Was ist Directed Acyclic Graph (DAG)?

Heute stehen absolut alle Kryptowährungen, die auf der Blockchain aufgebaut sind, vor einem ernsthaften Problem — der Skalierbarkeit.

In der zentralisierten Zahlungswelt haben uns Unternehmen wie Visa an schnelle, sofortige Transaktionen gewöhnt. Und solange die Kryptowährungs-Community dieses Problem nicht löst, können wir eigentlich nicht weitermachen. Das ist das zweite ernsthafte Problem, mit dem Kryptografen auf dem Weg zur universellen Anerkennung von Kryptowährungen konfrontiert waren. Das erste ist natürlich die Sicherheit, aber das ist ein Thema für ein andermal.

Ihr alle habt schon mehr als einmal von Lösungen wie dem Lightning Network für Bitcoin und Sharding für Ethereum gehört. Jede Lösung löst dasselbe Problem auf unterschiedliche Weise — die Zeit der Blockerzeugung. Blöcke sind grundlegende Bestandteile der Blockchain, und die Geschwindigkeit des gesamten Netzwerks hängt von der Rate der Blockerzeugung ab.

DAG vs Blockchain

Das Aufkommen der Blockchain-Technologie auf dem globalen Finanzmarkt war eines der wichtigsten Ereignisse im letzten Jahr. Befürworter der absoluten Demokratie und Kritiker des Fiat-Systems atmeten auf, als Bitcoin an Fahrt aufnahm. Hier ist sie — eine vollständig dezentralisierte Währung! Banken und Behörden werden nicht länger in der Lage sein, die Gelder der Bürger zu kontrollieren und zu verwalten. Kaum war der Lärm um den Kryptowährungs-„Dad“ verklungen, betrat schon der nächste Headliner die Bühne — Ethereum mit seinen dezentralen Anwendungen. Der ICO-Boom und die berühmten CryptoKitties haben ihren Job gemacht, und Ethereum wurde im Allgemeinen, eher unberechtigt, als Blockchain 2.0 bezeichnet

Doch die Technologie entwickelt sich sehr schnell weiter, und schon bald erscheinen neue Kryptowährungen mit einer anderen Technologie namens DAG auf dem Markt, die bereits darauf basiert, das Problem der Skalierbarkeit und hoher Gebühren zu lösen. Jetzt sehen wir einen Trend, bei dem neue Projekte DAG-Lösungen den üblichen Blöcken vorziehen. Einige erklären sogar schüchtern, dass DAG eine Generation von Blockchain 3.0 sei (fälschlicherweise) und dass die Zukunft der Kryptowährungen genau in dieser Technologie liege. Nun, schauen wir uns das an.

Was ist DAG?

Zunächst einmal ist DAG eine Art Technologie für verteilte Register, die sich von der Blockchain in der Datenstruktur und Asynchronität unterscheidet. Viele glauben fälschlicherweise, dass DAG eine Art Blockchain oder irgendein neuer Konsens ist. Sowohl Blockchain als auch DAG sind unterschiedliche Lösungen für die Technologie verteilter Register oder, wie es in Whitepapers genannt wird — Ledger.

Blockchain und DAG kann man als enge Verwandte bezeichnen, aber sie lösen ihre Probleme auf unterschiedliche Weise. Daher ist, wie oben bereits gesagt wurde, die Aussage „DAG — Generation der Blockchains 3.0“ fehlerhaft. DAG ist überhaupt keine Blockchain, sondern ein Register ohne Blöcke. Im nächsten Abschnitt werden wir Blockchain und DAG indirekt vergleichen, und zunächst schauen wir uns an, wie diese Technologie funktioniert.

DAG (Directed Acyclic Graph) ist ein gerichteter Graph, in dem es keine gerichteten Zyklen gibt.

Lassen Sie uns zuerst klären, was ein ungerichteter zyklischer Graph ist.

Ein ungerichteter zyklischer Graph ist ein Graph (oder Netzwerk verbundener Knoten), in dem Informationen von einem Knoten (Kreis) zu einem anderen entlang verschiedener Kanten (gerader Linien) übertragen werden können. Es gibt viele verschiedene Wege, auf denen Informationen einen Knoten verlassen, durch andere Knoten gehen und zum ursprünglichen Knoten zurückkehren können. Tritt dies bei einem Knoten auf, der mehr als einmal vorkommt, kann der Graph als zyklisch definiert werden.

