Đồ thị có hướng không chu trình (DAG) là gì?

Đồ thị có hướng không chu trình (DAG) là một bước tiến nổi bật trong lĩnh vực sổ cái phân tán, mang lại phương án thay thế cho kiến trúc blockchain truyền thống. Blockchain đã tạo bước ngoặt lớn cho ngành tài chính thông qua khả năng xử lý giao dịch phi tập trung, minh bạch và bảo mật; DAG lại nổi lên như một công nghệ tiến hóa tiếp theo từ lĩnh vực fintech. Việc nắm bắt DAG trong cấu trúc dữ liệu và cách ứng dụng vào hệ thống tiền mã hóa là điều cốt lõi cho những ai nghiên cứu về công nghệ sổ cái phân tán hiện đại. Bài viết này sẽ trình bày tổng quan về công nghệ DAG, cơ chế hoạt động, cũng như so sánh với hệ thống blockchain thông thường.

DAG và công nghệ blockchain

Đồ thị có hướng không chu trình (DAG) là công cụ mô hình hóa và cấu trúc dữ liệu, được một số loại tiền mã hóa sử dụng thay thế cho blockchain. Để hiểu DAG trong ngữ cảnh dữ liệu, cần xác định rằng kiến trúc DAG hoàn toàn khác biệt so với blockchain về mặt cấu trúc. Thay vì tổ chức dữ liệu thành chuỗi khối nối tiếp, DAG sử dụng cấu trúc đồ thị gồm các vòng tròn và đường thẳng. Mỗi vòng tròn—được gọi là đỉnh (vertex)—đại diện cho từng hoạt động hoặc giao dịch cần bổ sung vào mạng. Các đường thẳng—gọi là cạnh (edge)—thể hiện hướng di chuyển và thứ tự phê duyệt giao dịch.

Thuật ngữ "đồ thị có hướng không chu trình" phản ánh hai đặc điểm then chốt của cấu trúc này: "có hướng" nghĩa là các kết nối giữa các đỉnh chỉ đi một chiều, đảm bảo thứ tự thời gian rõ ràng cho các giao dịch; "không chu trình" nghĩa là các đỉnh không tạo vòng lặp về chính nó, tránh các phụ thuộc vòng tròn. Nhờ đó, DAG cho phép mô hình hóa dữ liệu hiệu quả, giúp người dùng dễ dàng quan sát mối quan hệ giữa nhiều biến số và xác định cách các biến này tác động qua lại.

Trong lĩnh vực tiền mã hóa, kiến trúc DAG giúp các dự án đạt đồng thuận trong mạng phân tán mà không cần quá trình tạo khối và khai thác truyền thống. Các giao dịch được xây trực tiếp lên nhau thay vì gom thành từng khối, nhờ đó tốc độ xử lý giao dịch và hiệu suất mạng được nâng cao rõ rệt so với hệ thống blockchain thông thường.

Sự khác biệt giữa DAG và blockchain là gì?

Mặc dù DAG và blockchain đều phục vụ các mục đích tương tự trong ngành tiền mã hóa, vẫn có nhiều điểm khác biệt cốt lõi. Khi phân tích DAG trong kiến trúc dữ liệu, điểm khác biệt dễ nhận thấy nhất chính là cấu trúc. Blockchain sắp xếp giao dịch thành các khối nối tiếp, liên kết bằng mật mã, tạo chuỗi khối trực quan. Trong khi đó, DAG không tạo khối mà xây giao dịch trực tiếp lên các giao dịch trước, hình thành đồ thị kết nối.

Hình thức trực quan của hai công nghệ này cũng rất khác biệt: blockchain giống như chuỗi khối tuyến tính, còn DAG là đồ thị phức tạp với nhiều nút liên kết và cạnh có hướng. Sự khác biệt về cấu trúc này dẫn đến cách xử lý, xác thực và thêm giao dịch vào mạng cũng khác. Việc DAG không có khối giúp loại bỏ thời gian chờ tạo khối, cho phép xử lý giao dịch linh hoạt và nhanh hơn.

Công nghệ DAG vận hành như thế nào?

Cơ chế vận hành của DAG vừa đơn giản vừa hiệu quả. Để hiểu rõ về DAG trong hoạt động dữ liệu, cần biết hệ thống DAG gồm các đỉnh (vòng tròn) và cạnh (đường thẳng), mỗi đỉnh là một giao dịch riêng biệt. Khi người dùng muốn gửi giao dịch mới lên mạng, họ cần xác nhận một hoặc nhiều giao dịch trước đó đã được gửi. Những giao dịch chưa xác nhận này gọi là "tip".

