج من خلال تشكيل حلقة.

لماذا تعد الـ DAGs ذات صلة بتقنية دفتر الأستاذ الموزع

يكمن الابتكار الجوهري لتقنية البلوكشين في قدرتها على إنشاء دفتر أستاذ آمن وغير قابل للتغيير ولا مركزي دون الاعتماد على سلطة مركزية. ومع ذلك، مع نمو شعبية واستخدام العملات الرقمية، ظهرت قيود معينة في التصميم الأصلي للبلوكشين. وغالباً ما تتمحور هذه القيود حول قابلية التوسع وسرعة المعاملات والتكلفة. ظهرت الـ DAGs كبديل واعد يهدف إلى معالجة هذه التحديات من خلال إعادة تصور هيكل البيانات الأساسي الذي بنيت عليه دفاتر الأستاذ الموزعة.

يسمح الهيكل المتأصل في الـ DAG بنموذج مختلف لمعالجة المعاملات. فبينما يعالج البلوكشين المعاملات في دفعات (كتل) ويضيفها واحدة تلو الأخرى، يمكن لـ DAG نظرياً معالجة المعاملات بالتوازي، مما يسمح بإنتاجية أعلى بكثير. هذا التحول الهيكلي يمكن أن يمكن تقنيات دفاتر الأستاذ الموزعة من التعامل مع حجم أكبر بكثير من المعاملات في الثانية (TPS) مقارنة بالعديد من شبكات البلوكشين الحالية، مما يمهد الطريق لتبني أوسع في حالات الاستخدام التي تتطلب معدلات معاملات عالية، مثل المعاملات الصغيرة (Microtransactions) أو تطبيقات إنترنت الأشياء (IoT).

الخصائص الرئيسية للـ DAGs

• موجهة (Directed): كل اتصال (حافة) بين العقد له اتجاه محدد، مما يشير إلى تدفق أو تبعية، غالباً من معاملة أقدم إلى معاملة أحدث، أو من معاملة مصدقة إلى معاملة تم التصديق عليها.
• غير حلقية (Acyclic): لا توجد حلقات أو دوائر داخل الرسم البياني. وهذا أمر أساسي لضمان سلامة وترتيب المعاملات، ومنع الحالات التي يمكن فيها للمعاملة أن تشير إلى نفسها أو إلى معاملة لاحقة، مما قد يقوض نهائية المعاملة ويؤدي إلى ثغرات أمنية.
• رسم بياني (Graph): الهيكل عبارة عن مجموعة من العقد (تمثل معاملات أو أحداثاً فردية) مترابطة بواسطة حواف (تمثل علاقات أو عمليات تحقق)، مما يشكل شبكة معقدة ومتشابكة بدلاً من سلسلة خطية بسيطة.

عنق زجاجة البلوكشين: لماذا ظهرت البدائل

لتقدير قيمة الـ DAGs، من الضروري فهم القيود التي يمكن أن تفرضها بنية البلوكشين التقليدية، خاصة في سيناريوهات الطلب المرتفع.

ملخص سريع لهيكل البلوكشين

البلوكشين هو دفتر أستاذ موزّع وغير قابل للتغيير يتكون من قائمة متزايدة من السجلات، تسمى الكتل، والتي ترتبط ببعضها البعض باستخدام التشفير. تحتوي كل كتلة عادةً على طابع زمني، وبيانات المعاملات، وتشفير (Hash) للكتلة السابقة. وهذا يخلق سلسلة خطية مقاومة للتلاعب حيث تضمن سلامة الكتل السابقة سلامة دفتر الأستاذ بأكمله. يتم استخدام آليات الإجماع مثل إثبات العمل (PoW) أو إثبات الحصة (PoS) للتحقق من صحة الكتل الجديدة والحفاظ على أمن الشبكة ولا مركزيتها.

