Что такое направленный ациклический граф (DAG)?

Технология направленного ациклического графа (DAG) — значимое новшество в сфере криптовалют и блокчейна. С развитием финтеха DAG становится альтернативной структурой данных, предлагающей уникальные преимущества перед традиционным блокчейном. В этой статье рассматриваются основы технологии DAG, её механизмы работы и место в экосистеме криптовалют. Приводятся наглядные примеры ациклических графов.

Кратко

Технология DAG даёт ряд ключевых преимуществ по сравнению с классическим блокчейном. Она обеспечивает более высокую скорость транзакций и масштабируемость за счёт отсутствия необходимости создавать и майнить блоки. В отличие от линейной структуры блокчейна, DAG организует операции в виде взаимосвязанных узлов, что увеличивает эффективность и уменьшает энергозатраты. Технология отличается минимальными или нулевыми комиссиями, что особенно подходит для микроплатежей. Хотя у DAG есть значительный потенциал, он не заменяет блокчейн полностью, а предлагает альтернативу для отдельных задач. При этом технология сталкивается с вызовами, включая централизацию, и пока не доказала полной заменяемости блокчейна во всех областях.

DAG и блокчейн: сравнение технологий

Направленный ациклический граф — инструмент моделирования и структурирования данных, который некоторые криптовалюты используют вместо блокчейна. Его называют «убийцей блокчейна», что вызывает интерес к его возможностям изменить криптоиндустрию. Тем не менее, пока неизвестно, сможет ли DAG вытеснить блокчейн, который остаётся доминирующей технологией в криптосфере.

Архитектура DAG существенно отличается от блокчейна по структуре и принципам. Как пример ациклического графа, DAG строится как сеть окружностей и линий, где каждая окружность (вершина) — это отдельная операция или транзакция. Линии (рёбра) указывают последовательность согласования транзакций и всегда направлены в одну сторону, что и определяет значение термина «направленный ациклический граф». Направленность подразумевает одностороннее движение, а ацикличность — отсутствие возврата к исходной вершине. Такая структура эффективна для моделирования данных, позволяет отслеживать связи между переменными и анализировать их влияние друг на друга. В криптовалютах DAG обеспечивает достижение консенсуса в распределённых сетях. Главное отличие — транзакции не группируются в блоки, а строятся непосредственно друг на друге, что значительно ускоряет обработку по сравнению с блокчейном.

Чем DAG отличается от блокчейна?

Хотя DAG и блокчейн решают схожие задачи в криптоиндустрии, их структура принципиально разная. Главное отличие — организация данных: DAG не формирует блоки, как блокчейн, а формирует транзакции поверх предыдущих в непрерывной последовательности. Визуально блокчейн — это цепочка соединённых блоков, а DAG — сеть взаимосвязанных графов из окружностей и линий, что является наглядным примером ациклического графа. Такая разница в структуре приводит к отличиям по скорости обработки, масштабируемости и энергоэффективности обеих технологий.

Как работает DAG?

Работа DAG основана на его уникальной структуре вершин и рёбер. В системах на DAG каждая вершина — это отдельная транзакция, и операции выстраиваются друг на друге последовательно — это пример ациклического графа на практике. При отправке транзакции пользователь должен подтвердить одну из предыдущих операций. Такие неподтверждённые транзакции называются tip — это операции, ожидающие проверки. Для добавления новой операции требуется подтвердить tip, после чего новая транзакция становится очередным tip и ждёт следующего подтверждения. Так формируется последовательность транзакций, сообщество выстраивает новые уровни, и система органично развивается.

В технологии реализованы эффективные механизмы защиты от двойного расходования. Узлы при валидации старых транзакций проверяют всю цепочку операций вплоть до исходной (генезис-транзакции), убеждаясь в достаточности баланса и легитимности каждой операции. Если пользователь строит свою транзакцию на недействительной цепи, его операция будет отклонена, даже если она сама корректна. Это происходит потому, что система проверяет все предыдущие транзакции в цепи. Такой механизм саморегуляции обеспечивает целостность и безопасность сети без традиционного майнинга.

Где применяется DAG?

Технология DAG решает множество задач в криптовалютной среде. Её основное применение — эффективная обработка транзакций быстрее, чем в традиционном блокчейне. Отсутствие блоков устраняет задержки, связанные с их созданием, пользователи отправляют операции без ожидания. Единственное требование — подтвердить предыдущие транзакции перед добавлением новых.

