Czym jest skierowany graf acykliczny (DAG)?

Dzisiaj absolutnie wszystkie kryptowaluty oparte na blockchainie mierzą się z jednym poważnym problemem — skalowalnością.

W scentralizowanym świecie płatności firmy takie jak Visa przyzwyczaiły nas do szybkich, natychmiastowych transakcji. I dopóki społeczność kryptowalut nie rozwiąże tego problemu, tak naprawdę nie możemy iść dalej. To drugi poważny problem, z którym kryptografowie zetknęli się na drodze do powszechnego uznania kryptowalut. Pierwszym jest oczywiście bezpieczeństwo, ale to temat na inną okazję.

Wszyscy z pewnością nie raz słyszeliście o takich rozwiązaniach jak Lightning Network dla Bitcoina i Sharding dla Ethereum. Każde z tych rozwiązań rozwiązuje ten sam problem na różne sposoby — czas tworzenia bloku. Bloki są podstawowymi elementami blockchaina, a szybkość całej sieci zależy od tempa tworzenia bloków.

DAG vs Blockchain

Pojawienie się technologii blockchain na globalnym rynku finansowym było jednym z najważniejszych wydarzeń ubiegłego roku. Zwolennicy pełnej demokracji i krytycy systemu fiat odetchnęli z ulgą, gdy Bitcoin zaczął nabierać rozpędu. Oto ona — całkowicie zdecentralizowana waluta! Banki i władze nie będą już mogły kontrolować i zarządzać środkami obywateli. Nie zdążywszy otrząsnąć się po szumie wokół kryptowalutowego „taty”, na arenę wkroczył kolejny headliner — Ethereum ze swoimi zdecentralizowanymi aplikacjami. Boom ICO i słynne CryptoKitties zrobiły swoje i Ethereum, ogólnie rzecz biorąc niesłusznie, zaczęto nazywać blockchainem 2.0

Ale technologia rozwija się bardzo szybko i wkrótce na rynku pojawiają się nowe kryptowaluty z inną technologią, zwaną DAG, która jest już oparta na rozwiązaniu problemu skalowalności i wysokich prowizji. Obecnie widzimy trend, w którym nowe projekty preferują rozwiązania DAG zamiast tradycyjnych bloków. Niektórzy nawet nieśmiało twierdzą, że DAG to generacja blockchaina 3.0 (błędnie) i że przyszłość kryptowalut leży właśnie w tej technologii. Cóż, rozwiejmy to.

Czym jest DAG?

Po pierwsze, DAG to rodzaj technologii rozproszonego rejestru, który różni się od blockchaina strukturą zapisów i asynchronicznością. Wielu błędnie uważa, że DAG jest rodzajem blockchaina albo jakimś nowym konsensusem. Zarówno blockchain, jak i DAG to różne rozwiązania technologii rozproszonego rejestru, czyli tego, co w white paperach nazywane jest ledgerem.

Blockchain i DAG można nazwać bliskimi krewnymi, ale rozwiązują swoje problemy na różne sposoby. Dlatego, jak wspomniano wyżej, stwierdzenie „DAG — generacja blockchainów 3.0” jest błędne. DAG w ogóle nie jest blockchainem, to rejestr bez bloków. W następnej sekcji pośrednio porównamy blockchain i DAG, a na razie zobaczmy, jak działa ta technologia.

DAG (directed acyclic graph) to graf skierowany, w którym nie ma cykli skierowanych.

Najpierw zastanówmy się, czym jest graf nieskierowany cykliczny.

Graf nieskierowany cykliczny to graf (lub sieć połączonych węzłów), w którym informacja może być przekazywana z jednego węzła (kółka) do drugiego różnymi krawędziami (prostymi liniami). Istnieje wiele różnych sposobów, w jakie informacja może opuścić węzeł, przejść przez inne węzły i wrócić do węzła wyjściowego. Gdy dzieje się to z węzłem, który występuje więcej niż raz, graf można określić jako cykliczny.

