Що таке орієнтований ациклічний граф (DAG)?

Технологія орієнтованого ациклічного графа (DAG) є важливою інновацією у сфері криптовалют і блокчейну. Фінансово-технологічний сектор постійно змінюється. DAG став альтернативною структурою даних, яка має унікальні переваги порівняно з класичним блокчейном. У цій статті розглядаються основи технології DAG, принципи її роботи, а також її роль у ширшій екосистемі криптовалют. Описані конкретні приклади ациклічних графів.

Коротко

Технологія DAG забезпечує кілька ключових переваг у порівнянні з традиційними блокчейн-системами. Найважливішим є вища швидкість транзакцій і краща масштабованість за рахунок відсутності процесу створення та майнінгу блоків. На відміну від лінійної структури блоків, у DAG транзакції організуються у вигляді взаємозв’язаних вузлів, що підвищує ефективність і зменшує енергоспоживання. Технологія також забезпечує мінімальні або відсутні комісії, що робить її особливо придатною для мікроплатежів. DAG не призначений для повної заміни блокчейну, а є альтернативним рішенням для окремих сценаріїв. Попри переваги, технологія DAG стикається з проблемами, зокрема ризиками централізації, і ще не довела можливість повністю замінити блокчейн у всіх застосуваннях.

DAG і технологія блокчейну

Орієнтований ациклічний граф — це інструмент моделювання та структуризації даних, який деякі криптовалюти використовують як альтернативу блокчейну. Його часто називають «blockchain killer» (потенційний конкурент блокчейну). DAG викликає значний інтерес щодо потенціалу змінити криптовалютну індустрію. Однак невідомо, чи зможе DAG повністю витіснити блокчейн, оскільки блокчейн як і раніше залишається основною технологією у сфері криптовалют.

Архітектура DAG принципово відрізняється від блокчейну структурою та підходом. Як приклад ациклічного графа, DAG побудований на мережі кіл і ліній, де кожне коло (вершина) — це окрема дія чи транзакція, яку потрібно додати до мережі. Лінії (ребра) визначають порядок затвердження транзакцій і завжди спрямовані лише в один бік, що й обумовлює назву «орієнтований ациклічний граф». «Орієнтований» означає односпрямованість, а «ациклічний» — відсутність циклів між вершинами. Така структура ефективна для моделювання даних і дозволяє аналізувати зв’язки між змінними. У криптовалютах DAG спрощує досягнення консенсусу в розподілених мережах. Головна відмінність — транзакції не об’єднуються в блоки, а формуються безпосередньо одна за одною, що значно підвищує швидкість у порівнянні з блокчейном.

Яка різниця між DAG і блокчейном?

DAG і блокчейн виконують схожі ролі у криптовалютній сфері, однак мають суттєві структурні відмінності. Найважливіша — спосіб організації даних: DAG не створює блоків, як блокчейн. Транзакції формуються безперервно одна на попередній. Візуально блокчейн — це ланцюг блоків, а DAG — це мережа пов’язаних кіл і ліній, що є практичним прикладом ациклічного графа. Це зумовлює відмінності у швидкості, масштабованості та енергоефективності обох технологій.

Як працює технологія DAG?

Принцип роботи технології DAG базується на особливій структурі вершин і ребер. У DAG-системах кожна вершина — це окрема транзакція, що послідовно додається до попередніх, ілюструючи ациклічний граф на практиці. Коли користувач створює транзакцію, спершу він повинен підтвердити одну з раніше поданих транзакцій. Такі попередні транзакції називаються «tips» (непідтверджені транзакції, що очікують валідації). Щоб додати нову транзакцію, користувач має підтвердити tips, після чого його транзакція стає новим tip, який чекатиме підтвердження від інших. Так утворюється безперервний шаровий ефект, коли спільнота нарощує транзакційні шари, і система розвивається органічно.

Технологія містить надійні механізми для запобігання подвійним витратам. Під час валідації старих транзакцій вузли перевіряють увесь шлях транзакції до генезис-транзакції, підтверджуючи достатність балансу і легітимність усіх операцій. Спроба побудувати транзакцію на недійсному шляху призведе до її відхилення, навіть якщо її зміст коректний, оскільки система перевіряє валідність всіх попередніх транзакцій. Такий механізм підтримує цілісність та безпеку мережі без класичного майнінгу.

Для чого використовують DAG?

