Zrozumienie skierowanych grafów acyklicznych (DAG) w rozproszonych rejestrach

Skierowany graf acykliczny (Directed Acyclic Graph – DAG) to matematyczna i obliczeniowa struktura danych charakteryzująca się zbiorem wierzchołków (lub węzłów) oraz krawędzi, gdzie każda krawędź ma określony kierunek i niemożliwe jest rozpoczęcie w dowolnym węźle i podążanie sekwencją skierowanych krawędzi tak, aby ostatecznie powrócić do tego samego węzła. Mówiąc prościej, nie istnieją w nim ścieżki cykliczne. Wyobraźmy sobie schemat blokowy, w którym strzałki poruszają się tylko do przodu, nigdy nie tworząc pętli prowadzącej z powrotem do poprzedniego kroku. Każdy węzeł w DAG zazwyczaj reprezentuje zdarzenie lub fragment danych, a skierowane krawędzie reprezentują relację lub zależność między tymi zdarzeniami, zwykle oznaczając, że jedno zdarzenie wydarzyło się przed innym lub że jedna transakcja odwołuje się do innej.

W zastosowaniu do technologii rozproszonego rejestru (DLT), struktury DAG oferują nowatorskie podejście do konstruowania i walidacji transakcji, znacząco odbiegając od liniowej, opartej na blokach architektury tradycyjnych blockchainów. Zamiast grupować transakcje w bloki, które są następnie dodawane sekwencyjnie do pojedynczego łańcucha, rejestr oparty na DAG często traktuje pojedyncze transakcje lub ich małe grupy jako „węzły” grafu, a transakcje te bezpośrednio odwołują się do poprzednich i je walidują. Ta połączona, nieliniowa struktura jest tym, co przede wszystkim odróżnia DAG jako alternatywę dla technologii blockchain. Acykliczna natura grafu jest kluczowa dla zachowania spójnej i nieodwracalnej kolejności zdarzeń, zapewniając, że transakcje nie mogą zostać nadpisane ani podwójnie wydane poprzez utworzenie pętli.

Dlaczego grafy DAG są istotne dla technologii rozproszonego rejestru

Rdzeń innowacji technologii blockchain leży w jej zdolności do tworzenia bezpiecznego, niezmiennego i scentralizowanego rejestru bez polegania na centralnym autorytecie. Jednak wraz ze wzrostem popularności i użytkowania kryptowalut, pewne ograniczenia oryginalnego projektu blockchain stały się widoczne. Ograniczenia te często dotyczą skalowalności, szybkości transakcji i kosztów. Grafy DAG wyłoniły się jako obiecująca alternatywa, mająca na celu rozwiązanie tych wyzwań poprzez ponowne zdefiniowanie fundamentalnej struktury danych, na której budowane są rozproszone rejestry.

Wrodzona struktura DAG pozwala na inny paradygmat przetwarzania transakcji. Podczas gdy blockchain przetwarza transakcje w partiach (blokach) i dodaje je jedna po drugiej, DAG teoretycznie może przetwarzać transakcje równolegle, co pozwala na potencjalnie znacznie wyższą przepustowość. Ta zmiana architektoniczna mogłaby umożliwić systemom DLT obsługę znacznie większej liczby transakcji na sekundę (TPS) w porównaniu do wielu istniejących sieci blockchain, torując drogę do szerszej adaptacji w przypadkach użycia wymagających wysokiej częstotliwości transakcji, takich jak mikrotransakcje lub aplikacje Internetu Rzeczy (IoT).