محدوديات البلوكشين التقليدي

على الرغم من كونها ثورية، إلا أن مبادئ تصميم العديد من سلاسل الكتل الأولى، وخاصة تلك التي تستخدم إثبات العمل (PoW)، قدمت قيوداً متأصلة معينة:

1. قابلية التوسع (المعاملات في الثانية - TPS): تعالج سلاسل الكتل المعاملات في دفعات متتالية. إن السرعة التي يمكن بها تعدين الكتل الجديدة وإضافتها إلى السلسلة، إلى جانب الحجم المحدود لكل كتلة، تضع حداً أقصى لإجمالي عدد المعاملات التي يمكن للشبكة التعامل معها في الثانية. على سبيل المثال، يعالج البيتكوين عادةً حوالي 7 معاملات في الثانية، وإيثيريوم حوالي 15-30 معاملة في الثانية (قبل تحديثات إيثيريوم 2.0)، وهو ما يقل كثيراً عن متطلبات أنظمة الدفع العالمية مثل فيزا (التي تعالج آلاف المعاملات في الثانية في المتوسط).
2. رسوم المعاملات: لتحفيز المعدنين أو المدققين على معالجة المعاملات، يتعين على المستخدمين غالباً دفع رسوم معاملات. خلال فترات الازدحام الشديد في الشبكة، يمكن أن ترتفع هذه الرسوم بشكل كبير، مما يجعل المعاملات الصغيرة غير اقتصادية ويؤثر على تجربة المستخدم.
3. زمن الوصول (أوقات التأكيد): لكي تعتبر المعاملة "نهائية" على البلوكشين، فإنها غالباً ما تحتاج إلى إضافة عدة كتل لاحقة فوق الكتلة التي تحتوي على المعاملة. قد يستغرق ذلك من دقائق إلى ساعات، اعتماداً على البلوكشين ومستوى الأمان المطلوب، مما يجعله غير مناسب للمدفوعات الفورية.
4. استهلاك الطاقة (PoW): تتطلب سلاسل الكتل القائمة على إثبات العمل، مثل البيتكوين، كميات هائلة من القوة الحسابية لتأمين الشبكة. وقد أثارت هذه العملية المستهلكة للطاقة مخاوف بيئية كبيرة وحفزت البحث في بدائل أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة.
5. الاستباق (Front-Running) والقيمة المستخرجة من قبل المعدنين (MEV): في بعض تصاميم البلوكشين، يمكن للمعدنين أو المدققين ترتيب المعاملات استراتيجياً داخل الكتلة للحصول على ميزة، مما يؤدي إلى مشكلات مثل الاستباق في التمويل اللامركزي (DeFi).

دفعت هذه القيود نحو البحث عن بنيات بديلة لدفاتر الأستاذ الموزعة يمكنها التغلب على "عنق زجاجة البلوكشين" وتقديم كفاءة أكبر دون المساومة على اللامركزية والأمن. برزت الـ DAGs كواحدة من أكثر المرشحين واعداً في هذا المسعى.

كيف تختلف الـ DAGs عن البلوكشين: تحول هيكلي جذري

التمييز بين الـ DAGs والبلوكشين ليس مجرد تمييز سطحي؛ بل يمثل اختلافاً جوهرياً في كيفية هيكلة دفاتر الأستاذ الموزعة وصيانتها وكيفية تحقيق الإجماع.

الهيكل

• البلوكشين: تخيل قطاراً به عربات (كتل) مرتبطة في خط مستقيم واحد. كل عربة لها سعة ثابتة للركاب (المعاملات) ويجب إلحاقها بالترتيب. إذا كانت إحدى العربات ممتلئة، عليك انتظار التالية.
• DAG: تخيل شبكة واسعة ومترابطة من النقاط الفردية (المعاملات). يمكن لكل نقطة جديدة الاتصال بنقاط سابقة متعددة، مثل السيارات الفردية التي تسير على طريق سريع، حيث تؤكد كل سيارة بضع سيارات مرت قبلها. لا يوجد "طريق" رئيسي واحد ولكن العديد من المسارات التي تشكل شبكة.

