Tìm hiểu về Đồ thị có hướng không chu trình (DAG) trong Sổ cái phân tán

Đồ thị có hướng không chu trình (DAG) là một cấu trúc dữ liệu toán học và máy tính được đặc trưng bởi một tập hợp các đỉnh (hoặc nút) và các cạnh, trong đó mỗi cạnh có một hướng xác định và không thể bắt đầu tại bất kỳ nút nào rồi đi theo một chuỗi các cạnh có hướng mà cuối cùng dẫn quay trở lại chính nút đó. Nói một cách đơn giản hơn, nó không có các đường dẫn vòng lặp. Hãy tưởng tượng một sơ đồ luồng nơi các mũi tên chỉ di chuyển về phía trước, không bao giờ tạo thành một vòng lặp quay lại bước trước đó. Mỗi nút trong DAG thường đại diện cho một sự kiện hoặc một mẩu dữ liệu, và các cạnh có hướng đại diện cho mối quan hệ hoặc sự phụ thuộc giữa các sự kiện này, thường biểu thị rằng một sự kiện đã xảy ra trước một sự kiện khác, hoặc một giao dịch tham chiếu đến một giao dịch khác.

Khi được áp dụng vào công nghệ sổ cái phân tán (DLT), DAG mang lại một phương pháp tiếp cận mới lạ để cấu trúc và xác thực các giao dịch, khác biệt đáng kể so với kiến trúc dựa trên khối, tuyến tính của các blockchain truyền thống. Thay vì các giao dịch được nhóm vào các khối và sau đó được thêm tuần tự vào một chuỗi duy nhất, một sổ cái dựa trên DAG thường coi các giao dịch riêng lẻ hoặc các nhóm giao dịch nhỏ là các 'nút' của đồ thị, và các giao dịch này trực tiếp tham chiếu và xác thực các giao dịch trước đó. Cấu trúc phi tuyến tính, liên kết chặt chẽ này là đặc điểm chính phân biệt DAG với công nghệ blockchain. Tính chất không chu trình là cực kỳ quan trọng để duy trì một thứ tự sự kiện mạch lạc và không thể đảo ngược, đảm bảo rằng các giao dịch không thể bị ghi đè hoặc chi tiêu gấp đôi (double-spent) bằng cách tạo thành một vòng lặp.

Tại sao DAG lại quan trọng đối với Công nghệ sổ cái phân tán

Sự đổi mới cốt lõi của công nghệ blockchain nằm ở khả năng tạo ra một sổ cái an toàn, bất biến và phi tập trung mà không cần dựa vào một cơ quan trung ương. Tuy nhiên, khi mức độ phổ biến và việc sử dụng tiền điện tử tăng lên, một số hạn chế của thiết kế blockchain nguyên thủy đã trở nên rõ ràng. Những hạn chế này thường xoay quanh khả năng mở rộng, tốc độ giao dịch và chi phí. DAG nổi lên như một giải pháp thay thế đầy hứa hẹn, nhằm giải quyết những thách thức này bằng cách tái hình dung cấu trúc dữ liệu cơ bản mà sổ cái phân tán được xây dựng trên đó.

Cấu trúc vốn có của DAG cho phép một mô hình xử lý giao dịch khác biệt. Trong khi blockchain xử lý các giao dịch theo đợt (khối) và thêm chúng lần lượt, DAG về mặt lý thuyết có thể xử lý các giao dịch song song, cho phép thông lượng tiềm năng cao hơn nhiều. Sự chuyển dịch kiến trúc này có thể cho phép DLT xử lý khối lượng giao dịch mỗi giây (TPS) lớn hơn đáng kể so với nhiều mạng blockchain hiện có, mở đường cho việc áp dụng rộng rãi hơn trong các trường hợp sử dụng yêu cầu tốc độ giao dịch cao, chẳng hạn như vi thanh toán (microtransactions) hoặc các ứng dụng Internet vạn vật (IoT).