Kluczowe cechy grafów DAG

  • Skierowany (Directed): Każde połączenie (krawędź) między węzłami ma określony kierunek, wskazujący przepływ lub zależność, często od starszej transakcji do nowszej lub od transakcji walidującej do walidowanej.
  • Acykliczny (Acyclic): W grafie nie ma pętli ani cykli. Jest to fundamentalne dla zapewnienia integralności i uporządkowania transakcji, zapobiegając sytuacjom, w których transakcja mogłaby odwoływać się do samej siebie lub do transakcji późniejszej, co podważyłoby ostateczność (finality) i wprowadziło luki w zabezpieczeniach.
  • Graf (Graph): Struktura jest zbiorem węzłów (reprezentujących pojedyncze transakcje lub zdarzenia) połączonych krawędziami (reprezentującymi relacje lub walidacje), tworząc złożoną, splecioną sieć, a nie prosty liniowy łańcuch.

Wąskie gardło blockchaina: Dlaczego powstały alternatywy

Aby docenić wartość oferowaną przez DAG, niezbędne jest zrozumienie ograniczeń, jakie narzuca tradycyjna architektura blockchain, szczególnie w scenariuszach o wysokim popycie.

Krótkie przypomnienie struktury blockchaina

Blockchain to rozproszony, niezmienny rejestr składający się z rosnącej listy rekordów zwanych blokami, które są ze sobą połączone przy użyciu kryptografii. Każdy blok zazwyczaj zawiera znacznik czasu, dane transakcyjne oraz kryptograficzny hash poprzedniego bloku. Tworzy to liniowy, odporny na manipulacje łańcuch, w którym integralność przeszłych bloków zapewnia integralność całego rejestru. Mechanizmy konsensusu, takie jak Proof of Work (PoW) lub Proof of Stake (PoS), są wykorzystywane do walidacji nowych bloków i utrzymania bezpieczeństwa oraz decentralizacji sieci.

Ograniczenia tradycyjnego blockchaina

Mimo że są rewolucyjne, zasady projektowe wielu wczesnych blockchainów, szczególnie tych korzystających z PoW, wprowadzają pewne nieodłączne ograniczenia:

  1. Skalowalność (Transakcje Na Sekundę – TPS): Blockchainy przetwarzają transakcje w sekwencyjnych partiach. Szybkość, z jaką nowe bloki mogą być wydobywane i dodawane do łańcucha, wraz z ograniczonym rozmiarem każdego bloku, ogranicza całkowitą liczbę transakcji, które sieć może obsłużyć w ciągu sekundy. Na przykład Bitcoin zazwyczaj przetwarza około 7 TPS, a Ethereum około 15-30 TPS (przed aktualizacjami Ethereum 2.0), co jest wynikiem znacznie poniżej wymagań globalnych systemów płatniczych, takich jak Visa (średnio tysiące TPS).
  2. Opłaty transakcyjne: Aby zachęcić górników lub walidatorów do przetwarzania transakcji, użytkownicy często muszą uiszczać opłaty. W okresach dużego obciążenia sieci opłaty te mogą drastycznie wzrosnąć, czyniąc małe transakcje nieopłacalnymi i negatywnie wpływając na doświadczenia użytkowników.
  3. Latencja (Czas potwierdzenia): Aby transakcja została uznana za „ostateczną” w blockchainie, często wymaga dodania wielu kolejnych bloków nad blokiem zawierającym daną transakcję. Może to zająć od kilku minut do kilku godzin, w zależności od blockchaina i wymaganego poziomu bezpieczeństwa, co czyni go nieodpowiednim dla płatności natychmiastowych.
  4. Zużycie energii (PoW): Blockchainy oparte na PoW, takie jak Bitcoin, wymagają ogromnych ilości mocy obliczeniowej do zabezpieczenia sieci. Ten energochłonny proces wywołał istotne obawy dotyczące środowiska i skłonił do poszukiwań bardziej energooszczędnych alternatyw.
  5. Front-Running i Miner Extractable Value (MEV): W niektórych projektach blockchain górnicy lub walidatorzy mogą strategicznie układać transakcje w bloku, aby uzyskać przewagę, co prowadzi do problemów takich jak front-running w finansach zdecentralizowanych (DeFi).