آلية الإجماع

الطريقة التي يصل بها دفتر الأستاذ الموزع إلى اتفاق بشأن صحة وترتيب المعاملات هي آلية الإجماع الخاصة به.

• البلوكشين:
  • المعدنون/المدققون: في إثبات العمل (PoW)، يتنافس المعدنون لحل لغز تشفيري لإنشاء كتلة جديدة. في إثبات الحصة (PoS)، يتم اختيار المدققين بناءً على حصتهم من العملة الرقمية.
  • التأكيد المتسلسل: يتم تجميع المعاملات في كتلة. بمجرد إنشاء الكتلة وبثها، تقوم العقد الأخرى بالتحقق منها وإضافتها إلى نسختها من السلسلة. هذه العملية متسلسلة بطبيعتها.
  • الحالة العامة: تحتفظ جميع العقد بنسخة متطابقة تقريباً من دفتر الأستاذ بأكمله، ويتم تحديثها كتلة بكتلة.
• DAG:
  • التحقق الذاتي/الإجماع المحلي: العديد من الأنظمة القائمة على DAG لا تمتلك معدنين أو مدققين تقليديين بمفهوم البلوكشين. بدلاً من ذلك، عندما يتم إرسال معاملة جديدة، يُطلب منها غالباً "الموافقة" أو "التحقق" من معاملة أو أكثر من المعاملات السابقة غير المؤكدة. ومن خلال القيام بذلك، تساهم المعاملة الجديدة في أمن وتأكيد الشبكة.
  • المعالجة المتوازية: نظراً لأن المعاملات يمكن أن تشير إلى المعاملات السابقة بشكل مستقل، دون انتظار ملء الكتلة أو تعدينها، يمكن معالجة معاملات متعددة وإضافتها إلى الرسم البياني في وقت واحد.
  • "الوزن" الموزع: يزداد "وزن" أو "أمان" المعاملة عادةً مع موافقة المزيد من المعاملات اللاحقة عليها. تصبح المعاملة أكثر ثباتاً وتأكيداً كلما حصلت على المزيد من الإشارات من المعاملات الأحدث المبنية عليها. تشمل الأمثلة:
    • Tangle الخاص بـ IOTA: كل معاملة جديدة تتحقق من صحة معاملتين سابقتين غير مؤكدتين، مما يبني شبكة متشابكة.
    • Block-Lattice الخاص بـ Nano: يمتلك كل حساب سلسلة معاملات خاصة به ("Block-Lattice")، وتتضمن معاملات الإرسال الإرسال إلى سلسلة حساب آخر، مما يؤكد المعاملات السابقة.
    • Hypergraph الخاص بـ Constellation: يهدف هذا إلى أن يكون "شبكة من الشبكات"، باستخدام DAG متعدد الطبقات للتعامل مع أنواع البيانات وأحمال المعاملات المتنوعة.

قابلية التوسع

• البلوكشين: غالباً ما تكون قابلية التوسع عنق زجاجة بسبب أوقات الكتل الثابتة وأحجام الكتل. زيادة هذه المعايير بشكل كبير قد تؤدي إلى المركزية لأن عدداً أقل من العقد يمكنه إدارة البيانات الأكبر.
• DAG: توفر العديد من تصميمات DAG بطبيعتها قابلية توسع أكبر. مع إرسال المزيد من المعاملات إلى الشبكة، يتم إجراء المزيد من "العمل" (عمليات التحقق)، مما قد يؤدي نظرياً إلى أوقات تأكيد أسرع وإنتاجية أعلى للمعاملات. يشار إلى هذا غالباً باسم "قابلية التوسع من خلال التوازي" أو "كلما زاد النشاط، زادت السرعة".

رسوم المعاملات

• البلوكشين: تعتمد معظم سلاسل الكتل التقليدية على رسوم المعاملات لتحفيز المشاركين في الشبكة (المعدنين/المدققين) ومنع البريد العشوائي (Spam).
• DAG: الميزة الكبيرة التي تروج لها العديد من مشاريع DAG هي إلغاء رسوم المعاملات. نظراً لأن التحقق من المعاملات غالباً ما يكون متطلباً مدمجاً لإرسال معاملة جديدة (على سبيل المثال، من خلال التحقق من المعاملات السابقة)، فلا داعي لدفع حوافز خارجية. وهذا يجعل الـ DAGs جذابة بشكل خاص للمعاملات الصغيرة والمدفوعات بين الآلات (M2M).