Các đặc điểm chính của DAG

  • Có hướng (Directed): Mỗi kết nối (cạnh) giữa các nút đều có một hướng cụ thể, chỉ ra một luồng hoặc sự phụ thuộc, thường là từ một giao dịch cũ hơn đến một giao dịch mới hơn, hoặc từ một giao dịch đang xác thực đến một giao dịch được xác thực.
  • Không chu trình (Acyclic): Không có vòng lặp hoặc chu kỳ nào trong đồ thị. Đây là nền tảng để đảm bảo tính toàn vẹn và thứ tự của các giao dịch, ngăn chặn các tình huống mà một giao dịch có thể tham chiếu đến chính nó hoặc một giao dịch sau đó, điều này sẽ làm xói mòn tính hoàn tất và tạo ra các lỗ hổng.
  • Đồ thị (Graph): Cấu trúc này là một tập hợp các nút (đại diện cho các giao dịch hoặc sự kiện riêng lẻ) được kết nối với nhau bằng các cạnh (đại diện cho các mối quan hệ hoặc sự xác thực), tạo thành một mạng lưới phức tạp, đan xen thay vì một chuỗi tuyến tính đơn giản.

Nghẽn cổ chai Blockchain: Tại sao các giải pháp thay thế xuất hiện

Để đánh giá cao giá trị của DAG, việc hiểu rõ những hạn chế mà kiến trúc blockchain truyền thống có thể gây ra là điều thiết yếu, đặc biệt là trong các kịch bản nhu cầu cao.

Tóm tắt ngắn gọn về cấu trúc của Blockchain

Blockchain là một sổ cái phân tán, bất biến, bao gồm một danh sách các bản ghi ngày càng tăng, được gọi là các khối, được liên kết với nhau bằng mã hóa. Mỗi khối thường chứa dấu thời gian, dữ liệu giao dịch và mã băm (hash) của khối trước đó. Điều này tạo ra một chuỗi tuyến tính, chống giả mạo, nơi tính toàn vẹn của các khối trong quá khứ đảm bảo tính toàn vẹn của toàn bộ sổ cái. Các cơ chế đồng thuận như Proof of Work (PoW) hoặc Proof of Stake (PoS) được sử dụng để xác thực các khối mới và duy trì tính an toàn cũng như sự phi tập trung của mạng lưới.

Hạn chế của Blockchain truyền thống

Mặc dù mang tính cách mạng, các nguyên tắc thiết kế của nhiều blockchain đời đầu, đặc biệt là những blockchain sử dụng PoW, đã bộc lộ những hạn chế vốn có nhất định:

  1. Khả năng mở rộng (Giao dịch mỗi giây - TPS): Blockchain xử lý các giao dịch theo các đợt tuần tự. Tốc độ đào và thêm các khối mới vào chuỗi, cùng với kích thước hạn chế của mỗi khối, đã giới hạn tổng số giao dịch mà mạng lưới có thể xử lý mỗi giây. Ví dụ, Bitcoin thường xử lý khoảng 7 TPS và Ethereum khoảng 15-30 TPS (trước các bản nâng cấp Ethereum 2.0), thấp hơn nhiều so với yêu cầu của các hệ thống thanh toán toàn cầu như Visa (trung bình hàng nghìn TPS).
  2. Phí giao dịch: Để khuyến khích các thợ đào hoặc người xác thực xử lý giao dịch, người dùng thường phải trả phí giao dịch. Trong thời gian mạng lưới bị tắc nghẽn cao, các khoản phí này có thể tăng vọt, khiến các giao dịch nhỏ trở nên không kinh tế và ảnh hưởng đến trải nghiệm người dùng.
  3. Độ trễ (Thời gian xác nhận): Để một giao dịch được coi là "hoàn tất" trên blockchain, nó thường cần thêm nhiều khối tiếp theo được xếp chồng lên khối chứa giao dịch đó. Quá trình này có thể mất từ vài phút đến vài giờ, tùy thuộc vào blockchain và mức độ bảo mật yêu cầu, khiến nó không phù hợp cho các thanh toán tức thời.
  4. Tiêu thụ năng lượng (PoW): Các blockchain dựa trên PoW, chẳng hạn như Bitcoin, yêu cầu sức mạnh tính toán khổng lồ để bảo mật mạng lưới. Quy trình tiêu tốn nhiều năng lượng này đã gây ra những lo ngại đáng kể về môi trường và thúc đẩy nghiên cứu về các lựa chọn thay thế tiết kiệm năng lượng hơn.
  5. Front-Running và Giá trị có thể khai thác của thợ đào (MEV): Trong một số thiết kế blockchain, thợ đào hoặc người xác thực có thể sắp xếp các giao dịch trong một khối một cách chiến lược để giành lợi thế, dẫn đến các vấn đề như front-running trong tài chính phi tập trung (DeFi).