Uns interessieren jedoch azyklische Graphen. Azyklische Graphen sind Graphen, die keine Zyklen haben.

Das bedeutet, dass es unmöglich ist, den gesamten Graphen zu durchlaufen, wenn man mit einer Kante beginnt. Die Kanten des gerichteten Graphen verlaufen nur in eine Richtung. Dieser Graph ist eine topologische Sortierung, bei der sich alle Knoten in einer bestimmten Reihenfolge befinden. Ein solches System hat keine Zyklen — Sie werden nie wieder zum Anfang desselben Knotens zurückkehren.

Nun klären wir, was gerichtet bedeutet.

Wenn wir der Kante eine Richtung geben (so dass sie wie eine Einbahnstraße für Informationen funktioniert) und sicherstellen, dass keine Knoten mit einem der anderen Knoten verbunden sind, die bereits in ihrer Reihe stehen, kann unser zuvor zyklischer Graph nun in einen gerichteten azyklischen Graphen umgewandelt werden.

So funktioniert DAG als Netzwerk miteinander verbundener Zweige, die sich in mehrere Richtungen nach außen entwickeln. Transaktionen können um ein Vielfaches schneller bestätigt werden und bleiben dennoch dezentralisiert, da jede nur die vorherige bestätigt.

In DAG verweist jede Transaktion auf vorherige (Parent-)Hashes, signiert sie und integriert sie in ihre Zusammensetzung. Auf diese Weise entsteht ein „Baum“ von Transaktionen, bei dem jede einzelne bestätigt und unveränderlich ist.

Vor- und Nachteile von DAG

Zunächst gehen wir durch die drei Gräben der modernen Kryptowährungsbranche: Skalierbarkeit, Sicherheit und Kosten.

• Geschwindigkeit und Skalierbarkeit. Die DAG-Technologie entstand, weil die Blockchain nicht in der Lage war, mit hoher Auslastung und Netzwerkauslastung fertigzuwerden. Wie bereits erwähnt, wurde dieses Problem zum Katalysator für die Entwicklung von DAG, daher schreiben wir diesen Faktor mutig auf die Plusseite. In DAG sind nicht Blöcke, sondern nur Knoten Transaktionskontrolleure und Validatoren. Die Informationen stecken in Transaktionen, was bedeutet, dass sie sehr schnell sind. Theoretisch sprechen wir von Millionen von Transaktionen pro Sekunde.
• Sicherheit. In DAG werden alle Transaktionen immer von anderen Knoten geprüft und manchmal mehrfach. Das erhöht die Zuverlässigkeit der Zahlungen und verringert die Wahrscheinlichkeit von „Double Spending“. Bei Kryptowährungen ohne Blockchain wird dies durch direkte und indirekte Bestätigungen erreicht, deren genaue Beschreibung für jede Kryptowährung individuell ist. Theoretisch sollte die Sicherheit höher sein, aber derzeit ist das schwer mit Sicherheit zu sagen. In jedem Fall ist die Sicherheit von DAG vorerst zumindest nicht schlechter als die der Blockchain-Technologie.
• Transaktionskosten. Der DAG-Algorithmus ist ideal für ein Micropayment-System, da er „fast null“ Gebühren hat. Dank seiner Architektur und des Fehlens von Minern im Netzwerk können Nutzer von DAG-basierten Netzwerken Transaktionen mit buchstäblich Cent-Gebühren oder ganz ohne Gebühren senden.

Transaktionsbestätigung und Konsens. Beim Senden einer Transaktion an das Netzwerk muss der Benutzer zunächst mindestens einen, meist jedoch zwei Einträge aus den vorherigen bestätigen (validieren). So dienen die Nutzer selbst dem Netzwerk jedes Mal, wenn sie eine Transaktion senden. Daher gibt es bei DAG normalerweise keine Miner und Craftsmen. Aber einige Teilnehmer müssen die Reihenfolge aller Einträge bestimmen, da ohne eine genaue Reihenfolge ein „Double Spending“-Angriff weiterhin möglich ist. Die Existenz dieser Teilnehmer und der Prozess der Validierung von Transaktionen durch Benutzer — zusammen bilden sie einen Konsensalgorithmus für Einträge in DAG-Netzwerken. Jede Kryptowährung hat ihre eigenen Entscheidungen über den Einsatz genau dieser Teilnehmer, aber es ist logisch anzunehmen, dass das Netzwerk selbst und die Kryptowährung als Ganzes umso dezentraler wirken, je mehr davon vorhanden sind.

