graphe orienté acyclique DAG

Le Directed Acyclic Graph (DAG), ou graphe orienté acyclique, est une structure de graphe orienté sans cycle qui attire de plus en plus l’attention dans le domaine de la blockchain comme alternative aux structures en chaîne classiques. Contrairement aux blockchains traditionnelles, où les transactions sont agencées linéairement dans des blocs successifs, le DAG permet à plusieurs nœuds d’ajouter simultanément des transactions au réseau. Il en résulte un réseau en expansion multidirectionnelle où chaque nœud peut référencer plusieurs prédécesseurs. Ce modèle affranchit le traitement des transactions des limites de capacité propres à un bloc unique, accroît considérablement le débit du système et réduit à la fois les délais de confirmation ainsi que les frais de transaction, ce qui le rend particulièrement adapté aux situations de microtransactions à très haute fréquence.

Origine du DAG

Le Directed Acyclic Graph, en tant que concept mathématique, remonte à la théorie des graphes, où il désigne une structure particulière de graphe dans laquelle toutes les arêtes sont orientées et aucun chemin ne permet de revenir à son point de départ (d’où son caractère acyclique). Ce principe s’est largement imposé en informatique, notamment pour la représentation des relations de dépendance, la planification des tâches ou d’autres problématiques similaires.

L’application du DAG à la blockchain émerge vers 2015, alors que les blockchains traditionnelles comme Bitcoin et Ethereum subissent d’importantes limites en matière d’évolutivité. Le Tangle, introduit par le projet IOTA en 2016, constitue l’une des premières implémentations du DAG dans la technologie des registres distribués, suivi par des initiatives telles que Byteball (devenu Obyte) et Nano, qui ont également adopté des architectures DAG pour leur registre distribué.

Dans l’univers de la blockchain, le développement du DAG vise avant tout à surmonter les goulets d’étranglement liés au débit, aux délais de transaction et à la cherté des frais propres aux blockchains classiques, tout en préservant la décentralisation et la sécurité. Avec la montée en puissance de l’Internet des objets et la multiplication des cas d’usage de micropaiements, le DAG se distingue par sa capacité à gérer efficacement les microtransactions et attire ainsi un intérêt croissant.

Mécanisme de fonctionnement : comment fonctionne le DAG

Le fonctionnement du Directed Acyclic Graph dans l’écosystème blockchain diffère fondamentalement de celui des blockchains classiques :

Au sein d’une structure DAG, chaque nouvelle transaction doit valider de manière directe ou indirecte plusieurs transactions antérieures, créant ainsi un réseau de références croisées. Les nouvelles transactions s’insèrent dans le graphe en sélectionnant et validant celles qui n’ont pas encore reçu suffisamment de confirmations (appelées « tips »), les prenant comme points de référence. Ce dispositif fait du processus de confirmation un effort collectif où chaque acteur du réseau participe à la construction du consensus.

Les systèmes DAG recourent généralement à l’accumulation de poids pour évaluer la validité d’une transaction. Plus une transaction est référencée directement ou indirectement par des transactions ultérieures, plus son poids augmente, ce qui élève son niveau de confirmation. Dès que ce poids franchit un seuil prédéfini, la transaction est considérée comme « confirmée ».

Chaque projet DAG met en œuvre des mécanismes spécifiques :

Le Tangle d’IOTA recourt à l’algorithme « Markov Chain Monte Carlo » pour sélectionner les transactions à valider, et s’appuie sur le « poids cumulatif » pour garantir la sécurité du réseau.

Nano adopte une architecture « Block-lattice » où chaque compte possède sa propre chaîne, les transactions étant scindées en opérations « send » et « receive », ce qui constitue une structure DAG spécialisée.

Conflux mise sur une structure DAG « Tree-Graph », qui conjugue Proof of Work et protocole GHOST pour résoudre les conflits éventuels.

Risques et défis du DAG

Bien que la technologie DAG offre des perspectives intéressantes face aux enjeux d’évolutivité des blockchains classiques, elle se heurte à des risques et des défis spécifiques :

Sécurité : Les systèmes DAG sont susceptibles d’être plus exposés aux attaques dans des contextes de faible activité transactionnelle, car un acteur malveillant pourrait alors réunir la puissance de calcul nécessaire pour influer sur le consensus du réseau. Certains projets DAG (par exemple, les premières versions d’IOTA) ont eu recours à des coordinateurs centraux pour pallier ce risque, soulevant ainsi des débats autour de la centralisation.

Complexité de vérification : Dans une structure DAG, l’établissement de la finalité des transactions et la résolution des conflits se compliquent. L’enchevêtrement des relations de référence rend la vérification de la cohérence globale du DAG plus difficile et exige des algorithmes avancés.

Consensus : Déterminer l’état global du registre et l’ordre des transactions est plus ardu que dans les blockchains traditionnelles, notamment en cas de conflits. Les différents projets proposent des approches variées pour relever ce défi, mais il n’existe pas encore de solution universellement reconnue.

Maturité : En comparaison avec les blockchains classiques, éprouvées depuis plus d’une décennie, les systèmes basés sur le DAG restent jeunes et manquent de recul sur leur efficacité à grande échelle et sur le long terme. De nombreux aspects sécuritaires théoriques attendent encore d’être validés dans la pratique.

Barrière technique : La compréhension et l’implémentation des systèmes DAG s’avèrent souvent plus complexes que pour les blockchains traditionnelles, ce qui constitue une barrière technique accrue pour les développeurs, les auditeurs et les utilisateurs non spécialistes.

La technologie Directed Acyclic Graph représente une voie d’évolution majeure pour l’architecture blockchain, en apportant une réponse potentielle au trilemme décentralisation, sécurité et évolutivité. Bien que le DAG soit encore en phase de développement et qu’il subsiste de nombreux obstacles, ses atouts en matière de traitement à haut débit et de microtransactions en font un pilier incontournable du paysage blockchain et un axe essentiel pour l’évolution à venir des technologies de registre distribué.