Những hạn chế này đã thúc đẩy việc tìm kiếm các kiến trúc sổ cái phân tán thay thế có thể vượt qua "nghẽn cổ chai của blockchain" và mang lại hiệu quả cao hơn mà không ảnh hưởng đến tính phi tập trung và bảo mật. DAG nổi lên như một trong những ứng cử viên sáng giá nhất trong nỗ lực này.

Sự khác biệt giữa DAG và Blockchain: Một bước chuyển đổi kiến trúc cơ bản

Sự khác biệt giữa DAG và blockchain không chỉ nằm ở bề ngoài; nó đại diện cho một sự phân kỳ cơ bản trong cách cấu trúc, duy trì và đạt được sự đồng thuận trong sổ cái phân tán.

Cấu trúc

  • Blockchain: Hãy tưởng tượng một đoàn tàu với các toa (khối) được liên kết trên một đường thẳng duy nhất. Mỗi toa có sức chứa cố định cho hành khách (giao dịch) và phải được gắn theo thứ tự. Nếu một toa đầy, bạn phải đợi toa tiếp theo.
  • DAG: Hãy hình dung một mạng lưới rộng lớn gồm các điểm riêng lẻ (giao dịch) kết nối với nhau. Mỗi điểm mới có thể kết nối với nhiều điểm trước đó, giống như các xe ô tô riêng lẻ chạy trên đường cao tốc, mỗi xe xác nhận một vài xe đã đi qua trước nó. Không có một con đường chính duy nhất mà có nhiều con đường tạo thành một mạng lưới web.

Cơ chế đồng thuận

Cách thức mà một sổ cái phân tán đạt được thỏa thuận về tính hợp lệ và thứ tự của các giao dịch chính là cơ chế đồng thuận của nó.

  • Blockchain:
    • Thợ đào/Người xác thực: Trong PoW, các thợ đào cạnh tranh để giải một câu đố mã hóa nhằm tạo ra một khối mới. Trong PoS, người xác thực được chọn dựa trên số lượng tiền điện tử họ đã đặt cọc (stake).
    • Xác nhận tuần tự: Các giao dịch được đóng gói vào một khối. Sau khi một khối được tạo và phát sóng, các nút khác sẽ xác minh và thêm nó vào bản sao chuỗi của họ. Quá trình này vốn dĩ mang tính tuần tự.
    • Trạng thái toàn cầu: Tất cả các nút đều duy trì một bản sao gần như giống hệt nhau của toàn bộ sổ cái, được cập nhật theo từng khối.
  • DAG:
    • Tự xác thực/Đồng thuận cục bộ: Nhiều hệ thống dựa trên DAG không có thợ đào hoặc người xác thực truyền thống theo nghĩa của blockchain. Thay vào đó, khi một giao dịch mới được gửi đi, nó thường được yêu cầu phải "phê duyệt" hoặc "xác thực" một hoặc nhiều giao dịch chưa được xác nhận trước đó. Bằng cách đó, giao dịch mới đóng góp vào tính bảo mật và sự xác nhận của mạng lưới.
    • Xử lý song song: Vì các giao dịch có thể tham chiếu độc lập đến các giao dịch trước đó mà không cần đợi khối được lấp đầy hoặc được đào, nhiều giao dịch có thể được xử lý và thêm vào đồ thị cùng một lúc.
    • "Trọng số" phân tán: "Trọng số" hoặc "độ an toàn" của một giao dịch thường tăng lên khi có thêm nhiều giao dịch sau đó phê duyệt nó. Một giao dịch trở nên bất biến và được xác nhận chắc chắn hơn khi nó nhận được nhiều tham chiếu hơn từ các giao dịch mới được xây dựng trên nó. Các ví dụ bao gồm:
      • Tangle của IOTA: Mỗi giao dịch mới xác thực hai giao dịch chưa được xác nhận trước đó, tạo thành một lưới.
      • Block-Lattice của Nano: Mỗi tài khoản có chuỗi giao dịch riêng (một "khối lưới"), và việc gửi giao dịch liên quan đến việc gửi đến chuỗi của tài khoản khác, nơi sẽ xác nhận các giao dịch trước đó.
      • Hypergraph của Constellation: Mục tiêu là trở thành một "mạng lưới của các mạng lưới", sử dụng một DAG đa tầng để xử lý các loại dữ liệu và tải lượng giao dịch khác nhau.