Quy trình xác nhận diễn ra như sau: trước khi gửi giao dịch mới, người dùng phải xác thực các tip hiện có trên mạng. Sau khi xác nhận tip và gửi giao dịch, giao dịch của họ trở thành tip mới, chờ người tiếp theo xác nhận khi gửi giao dịch mới. Nhờ vậy, cộng đồng liên tục xây lớp giao dịch mới, mạng lưới phát triển tự động theo sự tham gia của người dùng.

Để phòng tránh tấn công chi tiêu kép, DAG áp dụng cơ chế xác thực truy vết toàn bộ lịch sử giao dịch. Khi các nút xác nhận giao dịch cũ, chúng kiểm tra toàn bộ chuỗi từ giao dịch đầu tiên. Việc xác thực này bảo đảm số dư tài khoản hợp lệ và tất cả giao dịch trước đều đúng. Người dùng xây dựng trên chuỗi giao dịch không hợp lệ sẽ bị mạng lưới từ chối giao dịch, kể cả khi giao dịch của họ hợp lệ, vì hệ thống phát hiện sai lệch số dư do các giao dịch trước bất hợp lệ.

DAG được sử dụng để làm gì?

Hiểu DAG trong ứng dụng dữ liệu sẽ thấy những trường hợp sử dụng quan trọng trong hệ sinh thái tiền mã hóa. Ứng dụng chủ chốt là xử lý giao dịch hiệu quả hơn hệ thống blockchain truyền thống. Việc không có khối giúp loại bỏ thời gian chờ tạo khối và khai thác, người dùng có thể liên tục gửi giao dịch. Yêu cầu duy nhất là phải xác nhận giao dịch trước khi gửi giao dịch mới, tạo quy trình xác thực cộng đồng.

Hiệu suất năng lượng là ưu thế nổi bật khác của DAG. Khác với blockchain sử dụng thuật toán đồng thuận Proof of Work (PoW) đòi hỏi năng lực tính toán lớn, tiền mã hóa dựa trên DAG chỉ tiêu thụ một phần nhỏ năng lượng. Dù một số hệ thống DAG vẫn dùng PoW, mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn nhiều so với khai thác blockchain truyền thống.

Xử lý giao dịch vi mô rất phù hợp với DAG. Blockchain truyền thống thường gặp khó khăn với giao dịch vi mô do phí giao dịch cao hơn khoản thanh toán. DAG giải quyết vấn đề đó bằng cách loại bỏ hoặc giảm đáng kể phí, chỉ cần phí nút rất thấp. Ngay cả khi mạng bị tắc nghẽn, mức phí vẫn ổn định và thấp, nên DAG là lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng cần giao dịch nhỏ, thường xuyên.

Những đồng tiền mã hóa nào sử dụng DAG?

Dù ưu điểm về hiệu suất của DAG được công nhận, chỉ có một số dự án thực sự triển khai công nghệ này. IOTA là ví dụ nổi bật nhất. Ra mắt nhiều năm trước, IOTA (MIOTA) lấy tên từ "Internet of Things Application". Dự án này được đánh giá cao nhờ tốc độ giao dịch nhanh, khả năng mở rộng, bảo mật, riêng tư và đảm bảo toàn vẹn dữ liệu.

IOTA sử dụng cấu trúc đặc biệt gọi là Tangle, gồm các nút và tangle—tổ hợp nhiều nút dùng xác thực giao dịch. Hệ thống yêu cầu người dùng xác nhận hai giao dịch khác trước khi giao dịch của mình được duyệt. Cơ chế này đảm bảo mọi người dùng đều tham gia vào thuật toán đồng thuận, duy trì mạng lưới phi tập trung tuyệt đối.

Nano là dự án khác sử dụng DAG, nhưng kết hợp cả yếu tố DAG và blockchain. Toàn bộ dữ liệu truyền qua các nút, mỗi người dùng sở hữu ví riêng tích hợp blockchain. Giao dịch cần xác thực từ cả bên gửi lẫn bên nhận. Nano được đánh giá cao nhờ tốc độ giao dịch nhanh, khả năng mở rộng, bảo mật, riêng tư và phí giao dịch bằng 0.

BlockDAG cũng ứng dụng kiến trúc DAG, cung cấp thiết bị khai thác tiết kiệm năng lượng cùng ứng dụng di động để khai thác BDAG token. Khác với chu kỳ halving bốn năm của Bitcoin, BDAG áp dụng chu kỳ halving thường xuyên hơn, diễn ra mỗi mười hai tháng.