أوقات التأكيد

• البلوكشين: يمكن أن تتراوح من عدة دقائق إلى ساعة لتحقيق نهائية قوية، اعتماداً على عدد التأكيدات المطلوبة.
• DAG: يحتمل أن تكون أسرع بكثير. يمكن للمعاملات تحقيق مستوى كافٍ من التأكيد (إشارة معاملات لاحقة كافية إليها) في ثوانٍ أو حتى أجزاء من الثانية، اعتماداً على نشاط الشبكة وتطبيق الـ DAG المحدد.

المفاهيم والآليات الرئيسية في الأنظمة القائمة على DAG

تتطلب البنية الفريدة للـ DAGs مناهج مختلفة لتحديات تقنية دفتر الأستاذ الموزع الأساسية، لا سيما فيما يتعلق بالتحقق من صحة المعاملات، وعدم قابلية التغيير، والأمن.

التحقق من صحة المعاملات

في العديد من الأنظمة القائمة على DAG، تنتقل مسؤولية التحقق من صحة المعاملات من مجموعة مخصصة من المعدنين/المدققين إلى المستخدمين أنفسهم. عندما يريد مستخدم إصدار معاملة جديدة، فإنه غالباً ما يكون مطالباً بـ:

1. اختيار الأطراف (Tips): تحديد معاملة واحدة أو أكثر غير مؤكدة (تسمى غالباً "Tips") من حافة الرسم البياني التي ستوافق عليها معاملتهم الجديدة. قد تتضمن عملية الاختيار هذه خوارزميات مصممة لاختيار الأطراف التي تزيد من تقدم الشبكة وأمنها بشكل عام.
2. إجراء إثبات العمل (أو ما شابه): لمنع البريد العشوائي وضمان الحد الأدنى من الجهد الحسابي، قد يحتاج المستخدم إلى إجراء إثبات عمل محلي صغير أو مهمة أخرى مستهلكة للموارد خاصة بمعاملتهم. عادة ما يكون هذا أخف بكثير من إثبات العمل على مستوى شبكة البلوكشين بأكملها.
3. الإرفاق والبث: يتم بعد ذلك إرفاق المعاملة الجديدة، التي تشير إلى الأطراف المعتمدة، بالرسم البياني وبثها إلى الشبكة. ستقوم العقد التي تستقبلها بالتحقق من إثبات العمل وصحة الأطراف المشار إليها.

مع إضافة المزيد من المعاملات التي تشير إلى المعاملات الأقدم، يزداد "عمق" و"وزن" المعاملة، مما يشير إلى نمو تأكيدها وأمانها.

تحقيق عدم قابلية التغيير

يتم تحقيق عدم قابلية التغيير في الـ DAG ليس من خلال كونها جزءاً من سلسلة واحدة من الكتل المرتبطة تشفيرياً، ولكن من خلال الانغماس بعمق داخل الرسم البياني عبر عدد كبير من المعاملات اللاحقة التي تشير إليها.

• الوزن التراكمي: كل معاملة توافق على معاملة سابقة تضيف "وزناً" لتلك المعاملة السابقة. كلما زاد عدد المعاملات التي توافق بشكل غير مباشر أو مباشر على معاملة قديمة، زاد "الوزن" الذي تجمعه. تعتبر المعاملة ذات الوزن التراكمي الكافي مؤكدة وغير قابلة للتغيير عملياً، حيث تتطلب قدراً هائلاً من الجهد الحسابي للتراجع عن جميع المعاملات المبنية عليها.
• غياب الانقسامات (Forks): على عكس سلاسل الكتل حيث يمكن أن تحدث انقسامات (انقسامات مؤقتة في السلسلة)، تم تصميم معظم الـ DAGs للتقارب نحو حالة واحدة متسقة لدفتر الأستاذ. تضمن خوارزمية الإجماع عادةً أن المعاملات المتعارضة لا يمكن أن تحقق كلاهما تأكيداً كبيراً.

