Что такое направленный ациклический граф (DAG)?

Сегодня абсолютно все криптовалюты, построенные на блокчейне, сталкиваются с одной серьёзной проблемой — масштабируемостью.

В централизованном мире платежей такие компании, как Visa, приучили нас к быстрым, мгновенным транзакциям. И пока криптовалютное сообщество не решит этот вопрос, мы, по сути, не можем двигаться дальше. Это вторая серьёзная проблема, с которой столкнулись криптографы на пути к всеобщему признанию криптовалют. Первая, конечно, безопасность, но это тема для другого раза.

Все вы не раз слышали о таких решениях, как Lightning Network для Bitcoin и Sharding для Ethereum. Каждое из них решает одну и ту же проблему разными способами — временем создания блока. Блоки являются фундаментальными компонентами блокчейна, и скорость всей сети зависит от скорости создания блока.

DAG vs Blockchain

Появление технологии блокчейн на глобальном финансовом рынке стало одним из главных событий прошлого года. Сторонники абсолютной демократии и критики фиатной системы вздохнули с облегчением, когда Bitcoin начал набирать обороты. Вот оно — полностью децентрализованная валюта! Банки и власти больше не смогут контролировать и управлять средствами граждан. Не успев оправиться от шума вокруг криптовалютного «папы», на арену вышел ещё один хедлайнер — Ethereum со своими децентрализованными приложениями. Бум ICO и знаменитые CryptoKitties сделали своё дело, и Ethereum, в целом необоснованно, начали называть блокчейном 2.0

Но технологии развиваются очень быстро, и вскоре на рынке появляются новые криптовалюты с другой технологией под названием DAG, которая уже основана на решении проблемы масштабируемости и высоких комиссий. Сейчас мы наблюдаем тенденцию, при которой новые проекты предпочитают решения DAG вместо привычных блоков. Некоторые даже робко заявляют, что DAG — это поколение блокчейна 3.0 (ошибочно) и что будущее криптовалют именно в этой технологии. Что ж, давайте разберёмся.

Что такое DAG?

Прежде всего, DAG — это тип технологии распределённого реестра, который отличается от блокчейна структурой записей и асинхронностью. Многие ошибочно считают, что DAG — это разновидность блокчейна или какой-то новый консенсус. И блокчейн, и DAG — это разные решения технологии распределённого реестра, или, как её называют в white paper, — ledger.

Blockchain и DAG можно назвать близкими родственниками, но проблемы они решают разными способами. Поэтому, как было сказано выше, утверждение «DAG — поколение блокчейнов 3.0» ошибочно. DAG — это вовсе не блокчейн, а реестр без блоков. В следующем разделе мы косвенно сравним blockchain и DAG, а пока посмотрим, как работает эта технология.

DAG (directed acyclic graph) — это ориентированный граф, в котором нет направленных циклов.

Для начала давайте разберёмся, что такое ненаправленный циклический граф.

Ненаправленный циклический граф — это граф (или сеть связанных узлов), где информация может передаваться от одного узла (круга) к другому по различным рёбрам (прямым линиям). Существует множество разных способов, по которым информация может выходить из узла, проходить через другие узлы и возвращаться к исходному узлу. Когда это происходит с узлом, который встречается более одного раза, граф можно определить как циклический.

Но нас интересуют ациклические графы. Ациклические графы — это графы, в которых нет циклов.

Это означает, что невозможно обойти весь граф, начав с одного ребра. Рёбра ориентированного графа идут только в одну сторону. Такой граф — это топологическая сортировка, в которой все узлы расположены в определённом порядке. У такой системы нет циклов — вы никогда не вернётесь к началу того же узла.

Теперь давайте разберёмся, что означает directional.

Если задать направление рёбер (чтобы они функционировали как односторонняя улица для информации) и гарантировать, что ни один узел не соединяется ни с одним из других узлов, уже находящихся в своей серии, наш ранее циклический граф можно преобразовать в ориентированный ациклический граф.

Таким образом, DAG функционирует как сеть взаимосвязанных ветвей, растущих наружу в нескольких направлениях. Транзакции могут подтверждаться на порядок быстрее, оставаясь при этом децентрализованными, поскольку каждая из них подтверждает только предыдущую.

В DAG каждая транзакция ссылается на предыдущие (родительские) хэши, подписывая их и включая в свой состав. Таким образом формируется «дерево» транзакций, где каждая из них подтверждена и неизменна.

Плюсы и минусы DAG

В начале мы пройдёмся по трём гробам современной криптоиндустрии: масштабируемость, безопасность и стоимость.