Derzeit hat die DAG-Technologie keine ausgeprägten Nachteile. Allerdings ist die Technologie, genau wie die erste Blockchain Bitcoin, bevor sie begann, die Welt zu erobern, noch nicht ausgereift, man könnte sogar sagen: roh. Die ersten ernsthaften DAG-Tests werden also nach der Massenanerkennung am Markt und den ersten Hackerangriffen stattfinden. Jetzt können Sie sich einfach freuen, denn der Fortschritt des Kryptowährungsmarktes ist sehr rasant.

Kryptowährungen auf Basis von DAG

Laut dem Netzwerk wurde die Idee, erstmals eine DAG-Krypto ohne Blockchain zu erstellen, 2015 von einem ausländischen Entwickler auf DAG geäußert. Das Projekt wurde jedoch nicht umgesetzt, aber die Idee erschien schon damals vielen Entwicklern interessant.

IOTA

Vielleicht ist die bekannteste DAG-Coin IOTA. Sie verwenden im Kern die Tangle-Technologie, die wiederum ebenfalls auf DAG basiert. Die Vision von IOTA und DAG führte zu Tangle. Das Design der IOTA-Grafik ist sogar noch weiter gefasst — laut White Paper sieht es aus wie ein gerichteter azyklischer Graph in 3D. Jede Transaktion in Tangle muss zwei vorherige Transaktionen bestätigen, die zufällig vom Netzwerk ausgewählt werden. Auch der mit DAG verbundene Algorithmus dieser Kryptowährung ermöglichte sogar die Schaffung von Offline-Teilen des Netzwerks. Wenn Sie sich mit dem Internet verbinden, werden diese Blöcke Teil der gemeinsamen „Blockchain“. Einfach gesagt, haben die Entwickler ihren DAG „verdreht“, indem sie ihn für das Internet der Dinge optimierten, und nannten ihn Tangle.

Nano

Eine weitere bekannte Kryptowährung auf DAG ist Nano. Wie Sie sich aus den Rückblicken erinnern, hatte das Nano-Projekt früher einen anderen Namen, und die erste Beta-Implementierung wurde bereits 2014 veröffentlicht. Nano verwendet eine neue Block-Lattice-Architektur, bei der jedes Konto seine eigene Kette hat und durch delegiertes Proof einen Konsens erreicht. Es stellt sich heraus, dass das Nano-Block-Lattice wie das gesamte Projekt auf DAG basiert. Nano ist in klassischer Form eines der ersten DAG-Projekte.

Byteball Bytes

Das Kryptowährungsprojekt Byteball nutzt DAG, um ein Ökosystem von Smart Contracts für schnelle Zahlungen und die Speicherung finanzieller Daten aufzubauen: Währung, Eigentum, Schulden, Anteile und mehr. Dies ist kein Blockchain-Projekt, sondern eines, das auf dem Design von DAG basiert, bereits funktioniert und über eine gute und benutzerfreundliche Wallet verfügt. Byteball ist gut, wenn es um Peer-to-Peer-Smart-Contracts geht. Byteball-Nutzer können risikofreie, bedingte Smart Payments nutzen: Alles, was Sie tun müssen, ist die Bedingung festzulegen, wann der Empfänger das Geld erhält. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt wird, wird Ihr Geld automatisch an Sie zurückgesendet — ein sehr einfacher, auf DAG basierender Algorithmus. Byteball ermöglicht es beispielsweise, Peer-to-Peer-Versicherungen auf seiner Plattform mithilfe von Smart Contracts zu kaufen oder zu verkaufen.

All diese Kryptowährungen werden sicher am Markt gehandelt und haben recht erfolgreiche Listings.

Es gibt sicherlich noch mehr Kryptowährungen, die in irgendeiner Form die DAG-Technologie nutzen. 

Alle wichtigen Tests dieser Technologie liegen noch vor uns, jetzt verspricht sie uns viele neue Möglichkeiten. Bisher ist sie jedoch nur ein Trend, der alle Chancen hat, etwas Großes zu werden.