Khả năng mở rộng

  • Blockchain: Khả năng mở rộng thường là một nút thắt cổ chai do thời gian tạo khối và kích thước khối cố định. Việc tăng các thông số này quá mức có thể dẫn đến sự tập trung hóa vì ít nút hơn có thể quản lý được lượng dữ liệu lớn.
  • DAG: Nhiều thiết kế DAG vốn dĩ mang lại khả năng mở rộng cao hơn. Khi có nhiều giao dịch được gửi lên mạng lưới hơn, nhiều "công việc" (xác thực) được thực hiện hơn, điều này về mặt lý thuyết có thể dẫn đến thời gian xác nhận nhanh hơn và thông lượng giao dịch cao hơn. Điều này thường được gọi là "khả năng mở rộng thông qua tính song song" hoặc "càng nhiều hoạt động, tốc độ càng nhanh".

Phí giao dịch

  • Blockchain: Hầu hết các blockchain truyền thống dựa vào phí giao dịch để khuyến khích những người tham gia mạng lưới (thợ đào/người xác thực) và ngăn chặn thư rác (spam).
  • DAG: Một lợi thế đáng kể được nhiều dự án DAG quảng bá là việc loại bỏ phí giao dịch. Vì việc xác thực giao dịch thường là một yêu cầu tích hợp sẵn để gửi một giao dịch mới (ví dụ: bằng cách xác thực các giao dịch trước đó), nên không cần thanh toán khuyến khích bên ngoài. Điều này khiến DAG đặc biệt hấp dẫn đối với các giao dịch vi mô và thanh toán giữa máy với máy (M2M).

Thời gian xác nhận

  • Blockchain: Có thể dao động từ vài phút đến một giờ để đạt được tính hoàn tất mạnh mẽ, tùy thuộc vào số lượng xác nhận yêu cầu.
  • DAG: Tiềm năng nhanh hơn nhiều. Các giao dịch có thể đạt được mức độ xác nhận đủ (đủ các giao dịch sau đó tham chiếu đến chúng) trong vài giây hoặc thậm chí dưới một giây, tùy thuộc vào hoạt động của mạng lưới và việc triển khai DAG cụ thể.

Các khái niệm và cơ chế chính trong hệ thống dựa trên DAG

Kiến trúc độc đáo của DAG đòi hỏi các phương pháp tiếp cận khác nhau đối với các thách thức cơ bản của DLT, đặc biệt là liên quan đến xác thực giao dịch, tính bất biến và bảo mật.

Xác thực giao dịch

Trong nhiều hệ thống dựa trên DAG, trách nhiệm xác thực giao dịch chuyển từ một nhóm thợ đào/người xác thực chuyên dụng sang chính người dùng. Khi một người dùng muốn thực hiện một giao dịch mới, họ thường được yêu cầu:

  1. Chọn Tips: Xác định một hoặc nhiều giao dịch chưa được xác nhận (thường được gọi là "tips") từ phần rìa của đồ thị mà giao dịch mới của họ sẽ phê duyệt. Quá trình lựa chọn này có thể liên quan đến các thuật toán được thiết kế để chọn các tip giúp tối đa hóa tiến trình và tính bảo mật chung của mạng lưới.
  2. Thực hiện Proof of Work (hoặc tương đương): Để ngăn chặn thư rác và đảm bảo mức độ nỗ lực tính toán tối thiểu, người dùng có thể cần thực hiện một Proof of Work nhỏ, cục bộ hoặc một tác vụ tiêu tốn tài nguyên khác dành riêng cho giao dịch của họ. Việc này thường nhẹ hơn nhiều so với PoW trên toàn hệ thống blockchain.
  3. Gắn vào và Phát sóng: Giao dịch mới, có tham chiếu đến các tip đã được phê duyệt, sau đó được gắn vào đồ thị và phát sóng lên mạng lưới. Các nút nhận được nó sẽ xác minh PoW và tính hợp lệ của các tip được tham chiếu.

Khi có thêm nhiều giao dịch được thêm vào, tham chiếu đến các giao dịch cũ hơn, "độ sâu" và "trọng số" của một giao dịch sẽ tăng lên, biểu thị sự xác nhận và tính bảo mật ngày càng cao của nó.