Ưu nhược điểm của DAG

Như mọi công nghệ khác, DAG có cả ưu điểm lẫn hạn chế cần cân nhắc khi đánh giá DAG trong quản lý dữ liệu.

Ưu điểm nổi bật của DAG là tốc độ xử lý giao dịch vượt trội. Không bị giới hạn bởi thời gian khối, người dùng có thể thực hiện giao dịch bất kỳ lúc nào mà không phải chờ. Hệ thống không giới hạn số lượng giao dịch, chỉ yêu cầu xác thực giao dịch trước. Phí giao dịch cũng là lợi ích lớn, do không có khai thác nên không cần trả thưởng cho thợ đào. Hầu hết hệ thống DAG miễn phí giao dịch, một số chỉ thu phí nút tối thiểu cho giao dịch đặc biệt. Cấu trúc phí này rất phù hợp với giao dịch vi mô.

Khả năng tiết kiệm năng lượng là điểm khác biệt của DAG so với blockchain truyền thống. Không phụ thuộc vào khai thác PoW tốn tài nguyên, DAG tiêu thụ điện năng rất thấp và duy trì lượng khí thải carbon tối thiểu. Khả năng mở rộng của DAG vốn vượt trội, nhờ loại bỏ thời gian khối nên tránh được tình trạng chờ đợi và tắc nghẽn mạng thường thấy ở blockchain.

Tuy nhiên, DAG cũng gặp nhiều thách thức. Một số giao thức DAG gặp vấn đề phi tập trung, phải tích hợp yếu tố tập trung ngắn hạn để khởi động mạng. Các hệ thống này chưa chứng minh được khả năng vận hành mà không cần bên thứ ba, khi loại bỏ yếu tố này thì mạng dễ bị tấn công. Thêm vào đó, DAG chưa được kiểm nghiệm ở quy mô lớn dù đã tồn tại vài năm. DAG chưa đạt mức phổ biến như các giải pháp blockchain khác, ví dụ công nghệ Layer-2, nên vẫn còn nhiều câu hỏi về khả năng duy trì lâu dài.

Kết luận

Đồ thị có hướng không chu trình là công nghệ tiên tiến và giàu tiềm năng trong lĩnh vực sổ cái phân tán. Hiểu DAG trong cấu trúc dữ liệu giúp nhận thấy công nghệ này có nhiều ưu điểm vượt trội so với blockchain truyền thống: phí giao dịch thấp, khả năng mở rộng tốt, tiết kiệm năng lượng và tốc độ xử lý giao dịch nhanh. Những lợi thế này khiến DAG đặc biệt phù hợp với các trường hợp sử dụng như giao dịch vi mô và ứng dụng Internet of Things.

Dù vậy, DAG vẫn đang trong quá trình phát triển, đối mặt với các hạn chế khiến nó chưa thể thay thế hoàn toàn blockchain. Lo ngại về yếu tố tập trung và thiếu thử nghiệm quy mô lớn là những vấn đề cần giải quyết. Công nghệ này còn nhiều tiềm năng và giới hạn chưa được khám phá.

Thay vì đóng vai trò "thay thế blockchain", DAG nên được xem là công nghệ bổ trợ, mang đến giải pháp thay thế cho các trường hợp sử dụng đặc thù. Khi hệ sinh thái tiền mã hóa phát triển, cả blockchain và DAG sẽ tồn tại song song, mỗi công nghệ phục vụ các ứng dụng riêng biệt. Cộng đồng crypto kỳ vọng vào sự phát triển của DAG và các trường hợp ứng dụng mới khi công nghệ này trưởng thành và chứng minh năng lực thực tế. Việc nắm vững DAG trong kiến trúc dữ liệu sẽ ngày càng quan trọng khi công nghệ này tiếp tục mở rộng ứng dụng trong hệ thống phân tán.

Câu hỏi thường gặp

DAG là viết tắt của gì?

DAG là viết tắt của Đồ thị có hướng không chu trình (Directed Acyclic Graph). Đây là cấu trúc dữ liệu sử dụng trong công nghệ blockchain và tiền mã hóa.

Cơ sở dữ liệu DAG là gì?

Cơ sở dữ liệu DAG là cấu trúc đồ thị có hướng không chu trình để lưu trữ và tổ chức dữ liệu. Nó cho phép truy vấn và xử lý các mối quan hệ phức tạp hiệu quả, thích hợp với blockchain và hệ thống phân tán.