Ograniczenia te napędziły poszukiwania alternatywnych architektur rozproszonych rejestrów, które mogłyby pokonać „wąskie gardło blockchaina” i zaoferować większą wydajność bez rezygnacji z decentralizacji i bezpieczeństwa. DAG wyłonił się jako jeden z najbardziej obiecujących kandydatów w tym dążeniu.

Jak DAG różni się od blockchaina: Fundamentalna zmiana architektoniczna

Różnica między DAG a blockchainem nie jest jedynie powierzchowna; reprezentuje ona fundamentalną rozbieżność w sposobie strukturyzowania, utrzymywania i osiągania konsensusu w rozproszonych rejestrach.

Struktura

  • Blockchain: Wyobraźmy sobie pociąg z wagonami (blokami) połączonymi w jedną, prostą linię. Każdy wagon ma określoną pojemność dla pasażerów (transakcji) i musi zostać dołączony w odpowiedniej kolejności. Jeśli jeden wagon jest pełny, czekasz na następny.
  • DAG: Wyobraźmy sobie ogromną, wzajemnie połączoną sieć pojedynczych punktów (transakcji). Każdy nowy punkt może połączyć się z wieloma poprzednimi punktami, niczym pojedyncze samochody jadące autostradą, z których każdy potwierdza kilka samochodów, które przejechały przed nim. Nie ma jednej głównej „drogi”, lecz wiele ścieżek tworzących sieć.

Mechanizm konsensusu

Sposób, w jaki rozproszony rejestr osiąga porozumienie co do ważności i kolejności transakcji, jest jego mechanizmem konsensusu.

  • Blockchain:
    • Górnicy/Walidatorzy: W PoW górnicy rywalizują o rozwiązanie zagadki kryptograficznej, aby stworzyć nowy blok. W PoS walidatorzy są wybierani na podstawie ich zastawionej (stakowanej) kryptowaluty.
    • Sekwencyjne potwierdzanie: Transakcje są łączone w blok. Po utworzeniu i rozgłoszeniu bloku, inne węzły weryfikują go i dodają do swojej kopii łańcucha. Proces ten jest z natury sekwencyjny.
    • Stan globalny: Wszystkie węzły utrzymują niemal identyczną kopię całego rejestru, aktualizowaną blok po bloku.
  • DAG:
    • Autowalidacja/Lokalny konsensus: Wiele systemów opartych na DAG nie posiada tradycyjnych górników ani walidatorów w sensie znanym z blockchaina. Zamiast tego, przy przesyłaniu nowej transakcji, często wymagane jest „zatwierdzenie” lub „walidacja” jednej lub więcej poprzednich, niepotwierdzonych transakcji. W ten sposób nowa transakcja przyczynia się do bezpieczeństwa i potwierdzania sieci.
    • Przetwarzanie równoległe: Ponieważ transakcje mogą odwoływać się do poprzednich niezależnie, bez czekania na zapełnienie lub wydobycie bloku, wiele transakcji może być przetwarzanych i dodawanych do grafu jednocześnie.
    • Rozproszona „waga”: „Waga” lub „bezpieczeństwo” transakcji zazwyczaj rośnie wraz z liczbą kolejnych transakcji, które ją zatwierdzają. Transakcja staje się bardziej niezmienna i potwierdzona w miarę uzyskiwania większej liczby odniesień z nowszych transakcji budowanych na niej. Przykłady obejmują:
      • Tangle projektu IOTA: Każda nowa transakcja waliduje dwie poprzednie niepotwierdzone transakcje, tworząc siatkę.
      • Block-Lattice projektu Nano: Każde konto posiada własny łańcuch transakcji („block-lattice”), a wysyłanie transakcji wiąże się z wysyłką do łańcucha innego konta, co potwierdza poprzednie transakcje.
      • Hypergraph projektu Constellation: Ma to być „sieć sieci”, wykorzystująca wielowarstwowy DAG do obsługi różnych typów danych i obciążeń transakcyjnych.