Đạt được tính bất biến

Tính bất biến trong DAG đạt được không phải bằng cách trở thành một phần của một chuỗi các khối được liên kết mã hóa duy nhất, mà bằng cách trở nên gắn chặt sâu sắc vào đồ thị thông qua vô số giao dịch tiếp theo tham chiếu đến nó.

  • Trọng số tích lũy: Mỗi giao dịch phê duyệt một giao dịch trước đó sẽ thêm "trọng số" cho giao dịch trước đó đó. Càng nhiều giao dịch phê duyệt gián tiếp hoặc trực tiếp một giao dịch cũ, nó càng tích lũy được nhiều "trọng số". Một giao dịch có đủ trọng số tích lũy được coi là đã xác nhận và thực tế là bất biến, vì sẽ cần một nỗ lực tính toán khổng lồ để hoàn tác tất cả các giao dịch được xây dựng trên nó.
  • Không có sự phân tách (Forks): Không giống như blockchain nơi các nhánh (fork) có thể xảy ra (sự chia tách tạm thời trong chuỗi), hầu hết các DAG được thiết kế để hội tụ về một trạng thái sổ cái duy nhất, nhất quán. Thuật toán đồng thuận thường đảm bảo rằng các giao dịch xung đột không thể cùng đạt được mức độ xác nhận đáng kể.

Cân nhắc về bảo mật

Mặc dù mang lại khả năng mở rộng, DAG cũng giới thiệu những thách thức bảo mật mới cần được thiết kế cẩn thận:

  • Ngăn chặn chi tiêu gấp đôi: Mối quan tâm chính của bất kỳ sổ cái phân tán nào là ngăn người dùng chi tiêu cùng một số tiền hai lần. Trong DAG, điều này thường được giải quyết bằng:
    • Thuật toán lựa chọn Tip: Được thiết kế để đảm bảo rằng các giao dịch mới luôn được xây dựng trên các phần hợp lệ, không xung đột của đồ thị.
    • Giải quyết giao dịch xung đột: Nếu hai giao dịch xung đột được phát hành, mạng lưới phải có cơ chế để xác định và cuối cùng loại bỏ một giao dịch, thường là ưu tiên giao dịch tích lũy được nhiều trọng số hoặc sự phê duyệt hơn.
    • Sự quan sát của nút: Mỗi nút trong mạng lưới có trách nhiệm quan sát và chỉ lan truyền các giao dịch hợp lệ, loại bỏ bất kỳ giao dịch xung đột nào mà họ phát hiện được.
  • Tấn công Sybil: Tấn công Sybil liên quan đến một thực thể duy nhất tạo ra nhiều danh tính giả để giành được ảnh hưởng không tương xứng đối với mạng lưới. Trong các hệ thống mà việc xác thực giao dịch do người dùng thực hiện, một kẻ tấn công Sybil có thể tạo ra nhiều giao dịch để gây ảnh hưởng đến việc xác nhận hoặc dàn xếp chi tiêu gấp đôi. Các thiết kế DAG thường bao gồm các biện pháp như PoW cục bộ hoặc hệ thống danh tiếng để giảm thiểu điều này.
  • Các vector tấn công (ví dụ: Tương đương tấn công 51%): Mặc dù không phải là một cuộc "tấn công 51%" truyền thống trên một chuỗi duy nhất, một kẻ tấn công mạnh mẽ trong DAG có khả năng kiểm soát một phần đáng kể việc phát hành giao dịch của mạng lưới, cho phép họ:
    • Dàn xếp chi tiêu gấp đôi: Bằng cách phát hành một giao dịch xung đột và sau đó nhanh chóng xây dựng thêm "trọng số" cho nó hơn là giao dịch hợp lệ.
    • Kiểm duyệt giao dịch: Bằng cách từ chối phê duyệt các giao dịch hợp lệ cụ thể. Các cuộc tấn công này thường được giảm thiểu bằng cách thiết kế các thuật toán lựa chọn tip mạnh mẽ và đảm bảo rằng chi phí tạo ra các giao dịch độc hại lớn hơn lợi ích tiềm năng thu được.

