Що таке орієнтований ациклічний граф (DAG)?

Технологія орієнтованого ациклічного графа (DAG) є важливою інновацією у сфері розподілених реєстрів і пропонує альтернативу традиційній блокчейн-архітектурі. Блокчейн змінив фінансову індустрію, забезпечивши децентралізовану, прозору та безпечну обробку транзакцій. DAG став наступним етапом розвитку фінтех-технологій. Розуміння принципів DAG у структурі даних і його застосування в криптовалютних системах є необхідним для тих, хто досліджує сучасні розподілені реєстри. Ця стаття розкриває основи технології DAG, принципи її роботи та порівнює з класичними блокчейн-системами.

DAG проти технології блокчейна

Орієнтований ациклічний граф (DAG) — це інструмент моделювання даних, який використовують окремі криптовалюти як альтернативу блокчейн-технології. Щоб зрозуміти принципи DAG у сфері даних, варто знати, що архітектура DAG кардинально відрізняється від структури блокчейна. Замість послідовних блоків даних, DAG побудований як граф із колами та лініями. Кожне коло (вершина) відповідає окремій дії або транзакції для додавання в мережу. Лінії (ребра) визначають напрямок і порядок затвердження транзакцій.

Термін «орієнтований ациклічний граф» базується на двох властивостях цієї архітектури. По-перше, вона «орієнтована», тобто зв’язки між вершинами рухаються лише в одному напрямку, що створює хронологічний порядок транзакцій. По-друге, вона «ациклічна», тобто вершини не утворюють циклів, що не допускає кругових залежностей. Така структура забезпечує ефективне моделювання даних і дозволяє аналізувати взаємозв’язки між змінними та їхній вплив одна на одну.

У криптовалютних проєктах архітектура DAG допомагає досягати консенсусу у розподілених мережах без створення блоків і майнінгу. Транзакції формуються безпосередньо одна на одній, а не групуються у блоки, що значно прискорює обробку та підвищує ефективність мережі порівняно з класичними блокчейн-системами.

У чому різниця між DAG і блокчейном?

DAG і блокчейн виконують схожі функції у криптовалютній індустрії, але мають принципові відмінності. Найочевидніша різниця стосується структури. Блокчейн організовує транзакції у послідовні блоки, які криптографічно зв’язані і формують ланцюг. DAG не створює блоків, а формує транзакції безпосередньо одна на одній у вигляді графа.

Візуально ці технології також різняться. Блокчейн нагадує ланцюг із блоків, а DAG — складний граф із вузлами і напрямленими ребрами. Така різниця у структурі визначає способи обробки, перевірки і додавання транзакцій до мережі. Відсутність блоків у DAG виключає часові інтервали для їх створення, забезпечуючи гнучку та швидку обробку транзакцій.

Як працює технологія DAG?

Принцип роботи DAG простий, але ефективний. Щоб зрозуміти механізми DAG у процесах даних, слід знати, що система складається з вершин (кіл) та ребер (ліній), де кожна вершина — це окрема транзакція. Коли користувач хоче додати нову транзакцію, він спочатку має підтвердити одну або декілька попередніх транзакцій, які ще не підтверджені. Такі транзакції називають «tips» («підказки»).

Процес підтвердження відбувається так: до надсилання власної транзакції користувач підтверджує поточні tips у мережі. Після цього його транзакція стає новим tip, який підтверджуватимуть наступні користувачі. Це створює саморегульовану систему, де спільнота формує нові шари транзакцій, а мережа розвивається завдяки участі користувачів.

Для запобігання подвійного витрачання DAG використовує механізм валідації, що простежує всю історію транзакцій. Вузли, підтверджуючи старі транзакції, перевіряють весь шлях до першої транзакції у графі. Це гарантує достатність балансу і легітимність усіх попередніх транзакцій. Якщо користувач намагається побудувати транзакцію на недійсному шляху, його транзакція буде проігнорована мережею, навіть якщо вона правильна, бо система виявить невідповідність балансу через попередні хибні транзакції.

Для чого застосовують DAG?

Вивчення DAG у сфері прикладних даних дозволяє визначити ключові сценарії використання у криптовалютній екосистемі. Основне призначення — ефективна обробка транзакцій у порівнянні з блокчейн-системами. Відсутність блоків ліквідує затримки, пов’язані зі створенням і майнінгом блоків, і дозволяє користувачам надсилати транзакції безперервно. Необхідно лише підтверджувати попередні транзакції, створюючи спільний процес валідації.

Енергоефективність — ще одна важлива перевага DAG. На відміну від блокчейнів із алгоритмами Proof of Work (PoW), які потребують значних ресурсів, криптовалюти на основі DAG споживають лише невелику частку енергії. Деякі системи DAG все ще використовують PoW, але їхні енерговитрати набагато менші, ніж у класичних блокчейн-мережах.