Skalowalność

  • Blockchain: Skalowalność jest często wąskim gardłem ze względu na stałe czasy generowania bloków i ich rozmiary. Zbyt duże zwiększenie tych parametrów może prowadzić do centralizacji, ponieważ mniej węzłów jest w stanie zarządzać większą ilością danych.
  • DAG: Wiele projektów DAG z natury oferuje większą skalowalność. Wraz z przesyłaniem większej liczby transakcji do sieci, wykonywanych jest więcej „prac” (walidacji), co teoretycznie może prowadzić do szybszych czasów potwierdzenia i wyższej przepustowości. Często określa się to jako „skalowalność poprzez równoległość” lub zasadę „im większa aktywność, tym szybciej działa sieć”.

Opłaty transakcyjne

  • Blockchain: Większość tradycyjnych blockchainów polega na opłatach transakcyjnych, aby motywować uczestników sieci (górników/walidatorów) i zapobiegać spamowi.
  • DAG: Istotną zaletą podkreślaną przez wiele projektów DAG jest eliminacja opłat transakcyjnych. Ponieważ walidacja transakcji jest często wbudowanym wymogiem przesłania nowej transakcji (np. poprzez walidację poprzednich), nie ma potrzeby zewnętrznej zapłaty motywacyjnej. Czyni to DAG szczególnie atrakcyjnym rozwiązaniem dla mikrotransakcji i płatności typu maszyna-maszyna (M2M).

Czas potwierdzenia

  • Blockchain: Może wynosić od kilku minut do godziny dla uzyskania solidnej ostateczności, w zależności od liczby wymaganych potwierdzeń.
  • DAG: Potencjalnie znacznie szybciej. Transakcje mogą osiągnąć wystarczający poziom potwierdzenia (odpowiednią liczbę odwołujących się do nich kolejnych transakcji) w ciągu sekund, a nawet ułamków sekund, zależnie od aktywności sieci i konkretnej implementacji DAG.

Kluczowe koncepcje i mechanizmy w systemach opartych na DAG

Unikalna architektura DAG wymaga innych podejść do fundamentalnych wyzwań DLT, szczególnie w zakresie walidacji transakcji, niezmienności i bezpieczeństwa.

Walidacja transakcji

W wielu systemach opartych na DAG odpowiedzialność za walidację transakcji przesuwa się z dedykowanej grupy górników/walidatorów na samych użytkowników. Gdy użytkownik chce zainicjować nową transakcję, często jest zobowiązany do:

  1. Wyboru „końcówek” (tips): Zidentyfikowania jednej lub więcej niepotwierdzonych transakcji (często nazywanych „tips”) na krawędzi grafu, które ich nowa transakcja zatwierdzi. Ten proces selekcji może obejmować algorytmy zaprojektowane tak, aby wybierać końcówki maksymalizujące ogólny postęp i bezpieczeństwo sieci.
  2. Wykonania Proof of Work (lub podobnego zadania): Aby zapobiec spamowi i zapewnić minimalny poziom wysiłku obliczeniowego, użytkownik może być zmuszony do wykonania małego, lokalnego zadania Proof of Work lub innego zadania zasobochłonnego specyficznego dla jego transakcji. Jest to zazwyczaj znacznie lżejsze niż PoW w skali całego blockchaina.
  3. Dołączenia i rozgłoszenia: Nowa transakcja, odwołująca się do zatwierdzonych końcówek, jest następnie dołączana do grafu i rozgłaszana w sieci. Węzły ją otrzymujące weryfikują PoW oraz ważność odwołujących się końcówek.

W miarę dodawania kolejnych transakcji odwołujących się do starszych, „głębokość” i „waga” transakcji rosną, co oznacza jej coraz większe potwierdzenie i bezpieczeństwo.

Osiąganie niezmienności

Niezmienność (immutability) w DAG nie jest osiągana poprzez bycie częścią pojedynczego, kryptograficznie połączonego łańcucha bloków, lecz poprzez głębokie osadzenie w grafie za sprawą mnóstwa kolejnych transakcji odwołujących się do niej.