Mối lo ngại về sự tập trung hóa

Một số triển khai DAG đời đầu đã phải đối mặt với những lời chỉ trích về khía cạnh tập trung hóa, thường được đưa vào để khởi động mạng lưới hoặc tăng cường bảo mật trong giai đoạn đầu. Ví dụ, một số hệ thống có thể sử dụng một "điều phối viên" (coordinator) hoặc một nhóm các nút đáng tin cậy cụ thể để cung cấp bảo mật bổ sung hoặc đảm bảo lựa chọn tip phù hợp, đặc biệt là khi hoạt động của mạng lưới còn thấp. Mục tiêu của các dự án này thường là phi tập trung hóa dần dần khi mạng lưới phát triển và trưởng thành.

Ưu điểm và nhược điểm của kiến trúc DAG

Sổ cái phân tán dựa trên DAG trình bày một giải pháp thay thế hấp dẫn cho các blockchain truyền thống, mang lại một bộ ưu và nhược điểm riêng biệt.

Ưu điểm

  1. Khả năng mở rộng cao: Đây được cho là lợi thế đáng kể nhất. Bằng cách cho phép xử lý song song các giao dịch, DAG về mặt lý thuyết có thể xử lý khối lượng giao dịch mỗi giây cao hơn nhiều. Khi có thêm nhiều người tham gia và phát hành giao dịch, công suất và tốc độ của mạng lưới thực tế có thể tăng lên, trái ngược với blockchain nơi nhu cầu tăng thường dẫn đến tắc nghẽn.
  2. Phí giao dịch thấp hoặc bằng không: Nhiều triển khai DAG được thiết kế để không mất phí. Vì người dùng thường xác thực các giao dịch trước đó như một phần của việc gửi giao dịch của chính họ, nên không cần phải trả tiền cho các thợ đào hoặc người xác thực bên ngoài. Điều này khiến DAG trở nên lý tưởng cho các giao dịch vi mô và thanh toán giữa máy với máy, những yếu tố quan trọng đối với hệ sinh thái IoT.
  3. Tính hoàn tất giao dịch nhanh chóng: Không cần đợi các khối được đào hoặc chờ nhiều xác nhận khối, các giao dịch trên DAG có thể đạt được mức độ xác nhận cao (đủ trọng số tích lũy) trong vài giây, hoặc thậm chí ngay lập tức đối với các giao dịch nhỏ hơn.
  4. Hiệu quả năng lượng: Hầu hết các hệ thống dựa trên DAG không dựa vào hoạt động đào Proof of Work tốn nhiều năng lượng để bảo mật toàn bộ mạng lưới. "Công việc" cần thiết cho một giao dịch thường là một PoW nhỏ, cục bộ, giúp DAG thân thiện với môi trường hơn đáng kể so với các blockchain PoW.
  5. Tiềm năng cho các ứng dụng Vi thanh toán và IoT: Sự kết hợp giữa khả năng mở rộng cao, không tốn phí và tính hoàn tất nhanh chóng khiến DAG đặc biệt phù hợp để hỗ trợ thanh toán và trao đổi dữ liệu giữa vô số thiết bị trong Internet vạn vật, cũng như cho các giao dịch rất nhỏ và thường xuyên.

Nhược điểm

  1. Độ trưởng thành và Kiểm chứng thực tế: Công nghệ DAG trong không gian DLT vẫn còn tương đối mới so với blockchain. Mặc dù đầy hứa hẹn về mặt lý thuyết, nhiều dự án DAG vẫn đang ở giai đoạn đầu và các tuyên bố về bảo mật và khả năng mở rộng của chúng ít được "kiểm chứng qua thực tế" trong các điều kiện khắc nghiệt qua thời gian dài.
  2. Sự phức tạp về bảo mật: Thiết kế các cơ chế đồng thuận mạnh mẽ và thực sự phi tập trung cho DAG là một thách thức phức tạp. Việc đảm bảo bảo vệ chống lại chi tiêu gấp đôi, tấn công Sybil và các lỗ hổng khác mà không dựa vào các phương pháp blockchain truyền thống đòi hỏi các giải pháp mã hóa và thuật toán sáng tạo và thường rất phức tạp.
  3. Phổ phi tập trung: Một số triển khai DAG đời đầu đã bị chỉ trích về mức độ phi tập trung của chúng, đặc biệt nếu chúng dựa vào các thành phần như điều phối viên trong giai đoạn đầu để duy trì an ninh hoặc hướng dẫn lựa chọn tip. Mặc dù nhiều dự án hướng tới sự phi tập trung hoàn toàn, nhưng việc đạt được điều đó có thể là một quá trình dần dần.
  4. Khởi động mạng lưới (Bootstrapping): Một thách thức chính đối với các DAG dựa trên giao dịch do người dùng xác thực là việc khởi động một mạng lưới mới. Nếu không có đủ các giao dịch đang hoạt động, quá trình xác nhận có thể chậm chạp, làm cho mạng lưới kém an toàn hơn. Một mức độ hoạt động mạng nhất định thường được yêu cầu để đạt được hiệu suất tối ưu.
  5. Sự hiểu biết và Áp dụng: Mô hình khái niệm của DAG thường phức tạp hơn đối với người dùng phổ thông so với mô hình blockchain tuyến tính. Điều này có thể ảnh hưởng đến sự hiểu biết và áp dụng rộng rãi hơn.