Обробка мікроплатежів особливо ефективна для DAG. Традиційні блокчейн-системи не завжди можуть працювати з мікроплатежами, оскільки комісії можуть перевищувати суму переказу. DAG усуває або суттєво знижує комісії, залишаючи лише мінімальні винагороди для вузлів. Навіть за високого навантаження ці комісії залишаються стабільними і низькими, що робить DAG оптимальним для частих малих переказів.

Які криптовалюти застосовують DAG?

Хоча ефективність DAG визнають багато учасників криптоспільноти, лише кілька проєктів реалізували цю технологію. Один із найвідоміших — IOTA. Проєкт IOTA (MIOTA) отримав назву від «Internet of Things Application». Він здобув визнання завдяки швидкості транзакцій, масштабованості, безпеці, конфіденційності і цілісності даних.

IOTA використовує унікальну структуру Tangle, яка складається з вузлів і танглів — комбінацій вузлів для підтвердження транзакцій. Кожен користувач має підтвердити дві інші транзакції перед затвердженням своєї. Цей механізм гарантує участь усіх користувачів у консенсусі та повну децентралізацію мережі.

Nano — ще один проєкт із технологією DAG, який поєднує елементи DAG і блокчейна. Всі дані передаються через вузли, а кожен користувач має власний гаманець із блокчейн-архітектурою. Транзакції підтверджують і відправник, і одержувач. Nano відомий швидкістю транзакцій, масштабованістю, безпекою, конфіденційністю і нульовими комісіями.

BlockDAG також використовує архітектуру DAG, пропонує енергоефективні майнінгові пристрої та мобільний додаток для майнінгу BDAG токенів. На відміну від чотирирічного циклу халвінгу Bitcoin, BDAG має щорічний цикл халвінгу.

Переваги та недоліки DAG

DAG має переваги та обмеження, які повинні враховуватися при виборі цієї технології для систем управління даними.

Серед переваг DAG — висока швидкість транзакцій. Відсутність блокових інтервалів дозволяє обробляти транзакції у будь-який час. Система не обмежує обсяг транзакцій, потрібно лише підтверджувати попередні. Низькі або нульові комісії — ще одна перевага, оскільки відсутній майнінг і немає потреби у винагородах для майнерів. Більшість систем DAG не мають комісій, деякі передбачають лише мінімальні винагороди вузлам. Це особливо вигідно для мікроплатежів.

Енергоефективність відрізняє DAG від традиційних блокчейнів. Відсутність інтенсивного PoW-майнінгу значно знижує споживання енергії і об’єм викидів. Масштабованість у DAG значно вища, адже немає блокових затримок і «вузьких місць» характерних для багатьох блокчейн-мереж.

Серед недоліків — проблеми децентралізації у деяких протоколах DAG, що використовують централізовані елементи для запуску мережі. Такі системи ще не довели здатність працювати без сторонніх втручань, а їх вилучення може зробити мережу уразливою для атак. Крім того, DAG не був протестований у великих масштабах і не має такого рівня поширення, як Layer-2 рішення на основі блокчейна, тому перспективи її довгострокової життєздатності залишаються відкритими.

Висновок

Орієнтовані ациклічні графи — це перспективна технологія з великим потенціалом у сфері розподілених реєстрів. Розуміння DAG у структурі даних дозволяє оцінити її переваги над класичними блокчейн-системами: низькі комісії, висока масштабованість, менше споживання енергії і швидка обробка транзакцій. Ці переваги роблять DAG особливо корисною для мікроплатежів та Інтернету речей.

Однак DAG залишається недостатньо розвиненою і має обмеження, що не дозволяють їй повністю замінити блокчейн-системи. Централізація і відсутність тестування у великих масштабах — це проблеми, які необхідно вирішити. Технологія все ще розвивається, а її можливості та обмеження належить дослідити.

DAG — це не «вбивця блокчейна», а доповнювальна технологія для окремих сценаріїв використання. У майбутньому блокчейн і DAG, ймовірно, співіснуватимуть, виконуючи різні функції. Криптоспільнота уважно стежить за розвитком DAG і новими сценаріями її використання. Розуміння принципів DAG у архітектурі даних буде важливим із розвитком цієї технології та її застосуванням у розподілених системах.

FAQ

Що означає DAG?

DAG — абревіатура від Directed Acyclic Graph. Це структура даних, яка використовується у блокчейн- і криптовалютних технологіях.

Що таке DAG-база даних?

DAG-база даних — це структура орієнтованого ациклічного графа для зберігання і організації даних. Вона забезпечує ефективний пошук і обробку складних зв’язків, що робить її оптимальною для блокчейн- і розподілених систем.