الاعتبارات الأمنية

بينما توفر الـ DAGs إمكانية التوسع، إلا أنها تقدم تحديات أمنية جديدة تحتاج إلى تصميم دقيق:

• منع الإنفاق المزدوج: الشاغل الرئيسي لأي دفتر أستاذ موزع هو منع المستخدم من إنفاق نفس الأموال مرتين. في الـ DAGs، يتم معالجة هذا عادةً من خلال:
  • خوارزميات اختيار الأطراف: مصممة لضمان بناء المعاملات الجديدة دائماً على أجزاء صالحة وغير متعارضة من الرسم البياني.
  • حل المعاملات المتعارضة: إذا تم إصدار معاملتين متعارضتين، يجب أن تمتلك الشبكة آلية لتحديد إحداهما وتجاهلها في النهاية، عادةً عن طريق تفضيل المعاملة التي تجمع وزناً تراكمياً أو موافقات أكثر.
  • مراقبة العقد: كل عقدة في الشبكة مسؤولة عن مراقبة ونشر المعاملات الصالحة فقط، والتخلص من أي معاملات متعارضة تكتشفها.
• هجمات سيبيل (Sybil Attacks): يتضمن هجوم سيبيل قيام كيان واحد بإنشاء هويات وهمية متعددة للحصول على نفوذ غير متناسب على الشبكة. في الأنظمة التي يتم فيها التحقق من المعاملات من قبل المستخدمين، يمكن لمهاجم سيبيل توليد العديد من المعاملات للتأثير على التأكيد أو تنسيق عمليات إنفاق مزدوج. غالباً ما تتضمن تصميمات DAG تدابير مثل إثبات العمل المحلي أو أنظمة السمعة للتخفيف من ذلك.
• ناقلات الهجوم (مثل ما يعادل هجوم 51%): على الرغم من أنه ليس "هجوماً بنسبة 51%" تقليدياً على سلسلة واحدة، إلا أن مهاجماً قوياً في الـ DAG قد يتحكم في جزء كبير من إصدار المعاملات في الشبكة، مما يسمح له بـ:
  • تنسيق عمليات إنفاق مزدوج: من خلال إصدار معاملة متعارضة ثم بناء "وزن" عليها بسرعة أكبر من المعاملة الشرعية.
  • رقابة المعاملات: عن طريق رفض الموافقة على معاملات شرعية محددة. يتم التخفيف من هذه الهجمات عادةً عن طريق تصميم خوارزميات قوية لاختيار الأطراف وضمان أن تكلفة توليد معاملات خبيثة تفوق المكاسب المحتملة.

مخاوف المركزية

واجهت بعض تطبيقات DAG المبكرة انتقادات تتعلق بجوانب المركزية، والتي غالباً ما تم إدخالها لتمهيد الشبكة أو تعزيز الأمن خلال المراحل المبكرة. على سبيل المثال، قد تستخدم بعض الأنظمة "منسقاً" (Coordinator) أو مجموعة محددة من العقد الموثوقة لتوفير أمان إضافي أو ضمان الاختيار الصحيح للأطراف، خاصة عندما يكون نشاط الشبكة منخفضاً. والهدف من هذه المشاريع عموماً هو الانتقال نحو اللامركزية بمرور الوقت مع نمو الشبكة ونضجها.

مزايا وعيوب بنيات الـ DAG

تقدم دفاتر الأستاذ الموزعة القائمة على DAG بديلاً مقنعاً لسلاسل الكتل التقليدية، مع مجموعة متميزة من الإيجابيات والسلبيات.