Nas interesują jednak grafy acykliczne. Grafy acykliczne to grafy, które nie mają cykli.

Oznacza to, że nie da się przejść przez cały graf, zaczynając od jednej krawędzi. Krawędzie grafu skierowanego prowadzą tylko w jedną stronę. Taki graf jest uporządkowany topologicznie, a wszystkie węzły znajdują się w określonej kolejności. Taki system nie ma cykli — nigdy nie wrócisz do początku tego samego węzła.

Teraz wyjaśnijmy, co oznacza skierowany.

Jeśli nadać krawędziom kierunek (tak, aby działały jak ulica jednokierunkowa dla informacji) i zagwarantować, że żaden węzeł nie łączy się z żadnym z innych węzłów już znajdujących się w jego serii, nasz wcześniej cykliczny graf można teraz przekształcić w graf skierowany acykliczny.

W ten sposób DAG działa jako sieć połączonych ze sobą gałęzi rosnących na zewnątrz w kilku kierunkach. Transakcje mogą być potwierdzane wielokrotnie szybciej, pozostając zdecentralizowane, ponieważ każda z nich potwierdza tylko poprzednią.

W DAG każda transakcja odnosi się do poprzednich (rodziców) hashy, podpisując je i włączając je do swojej struktury. W ten sposób tworzy się „drzewo” transakcji, w którym każda z nich jest potwierdzona i niezmieniona.

Zalety i wady DAG

Na początek przejdziemy przez trzy groby współczesnego przemysłu kryptowalutowego: skalowalność, bezpieczeństwo i koszt.

• Szybkość i skalowalność. Technologia DAG pojawiła się w odpowiedzi na niezdolność blockchaina do radzenia sobie z dużym obciążeniem i przeciążeniem sieci. Jak wspomniano wcześniej, problem ten stał się katalizatorem rozwoju DAG, więc śmiało wpisujemy ten czynnik na plus. W DAG to nie bloki, lecz węzły są kontrolerami i validatorami transakcji. Informacja jest zawarta w transakcjach, co oznacza, że są one bardzo szybkie. W teorii mówimy o milionach transakcji na sekundę.
• Bezpieczeństwo. W DAG wszystkie transakcje są zawsze sprawdzane przez inne węzły, a czasem wielokrotnie. Zwiększa to niezawodność płatności i zmniejsza prawdopodobieństwo „double spending”. W kryptowalutach bez blockchaina osiąga się to poprzez bezpośrednie i pośrednie potwierdzenia, których ścisły opis jest indywidualny dla każdej kryptowaluty. W teorii bezpieczeństwo powinno być wyższe, ale na ten moment trudno powiedzieć to na pewno. W każdym razie, jak na razie bezpieczeństwo DAG przynajmniej nie ustępuje technologii blockchain.
• Koszt transakcji. Algorytm DAG jest idealny dla systemu mikropłatności, ponieważ ma „prawie zerowe” opłaty. Dzięki swojej architekturze i brakowi górników w sieci użytkownicy sieci opartej na DAG będą mogli wysyłać transakcje z dosłownie groszowymi prowizjami albo bez nich w ogóle.

Potwierdzanie transakcji i konsensus. Przy wysyłaniu transakcji do sieci użytkownik musi najpierw potwierdzić (fail) co najmniej jeden, ale częściej dwa rekordy spośród poprzednich. W ten sposób sami użytkownicy obsługują sieć za każdym razem, gdy wysyłają transakcję. Dlatego DAG zwykle nie ma górników ani rzemieślników. Ale niektórzy uczestnicy muszą określać kolejność wszystkich rekordów, ponieważ bez dokładnej kolejności nadal możliwy jest atak „double spending”. Obecność tych uczestników oraz proces walidacji transakcji przez użytkowników — razem tworzą algorytm konsensusu dla rekordów w sieciach DAG. Każda kryptowaluta ma własne rozwiązania dotyczące wykorzystania właśnie tych uczestników, ale logiczne jest założenie, że im będzie ich więcej, tym bardziej zdecentralizowana będzie sama sieć i kryptowaluta jako całość.