Ứng dụng thực tế và các ví dụ đáng chú ý về DAG trong Crypto

Một số dự án đã mạo hiểm triển khai kiến trúc DAG, mỗi dự án có cách tiếp cận và trường hợp sử dụng mục tiêu hơi khác nhau.

Constellation (DAG)

Constellation là một dự án tiền điện tử sử dụng rõ ràng "DAG" làm mã cổ phiếu của mình, làm nổi bật kiến trúc nền tảng của nó. Dự án nhằm giải quyết các vấn đề về khả năng mở rộng mà các blockchain truyền thống gặp phải, đặc biệt là trong việc xử lý dữ liệu lớn (big data) và tạo điều kiện cho khả năng tương tác giữa các nguồn dữ liệu khác nhau.

Constellation sử dụng một kiến trúc DAG đa tầng độc đáo được gọi là Hypergraph. Hypergraph được thiết kế để trở thành một mạng lưới các DAG được kết nối với nhau, cho phép tạo ra các "state channels" (kênh trạng thái) hoặc các DAG phụ khác nhau có thể xử lý các loại dữ liệu và giao dịch khác nhau một cách song song. Điều này cho phép Constellation xử lý các tính toán dữ liệu phức tạp và các kiến trúc định hướng vi dịch vụ (microservice) với thông lượng cao và độ trễ thấp. Dự án hướng tới các giải pháp doanh nghiệp, trao đổi dữ liệu an toàn và xác thực hiệu quả các tập dữ liệu khổng lồ, vốn là những yếu tố quan trọng đối với các ngành như hàng không vũ trụ, chăm sóc sức khỏe và quản lý chuỗi cung ứng.

IOTA

IOTA là một trong những đơn vị tiên phong trong việc phổ biến công nghệ DAG cho sổ cái phân tán, cụ thể là với kiến trúc "Tangle" của mình. Tangle là một DAG nơi mỗi giao dịch mới trực tiếp phê duyệt hai giao dịch chưa xác nhận trước đó. Bằng cách đó, người dùng gửi giao dịch sẽ đóng góp vào quy trình bảo mật và xác nhận của mạng lưới mà không cần thợ đào hay phí giao dịch. Trọng tâm chính của IOTA là Internet vạn vật (IoT), giao tiếp giữa máy với máy và "nền kinh tế máy móc", nơi các thiết bị có thể trao đổi dữ liệu và giá trị với nhau một cách an toàn. Thiết kế không tốn phí, có khả năng mở rộng của nó đặc biệt hấp dẫn đối với hàng tỷ giao dịch nhỏ dự kiến trong tương lai của IoT.

Nano

Nano là một dự án tiền điện tử dựa trên DAG nổi bật khác tập trung vào việc cung cấp các khoản thanh toán nhanh chóng, không tốn phí và có khả năng mở rộng. Kiến trúc của nó, được gọi là Block-Lattice, gán cho mỗi tài khoản một blockchain cá nhân riêng (một "khối lưới"). Khi một người dùng gửi tiền, họ tạo ra một khối "gửi" trên chuỗi của mình và người nhận tạo ra một khối "nhận" tương ứng trên chuỗi của họ. Cách tiếp cận độc đáo này cho phép các giao dịch được xử lý gần như ngay lập tức, vì không có quy trình xác nhận khối toàn cầu nào phải chờ đợi. Nano nhấn mạnh vào sự đơn giản và hiệu quả, nhằm mục đích trở thành một lựa chọn thay thế khả thi cho các thanh toán bằng tiền kỹ thuật số hàng ngày.