المزايا

1. قابلية توسع عالية: ربما تكون هذه هي الميزة الأكثر أهمية. من خلال السماح بالمعالجة المتوازية للمعاملات، يمكن للـ DAGs نظرياً التعامل مع حجم أكبر بكثير من المعاملات في الثانية. ومع انضمام المزيد من المشاركين وإصدار المعاملات، يمكن لسعة الشبكة وسرعتها أن تزداد فعلياً، على عكس سلاسل الكتل حيث يؤدي زيادة الطلب غالباً إلى الازدحام.
2. رسوم معاملات منخفضة أو معدومة: تم تصميم العديد من تطبيقات DAG لتكون بلا رسوم. ونظراً لأن المستخدمين غالباً ما يتحققون من صحة المعاملات السابقة كجزء من تقديم معاملاتهم الخاصة، فلا توجد حاجة لدفع مبالغ لمعدنين أو مدققين خارجيين. وهذا يجعل الـ DAGs مثالية للمعاملات الصغيرة والمدفوعات بين الآلات، والتي تعد حاسمة لأنظمة إنترنت الأشياء.
3. نهائية سريعة للمعاملات: دون الحاجة لانتظار تعدين الكتل أو تأكيدات الكتل المتعددة، يمكن للمعاملات على الـ DAGs تحقيق درجة عالية من التأكيد (وزن تراكمي كافٍ) في غضون ثوانٍ، أو حتى بشكل فوري للمعاملات الصغيرة.
4. كفاءة الطاقة: لا تعتمد معظم الأنظمة القائمة على DAG على تعدين إثبات العمل المستهلك للطاقة لتأمين الشبكة بأكملها. غالباً ما يكون "العمل" المطلوب للمعاملة عبارة عن إثبات عمل محلي صغير، مما يجعل الـ DAGs أكثر صداقة للبيئة بشكل كبير من سلاسل الكتل القائمة على إثبات العمل.
5. إمكانات المعاملات الصغيرة وتطبيقات إنترنت الأشياء: إن المزيج من قابلية التوسع العالية والرسوم الصفرية والنهائية السريعة يجعل الـ DAGs مناسبة تماماً لتمكين المدفوعات وتبادل البيانات بين أجهزة عديدة في إنترنت الأشياء، وكذلك للمعاملات المتكررة والصغيرة جداً.

العيوب

1. النضج والاختبار الميداني: لا تزال تقنية DAG في مجال دفاتر الأستاذ الموزعة ناشئة نسبياً مقارنة بالبلوكشين. ورغم كونها واعدة من الناحية النظرية، إلا أن العديد من مشاريع DAG لا تزال في مراحلها الأولى، ولم يتم "اختبارها ميدانياً" بالقدر الكافي في ظل ظروف قاسية لفترات طويلة.
2. التعقيد الأمني: يعد تصميم آليات إجماع قوية ولا مركزية حقاً للـ DAGs تحدياً معقداً. يتطلب ضمان الحماية ضد الإنفاق المزدوج وهجمات سيبيل والثغرات الأخرى دون الاعتماد على طرق البلوكشين التقليدية حلولاً تشفيرية وخوارزمية مبتكرة وغالباً ما تكون معقدة.
3. طيف اللامركزية: واجهت بعض تطبيقات DAG المبكرة انتقادات بشأن مستوى لا مركزيتها، لا سيما إذا كانت تعتمد على مكونات مثل المنسقين خلال مراحلها الأولية للحفاظ على الأمن أو توجيه اختيار الأطراف. ورغم أن الكثيرين يهدفون إلى اللامركزية الكاملة، إلا أن تحقيق ذلك يمكن أن يكون عملية تدريجية.
4. تمهيد الشبكة (Bootstrapping): يتمثل التحدي الرئيسي للـ DAGs التي تعتمد على المعاملات التي يتم التحقق منها من قبل المستخدم في تمهيد شبكة جديدة. إذا لم يكن هناك ما يكفي من المعاملات النشطة، فقد تكون عملية التأكيد بطيئة، مما يجعل الشبكة أقل أماناً. غالباً ما يكون هناك مستوى معين من نشاط الشبكة مطلوباً للأداء الأمثل.
5. الفهم والتبني: غالباً ما يكون النموذج المفاهيمي للـ DAG أكثر تعقيداً في الفهم بالنسبة للمستخدمين العاديين من نموذج البلوكشين الخطي. يمكن أن يؤثر ذلك على الفهم والتبني على نطاق أوسع.