Na ten moment technologia DAG nie ma wyraźnych wad. Jednak podobnie jak pierwszy blockchain Bitcoin, zanim zaczął podbijać świat, technologia ta nie jest jeszcze dopracowana, można nawet powiedzieć — surowa. Tak więc pierwsze poważne testy DAG odbędą się po masowym uznaniu na rynku i pierwszych atakach hakerskich. Na razie można się tylko cieszyć, ponieważ rozwój rynku kryptowalut jest bardzo szybki.

Kryptowaluty oparte na DAG

Według sieci, po raz pierwszy pomysł stworzenia krypto DAG bez blockchaina został wypowiedziany na DAG w 2015 roku przez jednego z zagranicznych deweloperów. Jednak tamten projekt nie został zrealizowany, ale już wtedy sama idea wydawała się wielu deweloperom interesująca.

IOTA

Być może najbardziej popularną monetą DAG jest IOTA. Wykorzystują technologię Tangle jako jej rdzeń, która z kolei również opiera się na DAG. Wizja IOTA i DAG doprowadziła do powstania Tangle. Konstrukcja grafiki IOTA jest jeszcze szersza — według White Paper wygląda jak skierowany graf acykliczny w 3D. Każda transakcja w Tangle musi potwierdzić dowolne dwie poprzednie transakcje, które są losowo wybierane przez sieć. Ponadto algorytm tej kryptowaluty, powiązany z DAG, umożliwił stworzenie nawet offline’owych części sieci. Po połączeniu z Internetem te bloki stają się częścią wspólnego „blockchaina”. Mówiąc najprościej, deweloperzy „przekręcili” swój DAG, optymalizując go pod Internet Rzeczy, i nazwali go Tangle.

Nano

Inną znaną kryptowalutą opartą na DAG jest Nano. Jak pamiętacie z recenzji, projekt Nano miał kiedyś inną nazwę, a pierwsza beta implementacja została opublikowana już w 2014 roku. Nano wykorzystuje nową architekturę block-lattice, w której każde konto ma własny łańcuch i osiąga konsensus poprzez delegated Proof. Okazuje się, że block lattice Nano, podobnie jak cały projekt, opiera się na DAG. Nano jest jednym z pierwszych projektów DAG, w swojej klasycznej formie.

Byteball Bytes

Projekt kryptowaluty Byteball wykorzystuje zalety DAG do budowy ekosystemu smart contracts dla szybkich płatności i przechowywania danych finansowych: waluty, własności, długu, udziałów i innych. To nie jest projekt blockchainowy, lecz oparty na architekturze DAG, już działający i posiadający dobry, przyjazny użytkownikowi portfel. Byteball sprawdza się świetnie w przypadku smart kontraktów peer-to-peer. Użytkownicy Byteball mogą korzystać z bezpiecznych warunkowych płatności smart bez ryzyka: wystarczy ustawić warunek, kiedy odbiorca otrzyma pieniądze. Jeśli warunek nie zostanie spełniony, twoje pieniądze automatycznie wrócą do ciebie — bardzo prosty algorytm oparty na DAG. Na przykład Byteball pozwala kupować lub sprzedawać ubezpieczenia peer-to-peer na swojej platformie z wykorzystaniem smart contracts.

Wszystkie te kryptowaluty są bezpiecznie notowane na rynku i mają całkiem udane listingi.

Z pewnością istnieje więcej kryptowalut, które w jakiś sposób wykorzystują technologię DAG. 

Wszystkie najważniejsze testy tej technologii są jeszcze przed nami, a dziś obiecuje nam ona wiele nowych możliwości. Na razie jest to jednak tylko trend, który ma wszelkie szanse stać się czymś dużym.