  • Skumulowana waga: Każda transakcja zatwierdzająca poprzednią transakcję dodaje „wagę” do tej poprzedniej. Im więcej transakcji bezpośrednio lub pośrednio zatwierdza starą transakcję, tym większą „wagę” ona gromadzi. Transakcja o wystarczającej skumulowanej wadze jest uważana za potwierdzoną i praktycznie niezmienną, ponieważ wymagałoby to ogromnego wysiłku obliczeniowego, aby cofnąć wszystkie transakcje zbudowane na niej.
  • Brak forków: W przeciwieństwie do blockchainów, gdzie mogą wystąpić forki (tymczasowe rozwidlenia łańcucha), większość systemów DAG jest zaprojektowana tak, aby zbiegać się ku pojedynczemu, spójnemu stanowi rejestru. Algorytm konsensusu zazwyczaj zapewnia, że sprzeczne transakcje nie mogą jednocześnie uzyskać znaczącego potwierdzenia.

Kwestie bezpieczeństwa

Oferując skalowalność, DAG-i wprowadzają nowe wyzwania w zakresie bezpieczeństwa, które wymagają starannego zaprojektowania:

  • Zapobieganie podwójnemu wydatkowaniu: Głównym problemem każdego rozproszonego rejestru jest zapobieganie dwukrotnemu wydaniu tych samych środków przez użytkownika. W DAG-ach rozwiązuje się to zazwyczaj poprzez:
    • Algorytmy wyboru końcówek: Zaprojektowane tak, aby nowe transakcje zawsze budowały na prawidłowych, niekonfliktowych częściach grafu.
    • Rozstrzyganie konfliktów transakcyjnych: Jeśli zostaną wydane dwie sprzeczne transakcje, sieć musi mieć mechanizm do identyfikacji i ostatecznego odrzucenia jednej z nich, zwykle faworyzując tę, która gromadzi większą skumulowaną wagę lub liczbę zatwierdzeń.
    • Obserwacja węzłów: Każdy węzeł w sieci jest odpowiedzialny za obserwowanie i propagowanie tylko ważnych transakcji, odrzucając wszelkie wykryte konflikty.
  • Ataki Sybil: Atak Sybil polega na stworzeniu przez jeden podmiot wielu fałszywych tożsamości w celu uzyskania nieproporcjonalnego wpływu na sieć. W systemach, gdzie walidacja transakcji jest wykonywana przez użytkowników, atakujący Sybil mógłby potencjalnie generować wiele transakcji, aby wpłynąć na potwierdzenia lub zorganizować podwójne wydatkowanie. Projekty DAG często zawierają środki takie jak lokalne PoW lub systemy reputacji, aby to łagodzić.
  • Wektory ataków (np. odpowiednik ataku 51%): Choć nie jest to tradycyjny „atak 51%” na pojedynczy łańcuch, potężny napastnik w DAG-u mógłby potencjalnie kontrolować znaczną część emisji transakcji w sieci, co pozwoliłoby mu na:
    • Organizowanie podwójnych wydatków: Poprzez wydanie sprzecznej transakcji, a następnie szybkie zbudowanie na niej większej „wagi” niż na transakcji legalnej.
    • Cenzurowanie transakcji: Poprzez odmowę zatwierdzania określonych, legalnych transakcji. Ataki te są zazwyczaj łagodzone przez projektowanie solidnych algorytmów wyboru końcówek i zapewnienie, że koszt generowania złośliwych transakcji przewyższa potencjalny zysk.

Obawy dotyczące centralizacji

Niektóre wczesne implementacje DAG spotkały się z krytyką dotyczącą aspektów centralizacji, często wprowadzanej w celu rozruchu (bootstrap) sieci lub zwiększenia bezpieczeństwa we wczesnych fazach. Na przykład niektóre systemy mogą korzystać z „koordynatora” lub określonego zestawu zaufanych węzłów, aby zapewnić dodatkowe bezpieczeństwo lub zagwarantować właściwy wybór końcówek, zwłaszcza gdy aktywność sieci jest niska. Celem tych projektów jest zazwyczaj stopniowa decentralizacja w miarę wzrostu i dojrzewania sieci.