تطبيقات العالم الحقيقي وأمثلة بارزة للـ DAGs في الكريبتو

غامرت العديد من المشاريع في تنفيذ بنيات DAG، ولكل منها نهج وحالة استخدام مستهدفة مختلفة قليلاً.

Constellation (DAG)

مشروع Constellation هو مشروع عملة رقمية يستخدم "DAG" صراحةً كجزء من رمز التداول الخاص به، مما يسلط الضوء على بنيته التحتية الأساسية. يهدف المشروع إلى حل مشكلات قابلية التوسع التي تواجه سلاسل الكتل التقليدية، لا سيما للتعامل مع البيانات الضخمة وتسهيل التوافق التشغيلي بين مصادر البيانات المختلفة.

تستخدم Constellation بنية DAG فريدة متعددة الطبقات تسمى Hypergraph. تم تصميم الـ Hypergraph ليكون شبكة من الـ DAGs المترابطة، مما يسمح بإنشاء "قنوات حالة" (State Channels) متنوعة أو DAGs فرعية يمكنها معالجة أنواع مختلفة من البيانات والمعاملات بالتوازي. يتيح ذلك لـ Constellation التعامل مع حسابات البيانات المعقدة والبنيات القائمة على الخدمات المصغرة بإنتاجية عالية وزمن وصول منخفض. وهي تستهدف حلول المؤسسات، وتبادل البيانات الآمن، والتحقق الفعال من مجموعات البيانات الضخمة، وهي أمور بالغة الأهمية لصناعات مثل الفضاء والرعاية الصحية وإدارة سلاسل التوريد.

IOTA

تعد IOTA واحدة من الشركات الرائدة في تعميم تقنية DAG لدفاتر الأستاذ الموزعة، وتحديداً مع بنية "Tangle" الخاصة بها. الـ Tangle هو DAG حيث تقوم كل معاملة جديدة مباشرة بالموافقة على معاملتين سابقتين غير مؤكدتين. ومن خلال القيام بذلك، يساهم المستخدمون الذين يرسلون المعاملات في أمن الشبكة وعملية التأكيد دون الحاجة إلى معدنين أو رسوم معاملات. ينصب تركيز IOTA الأساسي على إنترنت الأشياء (IoT)، والاتصال بين الآلات، و"اقتصاد الآلة"، حيث يمكن للأجهزة تبادل البيانات والقيمة بشكل آمن مع بعضها البعض. تصميمها الخالي من الرسوم والقابل للتوسع جذاب بشكل خاص لمليارات المعاملات الصغيرة المتوقعة في مستقبل إنترنت الأشياء.

Nano

مشروع Nano هو مشروع عملة رقمية بارز آخر يعتمد على DAG ويركز على توفير مدفوعات سريعة ومجانية وقابلة للتوسع. تخصص بنيته، المعروفة باسم Block-Lattice، لكل حساب بلوكشين فردي خاص به. عندما يرسل مستخدم أموالاً، فإنه ينشئ كتلة "إرسال" على سلسلته الخاصة، وينشئ المتلقي كتلة "استقبال" مقابلة على سلسلته. يسمح هذا النهج الفريد بمعالجة المعاملات بشكل فوري تقريباً، حيث لا توجد عملية تأكيد كتلة عالمية يجب انتظارها. تؤكد Nano على البساطة والكفاءة، وتهدف إلى أن تكون بديلاً قابلاً للتطبيق لمدفوعات العملة الرقمية اليومية.