Ещё одно существенное преимущество DAG — энергоэффективность. В отличие от блокчейнов с алгоритмом Proof-of-Work, которые требуют большой вычислительной мощности, криптовалюты на DAG используют лишь часть этих ресурсов при схожих механизмах консенсуса. Снижение энергопотребления значительно снижает экологическую нагрузку от криптовалют.

DAG особенно эффективен для микроплатежей. В блокчейн-реестрах комиссии часто превышают сумму самой транзакции, что делает такие операции невыгодными. В DAG-системах комиссии отсутствуют или минимальны, причём остаются стабильными даже при высокой нагрузке на сеть. Благодаря этому технология идеально подходит для частых мелких платежей и является примером реального применения ациклических графов.

Какие криптовалюты используют DAG?

Несмотря на эффективность DAG, эта технология используется немногими криптовалютными проектами. Яркий пример — IOTA (Internet of Things Application). Проект стартовал в 2016 году, и IOTA (MIOTA) известна высокой скоростью транзакций, масштабируемостью, безопасностью, конфиденциальностью и целостностью данных. В проекте реализована концепция tangle — объединения многих узлов для валидации транзакций, что является наглядным примером ациклического графа. Для подтверждения своей операции пользователь должен проверить две другие транзакции, что вовлекает всех участников в процесс консенсуса и сохраняет децентрализацию сети.

Другой пример — Nano, реализующий гибридную модель на основе DAG и блокчейна. Передача и получение данных происходит через узлы, каждый пользователь управляет кошельком с элементами блокчейна. Для подтверждения требуется верификация со стороны отправителя и получателя. Nano известна быстрыми транзакциями, масштабируемостью, надёжной безопасностью, защитой приватности и отсутствием комиссий.

BlockDAG предлагает ещё одну вариацию: проект выпускает энергоэффективные майнинговые установки и мобильное приложение для добычи токенов BDAG. В отличие от биткоина, где халвинг проходит раз в четыре года, у BDAG он ежегодный, что создаёт уникальную экономическую модель и подтверждает применение ациклического графа в криптовалютах.

Преимущества и недостатки DAG

У DAG есть как плюсы, так и минусы, которые важно учитывать.

Преимущества DAG — высокая скорость: отсутствие блоков позволяет обрабатывать операции в любое время и без ограничений по количеству, требуется только подтверждение предыдущих транзакций. Комиссии отсутствуют или минимальны, поскольку вознаграждение за майнинг не предусмотрено, а для специализированных узлов в некоторых системах может взиматься небольшая плата. Такая структура выгодна для микротранзакций. Технология не требует традиционного майнинга, что значительно снижает энергозатраты и экологическую нагрузку по сравнению с блокчейном на Proof-of-Work. Также DAG обеспечивает отличную масштабируемость: отсутствие блоков устраняет задержки, присущие классическому блокчейну.

Однако есть и сложности. Децентрализация часто под вопросом, поскольку в некоторых DAG-протоколах присутствуют элементы централизации. Многие проекты считают это временной мерой для запуска сети, но пока не доказано, что DAG может функционировать без сторонней поддержки. В таких случаях сеть становится уязвимой для атак. Кроме того, технология DAG пока не прошла масштабного тестирования в реальных условиях. Несмотря на годы существования, она не получила широкого распространения, как, например, Layer-2-решения в блокчейне.

Вывод

Направленные ациклические графы — это инновационная технология с высоким потенциалом для криптоиндустрии. Они обеспечивают низкие комиссии и масштабируемость по сравнению с классическим блокчейном, но пока недостаточно развиты и имеют ограничения, не позволяющие им полностью конкурировать с блокчейном. Технология продолжает развиваться, многие её возможности и ограничения ещё предстоит оценить. Тем не менее, преимущества DAG вызывают интерес в криптосообществе, и многие следят за тем, как она будет развиваться с появлением новых сценариев и решений. Вместо полной замены блокчейна DAG, скорее всего, станет дополнительным инструментом для отдельных задач, где его особенности дают максимальный эффект. Наглядные примеры ациклических графов помогают лучше понять прикладные возможности и перспективы этой технологии.