Технологія DAG має кілька практичних застосувань у криптовалютній екосистемі. Головна функція — підвищення ефективності транзакцій порівняно з традиційними блокчейн-системами. Відсутність блоків усуває затримки через створення блоку, дозволяючи подавати транзакції без очікування. Єдина вимога — підтвердження попередніх транзакцій перед додаванням нової.

Ще одна важлива перевага — енергоефективність. На відміну від блокчейнів із Proof-of-Work, що потребують значних обчислювальних ресурсів, криптовалюти на DAG споживають менше енергії, зберігаючи аналогічні консенсус-механізми. Зниження споживання електроенергії допомагає вирішувати екологічні питання криптовалютних операцій.

DAG особливо ефективний для обробки мікроплатежів. Традиційні блокчейн-реєстри нерідко не підходять для малих транзакцій, оскільки комісії можуть перевищувати суму платежу. У DAG-системах немає комісій або вони мінімальні, і залишаються стабільними навіть при високому навантаженні мережі. Це робить DAG ідеальним для частих і дрібних платежів, і надає практичні приклади використання ациклічних графів у реальних умовах.

Які криптовалюти використовують DAG?

Попри ефективність DAG, відносно небагато криптовалютних проєктів впровадили цю технологію. IOTA — один із провідних прикладів: назва розшифровується як Internet of Things Application. Проєкт стартував у 2016 році. IOTA (MIOTA) відома швидкістю транзакцій, масштабованістю, безпекою, захистом приватності та цілісністю даних. Проєкт використовує «tangle» (мережу кількох вузлів для валідації транзакцій), що слугує прикладом ациклічного графа. Користувач має підтвердити дві інші транзакції для схвалення своєї, забезпечуючи участь у консенсусі та децентралізацію мережі.

Nano — ще одна помітна реалізація DAG, яка комбінує DAG і блокчейн. Система передає і приймає дані через вузли, а кожен користувач підтримує власний гаманець із блокчейн-елементами. Для підтвердження транзакції потрібна згода відправника й одержувача. Nano відома швидкістю, масштабованістю, безпекою, захистом приватності й відсутністю комісій.

BlockDAG пропонує ще одну модель: енергоефективні майнінгові установки та мобільний застосунок для майнінгу токенів BDAG. На відміну від чотирирічного циклу халвінгу у Bitcoin, BDAG застосовує щорічний халвінг, що формує особливу економічну динаміку й дає ще один приклад ациклічного графа у криптовалютній сфері.

Переваги та недоліки DAG

DAG, як і будь-яка технологія, має переваги й недоліки, які варто враховувати.

Переваги DAG включають високу швидкість, відсутність обмежень часу блоку, можливість обробки транзакцій у будь-який момент без ліміту кількості — достатньо підтвердити попередні транзакції. Також характерні відсутність або мінімальні комісії, бо не потрібно виплачувати винагороди майнерам, хоча деякі системи стягують невеликі комісії для спеціальних вузлів. Це вигідно для мікротранзакцій. DAG усуває традиційний майнінг, значно знижуючи енергоспоживання та екологічне навантаження у порівнянні з блокчейном на Proof-of-Work. Технологія забезпечує кращу масштабованість, бо відсутність часу блоку усуває затримки, властиві класичному блокчейну.

Однак технологія DAG стикається з певними викликами. Залишається проблема децентралізації — деякі DAG-протоколи містять централізовані елементи. Багато проєктів вважають це тимчасовим рішенням для старту мережі, але DAG ще не продемонстрував ефективну роботу без сторонніх втручань. У разі їхньої відсутності мережі можуть стати вразливими до атак. Крім того, технологія DAG ще недостатньо випробувана у масштабах реального використання. Попри кілька років існування, вона не досягла поширеності, співмірної з іншими блокчейн-інноваціями, наприклад, Layer-2 рішеннями.

Висновок

Орієнтовані ациклічні графи — це інноваційна технологія з великим потенціалом у сфері криптовалют. Вона має переваги, як-от нижчі комісії та краща масштабованість, порівняно з класичним блокчейном, однак наразі технологія DAG ще не повністю розвинена і має обмеження, що заважають їй стати повноцінною альтернативою блокчейну. Технологія розвивається, і багато її можливостей і обмежень ще належить дослідити. Однак переваги DAG викликають значний інтерес у криптовалютній спільноті, і багато хто очікує появи нових сценаріїв використання. Ймовірно, DAG не замінить блокчейн повністю, а стане додатковим інструментом для окремих задач, де його властивості забезпечують максимальні переваги. Вивчення практичних прикладів ациклічних графів допомагає зрозуміти їх застосування та майбутній потенціал цієї технології.