Zalety i wady architektur DAG

Rozproszone rejestry oparte na DAG stanowią przekonującą alternatywę dla tradycyjnych blockchainów, niosąc ze sobą odrębny zestaw plusów i minusów.

Zalety

  1. Wysoka skalowalność: Jest to prawdopodobnie najważniejsza zaleta. Pozwalając na równoległe przetwarzanie transakcji, DAG-i mogą teoretycznie obsługiwać znacznie większą liczbę transakcji na sekundę. W miarę jak dołącza więcej uczestników i emituje transakcje, przepustowość i szybkość sieci mogą faktycznie wzrosnąć, co kontrastuje z blockchainami, gdzie zwiększony popyt często prowadzi do przeciążenia.
  2. Niskie lub zerowe opłaty transakcyjne: Wiele implementacji DAG została zaprojektowana jako bezpłatna. Ponieważ użytkownicy często walidują poprzednie transakcje w ramach przesyłania własnych, nie ma potrzeby płacenia zewnętrznym górnikom czy walidatorom. Czyni to DAG idealnym rozwiązaniem dla mikrotransakcji i płatności M2M, które są kluczowe dla ekosystemów IoT.
  3. Szybka ostateczność transakcji: Bez konieczności czekania na wydobycie bloków lub na wielokrotne potwierdzenia blokowe, transakcje w DAG-ach mogą osiągnąć wysoki stopień potwierdzenia (wystarczającą skumulowaną wagę) w ciągu kilku sekund, a nawet natychmiastowo w przypadku mniejszych transakcji.
  4. Efektywność energetyczna: Większość systemów opartych na DAG nie polega na energochłonnym kopaniu metodą Proof of Work w celu zabezpieczenia całej sieci. „Praca” wymagana dla transakcji jest często małym, lokalnym PoW, co czyni DAG-i znacznie bardziej przyjaznymi dla środowiska niż blockchainy PoW.
  5. Potencjał dla mikrotransakcji i aplikacji IoT: Połączenie wysokiej skalowalności, zerowych opłat i szybkiej ostateczności sprawia, że DAG-i są szczególnie dobrze przystosowane do umożliwiania płatności i wymiany danych między licznymi urządzeniami w Internecie Rzeczy, a także do bardzo małych, częstych transakcji.

Wady

  1. Dojrzałość i sprawdzenie w boju: Technologia DAG w przestrzeni DLT jest stosunkowo młoda w porównaniu do blockchaina. Choć teoretycznie obiecujące, wiele projektów DAG znajduje się wciąż we wczesnych fazach, a ich deklaracje dotyczące bezpieczeństwa i skalowalności są mniej „sprawdzone w boju” w ekstremalnych warunkach przez dłuższy czas.
  2. Złożoność bezpieczeństwa: Projektowanie solidnych i prawdziwie zdecentralizowanych mechanizmów konsensusu dla DAG-ów jest złożonym wyzwaniem. Zapewnienie ochrony przed podwójnym wydatkowaniem, atakami Sybil i innymi lukami bez polegania na tradycyjnych metodach blockchain wymaga innowacyjnych i często skomplikowanych rozwiązań kryptograficznych i algorytmicznych.
  3. Spektrum decentralizacji: Niektóre wczesne implementacje DAG spotkały się z krytyką dotyczącą poziomu ich decentralizacji, szczególnie jeśli opierają się na komponentach takich jak koordynatorzy w początkowych fazach, aby utrzymać bezpieczeństwo lub kierować wyborem końcówek. Choć wiele projektów dąży do pełnej decentralizacji, osiągnięcie tego może być stopniowym procesem.
  4. Rozruch sieci (Bootstrapping): Kluczowym wyzwaniem dla DAG-ów opartych na walidacji transakcji przez użytkowników jest uruchomienie nowej sieci. Jeśli nie ma wystarczającej liczby aktywnych transakcji, proces potwierdzania może być wolny, co czyni sieć mniej bezpieczną. Do optymalnego działania wymagany jest pewien poziom aktywności sieciowej.
  5. Zrozumienie i adopcja: Model koncepcyjny DAG jest często trudniejszy do zrozumienia dla przeciętnego użytkownika niż liniowy model blockchaina. Może to wpływać na szersze zrozumienie i adopcję technologii.