• Скорость и масштабируемость. Технология DAG появилась как результат неспособности блокчейна справляться с высокими нагрузками и перегрузкой сети. Как уже было сказано ранее, эта проблема стала катализатором развития DAG, поэтому смело записываем этот фактор в плюс. В DAG только узлы являются контроллерами транзакций и валидаторами, а не блоки. Информация находится в транзакциях, а значит, они очень быстрые. В теории речь идёт о миллионах транзакций в секунду.
• Безопасность. В DAG все транзакции всегда проверяются другими узлами, а иногда и многократно. Это повышает надёжность платежей и снижает вероятность «double spending». В криптовалютах без блокчейна это достигается за счёт прямых и косвенных подтверждений, строгое описание которых индивидуально для каждой криптовалюты. В теории безопасность должна быть выше, но сейчас это трудно сказать наверняка. В любом случае пока безопасность DAG как минимум не уступает технологии блокчейн.
• Стоимость транзакций. Алгоритм DAG идеально подходит для системы микроплатежей, поскольку у него «почти нулевые» комиссии. Благодаря своей архитектуре и отсутствию майнеров в сети пользователи сети на базе DAG смогут отправлять транзакции буквально с копеечными комиссиями или вообще без них.

Подтверждение транзакций и консенсус. При отправке транзакции в сеть пользователь сначала должен подтвердить (провалидировать) как минимум одну, но чаще две записи из предыдущих. Таким образом, сами пользователи обслуживают сеть каждый раз, когда отправляют транзакцию. Поэтому в DAG обычно нет майнеров и майнеров. Но некоторые участники должны определять порядок всех записей, поскольку без точного порядка всё ещё возможна атака «double spending». Наличие этих участников и процесс валидации транзакций пользователями — вместе формируют алгоритм консенсуса по записям в сетях DAG. У каждой криптовалюты свои решения по использованию этих самых участников, но логично предположить, что чем больше их будет, тем более децентрализованной будет выглядеть сама сеть и криптовалюта в целом.

На данный момент у технологии DAG нет выраженных недостатков. Однако, как и первый блокчейн Bitcoin, до того как он начал покорять мир, технология ещё не обкатана, можно даже сказать сырая. Так что первые серьёзные проверки DAG пройдут после массового признания на рынке и первых хакерских атак. Сейчас же можно просто радоваться, потому что прогресс криптовалютного рынка очень стремителен.

Криптовалюты на базе DAG

По сети впервые идея создать криптовалюту на DAG без блокчейна была озвучена в 2015 году одним из зарубежных разработчиков. Однако тот проект не был реализован, но уже тогда сама идея показалась многим разработчикам интересной.

IOTA

Пожалуй, самая популярная монета на DAG — это IOTA. В её основе используется технология Tangle, которая, в свою очередь, также основана на DAG. Видение IOTA и DAG привело к появлению Tangle. Дизайн графа IOTA ещё шире — согласно White Paper, он выглядит как направленный ациклический граф в 3D. Каждая транзакция в Tangle должна подтверждать любые две предыдущие транзакции, которые случайным образом выбираются сетью. Также алгоритм этой криптовалюты, связанной с DAG, позволил создать даже офлайн-части сети. Когда вы подключаетесь к интернету, эти блоки становятся частью общего «blockchain». Проще говоря, разработчики «скрутили» свой DAG, оптимизировав его под Интернет вещей, и назвали это Tangle.

Nano

Ещё одна известная криптовалюта на DAG — это Nano. Как вы помните из обзоров, у проекта Nano раньше было другое название, а первая бета-реализация была опубликована ещё в 2014 году. Nano использует новую архитектуру block-lattice, где у каждого аккаунта есть собственная цепочка и достигается консенсус через delegated Proof. Получается, что block lattice Nano, как и весь проект, основан на DAG. Nano — один из первых проектов на DAG в его классическом виде.

Byteball Bytes

Проект криптовалюты Byteball использует преимущества DAG для построения экосистемы смарт-контрактов для быстрых платежей и хранения финансовых данных: валюты, прав собственности, долгов, долей и многого другого. Это не блокчейн-проект, а проект, основанный на архитектуре DAG, уже работающий и имеющий хороший и удобный кошелёк. Byteball хорош, когда речь идёт о peer-to-peer смарт-контрактах. Пользователи Byteball могут использовать условные безопасные смарт-платежи: всё, что нужно, — установить условие, при котором получатель получит деньги. Если это условие не будет выполнено, ваши деньги автоматически вернутся вам — очень простой алгоритм на основе DAG. Например, Byteball позволяет покупать или продавать страхование peer-to-peer на своей платформе с помощью смарт-контрактов.

Все эти криптовалюты безопасно торгуются на рынке и имеют вполне успешные листинги.

Наверняка есть и другие криптовалюты, которые так или иначе используют технологию DAG. 

Все основные проверки этой технологии ещё впереди, сейчас она обещает нам много новых возможностей. Однако пока это лишь тренд, у которого есть все шансы стать чем-то большим.

What Is DAG?