Понимание направленных ациклических графов: альтернативный подход к распределенным бухгалтерским книгам

Блокчейн-технология произвела революцию в финансах, предложив прозрачность и безопасность, которых не могли обеспечить традиционные банки. Тем не менее, экосистема криптовалют продолжает эволюционировать, с новыми архитектурами, появляющимися для решения присущих блокчейну ограничений. Направленные ациклические графы (DAG) представляют собой одно из таких новшеств — принципиально иной подход к валидации и записи транзакций, который бросает вызов традиционной модели на основе блоков.

Как на самом деле работает технология DAG

Чтобы понять, что делает ориентированный ациклический граф уникальным, полезно понять его структуру. Системы DAG организуют данные в виде взаимосвязанных узлов, а не последовательных блоков. Представьте граф, где каждый узел ( представлен в виде круга ) и направленные линии ( ребра ) соединяют эти узлы только в одном направлении. Этот унинаправленный поток — где транзакции ссылаются на предыдущие, но никогда не возвращаются обратно — именно откуда происходит название “ориентированный ациклический граф”.

Механизм консенсуса в DAG сетях работает совершенно иначе, чем в блокчейне. Когда вы отправляете транзакцию, вы сначала должны подтвердить две предыдущие транзакции (, называемые “советами” ). Ваша транзакция затем становится новым советом, ожидающим подтверждения от следующего участника. Это создает взаимосвязанную сеть, где каждый новый вход одновременно укрепляет и подтверждает всю структуру. Сеть постепенно расширяется, когда пользователи накладывают транзакции друг на друга, при этом каждое добавление укрепляет целостность того, что было до этого.

Предотвращение двойных трат осуществляется через верификацию путей. Когда узлы подтверждают более старые транзакции, они прослеживают всю историю до генезис-транзакции, проверяя, чтобы балансы оставались достаточными на протяжении всего времени. Любая попытка построить на основании мошеннического пути рискует полной отклонением, создавая естественный механизм защиты без необходимости в интенсивной вычислительной работе.

Сравнение архитектур DAG и Блокчейн

Хотя оба выполняют схожие функции в системах криптовалют, их технические основы значительно отличаются. Блокчейны агрегируют транзакции в отдельные блоки, которые затем валидируют майнеры и последовательно добавляют в цепь. DAG обрабатывает транзакции индивидуально и непрерывно, без ожидания подтверждения блока.

Это архитектурное отличие приводит к вариациям в производительности:

Обработка транзакций: Блокчейн-сети испытывают узкие места, когда заполняется емкость блока. DAG не сталкиваются с такими ограничениями — транзакции входят в сеть асинхронно, скорость ограничивается только требованием подтверждать предыдущие транзакции.

Потребление энергии: Хотя некоторые проекты DAG используют доказательство работы, они потребляют существенно меньше энергии, чем блокчейн-сети. Поскольку нет конкуренции за майнинг или вознаграждений за блоки, DAG достигают консенсуса через участие пользователей, а не через вычислительные гонки. Углеродный след становится незначительным по сравнению.

Структура сборов: Блокчейны взимают комиссионные сборы за транзакции, чтобы стимулировать майнеров. Большинство сетей DAG работают с минимальными или нулевыми сборами, что делает их особенно подходящими для микроплатежей — транзакций, где традиционные сборы блокчейна превышают фактическую сумму платежа.

Масштабируемость: Без временных ограничений блока DAG теоретически масштабируются бесконечно, пока участники сети продолжают проверять. Сети Блокчейн сталкиваются с врожденными потолками масштабируемости, основанными на их параметрах проектирования.

Практические приложения и реальные проекты

IOTA (Приложение Интернета вещей), запущенное в 2016 году, стало пионером подхода DAG с архитектурой Tangle. Проект специально нацелен на сценарии, требующие высоких объемов и низкой стоимости транзакций в сетях IoT. Пользователи подтверждают транзакции, подтверждая другие, обеспечивая полную децентрализацию без назначенных майнеров. Привлекательность IOTA заключается в сочетании быстрого расчета с нулевыми комиссиями и минимальным потреблением энергии.

Nano использует гибридный подход, объединяя принципы DAG с элементами блокчейна. Каждый аккаунт поддерживает свой собственный блокчейн, в то время как транзакции происходят через проверку на основе узлов, требующую подтверждения как от отправителя, так и от получателя. Результат отражает эффективность DAG — безкомиссионные, мгновенные транзакции — при этом включая модель безопасности блокчейна.

БлокDAG возник как еще один участник, предлагая возможности мобильного майнинга и графики халвинга, отличающиеся от четырехлетних циклов Биткойна. Проект демонстрирует продолжающиеся эксперименты с механикой DAG в более широком криптопейзаже.

Сравнение сильных сторон DAG с его ограничениями

Почему DAG важен:

• Полностью устраняет ожидание транзакций
• Устраняет требования к майнингу и связанные с этим потери энергии
• Позволяет осуществлять беспрепятственные микроплатежи без запретительных сборов
• Естественно масштабируется по мере присоединения новых участников
• Позволяет неограниченную одновременную обработку транзакций

Где DAG все еще сталкивается с трудностями:

• Многие протоколы DAG полагаются на координаторские узлы или внешних валидаторов, что вводит векторы централизации
• Экосистема остаётся незрелой по сравнению с уровнями блокчейна, такими как решения второго уровня Ethereum.
• Предположения безопасности не были протестированы в экстремальных условиях или противостоящих сценариях
• Отсутствие широкого принятия делает долгосрочную жизнеспособность неопределенной
• Сложные механизмы препятствуют участию основных разработчиков

Будущее направленных ациклических графов

Направленные ациклические графы представляют собой подлинные инновации в дизайне распределенного реестра, однако занимают неопределенную позицию. Вместо того чтобы заменять блокчейн, они функционируют как специализированные решения для конкретных случаев использования — особенно там, где важны объем транзакций, минимизация сборов и энергоэффективность.

Технология остается на ранних стадиях, и ее полный потенциал еще не реализован. По мере того как крипто-пространство созревает и появляются новые приложения, архитектуры DAG могут найти свою нишу, не вытесняя основную роль блокчейна. Приходящие годы покажут, смогут ли эти альтернативные структуры масштабироваться безопасно или доминирование блокчейна окажется непреодолимым.