Zastosowania w świecie rzeczywistym i godne uwagi przykłady DAG w krypto

Kilka projektów podjęło próbę wdrożenia architektur DAG, każdy z nieco innym podejściem i docelowym przypadkiem użycia.

Constellation (DAG)

Constellation to projekt kryptowalutowy, który jawnie używa „DAG” jako części swojego symbolu giełdowego, podkreślając swoją fundamentalną architekturę. Ma on na celu rozwiązanie problemów ze skalowalnością, z którymi borykają się tradycyjne blockchainy, szczególnie w zakresie obsługi Big Data i ułatwiania interoperacyjności między różnymi źródłami danych.

Constellation wykorzystuje unikalną, wielowarstwową architekturę DAG zwaną Hypergraph. Hypergraph został zaprojektowany jako sieć wzajemnie połączonych DAG-ów, co pozwala na tworzenie różnych „kanałów stanu” (state channels) lub pod-DAG-ów, które mogą równolegle przetwarzać różne rodzaje danych i transakcji. Umożliwia to Constellation obsługę złożonych obliczeń danych i architektur zorientowanych na mikrousługi z wysoką przepustowością i niskimi opóźnieniami. Projekt celuje w rozwiązania dla przedsiębiorstw, bezpieczną wymianę danych oraz wydajną walidację masowych zbiorów danych, co jest krytyczne dla branż takich jak lotnictwo, opieka zdrowotna i zarządzanie łańcuchem dostaw.

IOTA

IOTA jest jednym z pionierów popularyzacji technologii DAG w rozproszonych rejestrach, konkretnie dzięki swojej architekturze „Tangle”. Tangle to DAG, w którym każda nowa transakcja bezpośrednio zatwierdza dwie poprzednie, niepotwierdzone transakcje. W ten sposób użytkownicy przesyłający transakcje przyczyniają się do bezpieczeństwa sieci i procesu potwierdzania bez konieczności udziału górników czy opłat transakcyjnych. Głównym celem IOTA jest Internet Rzeczy (IoT), komunikacja maszyna-maszyna oraz „gospodarka maszynowa”, w której urządzenia mogą bezpiecznie wymieniać między sobą dane i wartość. Bezpłatna, skalowalna konstrukcja jest szczególnie atrakcyjna dla miliardów drobnych transakcji oczekiwanych w przyszłości IoT.

Nano

Nano to kolejny wybitny projekt kryptowalutowy oparty na DAG, który skupia się na zapewnieniu szybkich, bezpłatnych i skalowalnych płatności. Jego architektura, znana jako Block-Lattice, przypisuje każdemu kontu własny, indywidualny blockchain. Gdy użytkownik wysyła środki, tworzy blok „wysyłający” we własnym łańcuchu, a odbiorca tworzy odpowiadający mu blok „odbierający” w swoim łańcuchu. To unikalne podejście pozwala na niemal natychmiastowe przetwarzanie transakcji, ponieważ nie trzeba czekać na globalny proces potwierdzania bloku. Nano kładzie nacisk na prostotę i wydajność, dążąc do bycia realną alternatywą dla codziennych płatności walutą cyfrową.

