направлений ациклічний граф DAG

Спрямований ациклічний граф (Directed Acyclic Graph, DAG) — це структура спрямованого графа без циклічних шляхів, яка набуває вагомого значення у сфері блокчейн-технологій як альтернатива традиційним ланцюговим моделям. На відміну від класичних блокчейнів, де транзакції розміщують у лінійній послідовності блоків, DAG дозволяє багатьом вузлам одночасно додавати транзакції у мережу, створюючи багатовекторну розгалужену структуру, де кожен вузол може посилатися на кількох попередників. Такий підхід знімає обмеження пропускної здатності окремих блоків, суттєво підвищує продуктивність системи, скорочує час підтвердження та зменшує комісії, що робить DAG особливо ефективним для сценаріїв із високою частотою мікротранзакцій.

Походження DAG

Спрямований ациклічний граф як математичне поняття виник у дослідженнях з теорії графів і описує спеціальну структуру, де всі ребра мають напрямок і не існує шляху, який починається з однієї вершини та повертається до неї (тобто граф залишається ациклічним). Це поняття широко використовують у комп’ютерних науках для моделювання залежностей, планування завдань тощо.

У блокчейн-сфері перші застосування DAG-технології датуються приблизно 2015 роком, коли традиційні блокчейни — такі як Bitcoin і Ethereum — зіткнулися з проблемами масштабованості. Однією з перших реалізацій DAG у розподілених реєстрах став Tangle у проєкті IOTA у 2016 році, після чого структуру DAG впровадили Byteball (зараз Obyte) та Nano.

Розвиток DAG-технології у блокчейні має на меті подолати обмеження пропускної здатності, затримки транзакцій і високі комісії традиційних блокчейнів, при цьому зберігаючи децентралізацію і безпеку. Зі зростанням попиту на рішення для Інтернету речей і мікроплатежів DAG-структури дедалі більше приваблюють увагу завдяки ефективності обробки мікротранзакцій.

Механізм роботи: Як працює DAG

Механізм роботи Directed Acyclic Graph у блокчейн-системах суттєво відрізняється від класичних блокчейнів:

У DAG-структурі кожна нова транзакція безпосередньо чи опосередковано підтверджує кілька попередніх, формуючи мережу взаємних посилань. Нові транзакції додають до графа, вибираючи і підтверджуючи ті, які ще недостатньо підтверджені («tips»), використовуючи їх як точки відліку. Такий механізм робить процес підтвердження транзакцій колективним, коли кожен учасник мережі сприяє формуванню консенсусу.

У DAG-системах, як правило, застосовують метод накопичення ваги для визначення дійсності транзакцій. Якщо транзакцію прямо чи опосередковано посилається більша кількість наступних операцій, її вага зростає, а рівень підтвердження підвищується. Коли вага перевищує встановлений поріг, транзакцію вважають «підтвердженою».

Різні проєкти DAG реалізують власні механізми:

Tangle у IOTA використовує алгоритм «Markov Chain Monte Carlo» для вибору транзакцій для валідації і спирається на механізм «cumulative weight» для захисту мережі.

Nano застосовує структуру «Block-lattice», де кожен обліковий запис має персональний ланцюг, а транзакції розділені на операції «send» і «receive», формуючи особливу DAG-модель.

Conflux реалізує структуру DAG «Tree-Graph», поєднуючи Proof of Work із протоколом GHOST для вирішення потенційних конфліктів.

Ризики та виклики DAG

Попри перспективність DAG у вирішенні проблем масштабованості традиційних блокчейнів, технологія стикається з низкою специфічних ризиків та викликів:

Безпека: DAG-системи можуть бути більш уразливими до атак у періоди низької активності, коли атакуючі здатні накопичити достатню обчислювальну потужність для впливу на консенсус. Деякі проєкти DAG (як-от ранній IOTA) використовували центральних координаторів для захисту від атак, що породжувало дискусії щодо централізації.

Складність верифікації: Визначення фіналізації транзакцій та вирішення конфліктів у DAG-структурах є складнішим через багаторівневі посилання між транзакціями, тому перевірка узгодженості стану DAG вимагає складних алгоритмів.

Консенсус: Визначення глобального стану та порядку транзакцій у DAG-системах складніше, ніж у класичних блокчейнах, особливо при наявності конфліктних операцій. Різні проєкти використовують різні підходи, проте ідеального рішення наразі не існує.

Зрілість: На відміну від традиційних блокчейнів, які довели свою ефективність упродовж понад десятиліття, DAG-системи є відносно молодими й не мають масштабної й довгострокової апробації. Багато теоретичних гарантій безпеки ще потребують практичної перевірки.

Високий технічний поріг: Реалізація та розуміння DAG часто складніші, ніж у традиційних блокчейнах, що створює додаткові виклики для розробників, аудиторів і користувачів.

Технологія Directed Acyclic Graph є ключовим етапом еволюції блокчейн-архітектури, пропонуючи потенційне розв’язання блокчейн-трилееми (децентралізація, безпека, масштабованість). Попри те, що DAG знаходиться на етапі розвитку і має чимало викликів, її переваги у високопродуктивних сценаріях та мікротранзакційних застосуваннях роблять DAG невід’ємною частиною сучасного блокчейн-ландшафту й одним із перспективних напрямів майбутньої еволюції розподілених реєстрів.