مشاريع ناشئة أخرى

بينما تعد IOTA و Nano و Constellation أمثلة معروفة، تستكشف العديد من المشاريع والمبادرات البحثية الأخرى هياكل DAG أو نماذج هجينة بين DAG والبلوكشين لحل تحديات صناعية محددة. وتشمل هذه المشاريع التي تركز على تتبع سلسلة التوريد، والهوية اللامركزية، والحوسبة عالية الأداء، وكلها تستفيد من إمكانات التوسع والكفاءة الفريدة للـ DAGs.

مستقبل الـ DAGs في مشهد تقنية دفاتر الأستاذ الموزعة

يمثل ظهور الرسوم البيانية الموجهة غير الحلقية خطوة تطورية هامة في عالم تقنية دفاتر الأستاذ الموزعة. فهي ليست مجرد تعديل طفيف لنماذج البلوكشين الحالية، بل هي إعادة تصور أساسية لكيفية هيكلة البيانات وتحقيق الإجماع في الشبكات اللامركزية.

تكنولوجيا بديلة أم مكملة؟

سؤال ما إذا كانت الـ DAGs ستحل محل البلوكشين هو سؤال معقد. من المرجح أن تعمل كـ تكنولوجيا مكملة، حيث يتفوق كل منها في حالات استخدام مختلفة:

• سلاسل الكتل (Blockchains) قد يستمر تفضيلها للتطبيقات التي تتطلب أماناً عالياً جداً، وبساطة في الهيكل، ونهائية معاملات يمكن التنبؤ بها، خاصة حيث لا يكون حجم المعاملات هو الشاغل الرئيسي الوحيد (مثل تخزين الأصول عالية القيمة، وبروتوكولات التمويل اللامركزي الأساسية).
• الـ DAGs مهيأة للسيطرة على السيناريوهات التي تتطلب قابلية توسع هائلة، ومعاملات فورية، ورسوم صفرية، والتعامل الفعال مع المعاملات الصغيرة أو تدفقات البيانات عالية التردد، لا سيما في قطاعات مثل إنترنت الأشياء، وتحليلات البيانات الضخمة، وحتى المدفوعات الصغيرة.

ومن المحتمل أيضاً أن تصبح الحلول الهجينة شائعة بشكل متزايد، حيث تجمع بين نقاط القوة في كلتا البنيتين. على سبيل المثال، يمكن للبلوكشين أن يعمل كطبقة قاعدة آمنة للتنسيق العام للشبكة أو حل النزاعات، بينما يمكن لـ DAG التعامل مع الجزء الأكبر من إنتاجية المعاملات لتطبيقات معينة.

البحث والتطوير المستمر

لا يزال مجال دفاتر الأستاذ الموزعة القائم على DAG شاباً نسبياً وهو مرتع للبحث والتطوير المستمر. يعمل المهندسون وعلماء التشفير باستمرار على:

• تحسين خوارزميات الإجماع: تطوير آليات إجماع أكثر قوة ولا مركزية وآمنة بشكل مثبت للـ DAGs.
• تعزيز مقاومة الهجمات: تحصين الـ DAGs ضد أشكال مختلفة من الهجمات الخبيثة، خاصة مع زيادة نشاط الشبكة والقيمة المخزنة عليها.
• تحسين قابلية التوسع: دفع حدود إنتاجية المعاملات وتقليل زمن الوصول بشكل أكبر.
• التوافق التشغيلي: استكشاف كيف يمكن للـ DAGs التفاعل بسلاسة مع الـ DAGs الأخرى وسلاسل الكتل التقليدية.

إن الدافع نحو دفاتر أستاذ موزعة أكثر قابلية للتوسع وكفاءة وصديقة للبيئة يضمن استمرار الـ DAGs كمجال حيوي للابتكار. ومع نضج هذه التقنيات واكتسابها المزيد من التبني في العالم الحقيقي، فإنها تمتلك القدرة على فتح جيل جديد من التطبيقات والخدمات اللامركزية التي لم تكن مجدية في السابق بسبب قيود البلوكشين التقليدية. إن التطور نحو دفاتر أستاذ موزعة أكثر كفاءة وتنوعاً هو رحلة مثيرة، والـ DAGs هي بلا شك جزء أساسي من مستقبلها.