Inne wschodzące projekty

Choć IOTA, Nano i Constellation to najbardziej znane przykłady, różne inne projekty i inicjatywy badawcze badają struktury DAG lub modele hybrydowe DAG-blockchain, aby rozwiązać specyficzne wyzwania branżowe. Należą do nich projekty skupione na identyfikowalności łańcucha dostaw, zdecentralizowanej tożsamości oraz obliczeniach o wysokiej wydajności, a wszystkie one wykorzystują unikalny potencjał skalowalności i wydajności DAG-ów.

Przyszłość DAG w krajobrazie DLT

Pojawienie się skierowanych grafów acyklicznych reprezentuje znaczący krok ewolucyjny w dziedzinie technologii rozproszonego rejestru. Nie są one jedynie drobną poprawką istniejących paradygmatów blockchain, lecz fundamentalnym przedefiniowaniem tego, jak zdecentralizowane sieci mogą strukturyzować dane i osiągać konsensus.

Zastępstwo czy technologia uzupełniająca?

Pytanie, czy DAG-i zastąpią blockchainy, jest złożone. Bardziej prawdopodobne jest, że będą służyć jako technologia uzupełniająca, z których każda będzie excelować w innych zastosowaniach:

  • Blockchainy mogą być nadal preferowane w aplikacjach wymagających ekstremalnie wysokiego bezpieczeństwa, prostoty struktury i przewidywalnej ostateczności transakcji, szczególnie tam, gdzie wolumen transakcji nie jest absolutnie priorytetowy (np. przechowywanie aktywów o wysokiej wartości, podstawowe protokoły DeFi).
  • DAG-i mają szansę zdominować scenariusze wymagające ogromnej skalowalności, błyskawicznych transakcji, zerowych opłat oraz wydajnej obsługi mikrotransakcji lub strumieni danych o wysokiej częstotliwości, szczególnie w sektorach takich jak IoT, analityka Big Data, a potencjalnie nawet mikropłatności.

Prawdopodobne jest również, że coraz powszechniejsze staną się rozwiązania hybrydowe, łączące mocne strony obu architektur. Na przykład blockchain mógłby działać jako bezpieczna warstwa bazowa dla ogólnej koordynacji sieci lub rozstrzygania sporów, podczas gdy DAG mógłby obsługiwać większość przepustowości transakcyjnej dla konkretnych aplikacji.

Trwające badania i rozwój

Dziedzina DLT oparta na DAG jest wciąż stosunkowo młoda i stanowi centrum intensywnych badań oraz rozwoju. Inżynierowie i kryptografowie nieustannie pracują nad:

  • Ulepszaniem algorytmów konsensusu: Opracowywaniem bardziej solidnych, zdecentralizowanych i sprawdzalnie bezpiecznych mechanizmów konsensusu dla DAG-ów.
  • Zwiększaniem odporności na ataki: Wzmacnianiem DAG-ów przeciwko różnym formom złośliwych ataków, szczególnie w miarę wzrostu aktywności sieciowej i wartości przechowywanej na nich.
  • Optymalizacją skalowalności: Jeszcze dalszym przesuwaniem granic przepustowości transakcyjnej i redukcją latencji.
  • Interoperacyjnością: Badaniem, w jaki sposób DAG-i mogą płynnie współpracować z innymi DAG-ami oraz tradycyjnymi blockchainami.

Dążenie do bardziej skalowalnych, wydajnych i przyjaznych dla środowiska rozproszonych rejestrów gwarantuje, że DAG-i pozostaną kluczowym obszarem innowacji. W miarę jak technologie te będą dojrzewać i zyskiwać na adopcji w świecie rzeczywistym, niosą one potencjał do odblokowania nowej generacji zdecentralizowanych aplikacji i usług, które wcześniej były niewykonalne ze względu na ograniczenia tradycyjnych blockchainów. Ewolucja w kierunku coraz bardziej wydajnych i wszechstronnych rozproszonych rejestrów to ekscytująca podróż, a DAG-i są niezaprzeczalnie krytyczną częścią jej przyszłości.