Các dự án mới nổi khác

Mặc dù IOTA, Nano và Constellation là những ví dụ nổi tiếng, nhiều dự án và sáng kiến nghiên cứu khác đang khám phá cấu trúc DAG hoặc các mô hình lai DAG-blockchain để giải quyết các thách thức cụ thể của ngành. Chúng bao gồm các dự án tập trung vào truy xuất nguồn gốc chuỗi cung ứng, danh tính phi tập trung và tính toán hiệu năng cao, tất cả đều tận dụng tiềm năng về khả năng mở rộng và hiệu quả độc đáo của DAG.

Tương lai của DAG trong bối cảnh DLT

Sự xuất hiện của Đồ thị có hướng không chu trình đại diện cho một bước tiến hóa đáng kể trong lĩnh vực công nghệ sổ cái phân tán. Chúng không chỉ đơn thuần là một sự tinh chỉnh nhỏ đối với các mô hình blockchain hiện có mà là một sự tái hình dung cơ bản về cách các mạng lưới phi tập trung có thể cấu trúc dữ liệu và đạt được sự đồng thuận.

Công nghệ thay thế hay bổ trợ?

Câu hỏi liệu DAG có thay thế blockchain hay không là một vấn đề phức tạp. Khả năng cao là chúng sẽ đóng vai trò như một công nghệ bổ trợ, mỗi loại sẽ vượt trội trong các trường hợp sử dụng khác nhau:

  • Blockchain có thể tiếp tục được ưu tiên cho các ứng dụng yêu cầu bảo mật cực cao, cấu trúc đơn giản và tính hoàn tất giao dịch có thể dự đoán được, đặc biệt là nơi khối lượng giao dịch không phải là mối quan tâm hàng đầu (ví dụ: lưu trữ tài sản có giá trị cao, các giao thức DeFi cốt lõi).
  • DAG sẵn sàng thống trị các kịch bản đòi hỏi khả năng mở rộng khổng lồ, giao dịch tức thời, không tốn phí và xử lý hiệu quả các giao dịch vi mô hoặc các dòng dữ liệu tần suất cao, đặc biệt là trong các lĩnh vực như IoT, phân tích dữ liệu lớn và thậm chí có thể là thanh toán vi mô.

Cũng có khả năng là các giải pháp lai sẽ ngày càng trở nên phổ biến, kết hợp thế mạnh của cả hai kiến trúc. Chẳng hạn, một blockchain có thể đóng vai trò là lớp nền tảng an toàn cho việc điều phối toàn bộ mạng lưới hoặc giải quyết tranh chấp, trong khi một DAG có thể xử lý phần lớn thông lượng giao dịch cho các ứng dụng cụ thể.

Nghiên cứu và Phát triển đang diễn ra

Lĩnh vực DLT dựa trên DAG vẫn còn tương đối trẻ và là một điểm nóng của các hoạt động nghiên cứu và phát triển. Các kỹ sư và nhà mã hóa đang liên tục nỗ lực để:

  • Cải thiện các thuật toán đồng thuận: Phát triển các cơ chế đồng thuận mạnh mẽ hơn, phi tập trung hơn và có thể chứng minh được tính an toàn cho DAG.
  • Tăng cường khả năng chống tấn công: Củng cố DAG chống lại các hình thức tấn công độc hại khác nhau, đặc biệt là khi hoạt động mạng và giá trị được lưu trữ trên đó tăng lên.
  • Tối ưu hóa khả năng mở rộng: Đẩy xa các ranh giới của thông lượng giao dịch và giảm độ trễ hơn nữa.
  • Khả năng tương tác: Khám phá cách các DAG có thể tương tác liền mạch với các DAG khác và các blockchain truyền thống.

Động lực hướng tới các sổ cái phân tán có khả năng mở rộng hơn, hiệu quả hơn và thân thiện với môi trường hơn đảm bảo rằng DAG sẽ tiếp tục là một lĩnh vực đổi mới quan trọng. Khi những công nghệ này trưởng thành và được áp dụng nhiều hơn trong thực tế, chúng nắm giữ tiềm năng giải phóng một thế hệ ứng dụng và dịch vụ phi tập trung mới mà trước đây không khả thi do các hạn chế của blockchain truyền thống. Cuộc tiến hóa hướng tới các sổ cái phân tán ngày càng hiệu quả và linh hoạt là một hành trình thú vị, và DAG chắc chắn là một phần quan trọng của tương lai đó.