وقتی حرف از رمز ارزها می شود، اولین فناوری زیرساختی که به ذهن می آید بلاکچین است. این در حالی است که طیف گسترده ای از دفاتر کل توزیع شده (DLT) مانند هش گراف (Hashgraph)، دگ (DAG) و هولوچین (HoloChain) وجود دارند که همانند بلاکچین کار ذخیره سازی داده ها را انجام می دهند. گراف جهت دار غیر مدور یا Directed Acyclic Graph (DAG) که در فارسی به اسامی دیگری همچون گراف سو دار بی دور یا بدون چرخش نیز شناخته می شود، ابزار ساختاری و مدل سازی داده است که در دنیای کریپتو و ارز دیجیتال استفاده دارد.

در این مطلب به مقایسه DAG و Blockchain که از پرکاربردترین DLT ها در دنیای رمزارزها هستند می پردازیم. با اینوستورنت همراه باشید.

بررسی ساختار بلاکچین (Blockchain) و دگ (DAG)

دگ (DAG) و بلاکچین (Blockchain) هر دو ساختارهای داده ای هستند که امکان ذخیره اطلاعات را در یک دفتر دیجیتال به نحو متفاوتی امکان پذیر می کنند. این کار می تواند توزیع شده و غیرمتمرکز صورت بگیرد. از آنجایی که هم در دگ و هم بلاکچین امکان توسعه رمزارز وجود دارد، امکان تشویق مشارکت کنندگان شبکه از طریق پاداش‌ توکنی فراهم می شود. احتمالا شما کمابیش با تکنولوژی بلاکچین و نحوه کارکرد آن آشنایی دارید. در غیر این صورت پیشنهاد می کنیم ابتدا مطلب زیر را مطالعه کنید.

وقتی به کریپتوکارنسی یا ارز دیجیتال فکر می کنیم، به احتمال زیاد اولین ساختاری که به ذهنمان می رسد بلاکچین یا فناوری دفتر کل توزیع شده (DLT) است. از زمان ساخت و راه اندازی بلاکچین بیت کوین (Bitcoin) تا کنون، شبکه ها و رمز ارزهای متعدد دیگری نیز ساخته شده اند که بیشترشان از همان معماری شبکه به کار رفته در بیت کوین استفاده می کنند.

اما بر خلاف بلاکچین که زنجیره ای از بلاک های پیاپی و به هم وصل شده است، ساختار مدل گراف جهت دار غیر مدور یا دگ (DAG) از دو بخش کلی شامل گره ها و خطوط میان آن ها تشکیل می شود.

برخلاف بلاکچین، DAG کمتر شناخته شده است. DAG یا گراف غیرمدور جهت دار (Directed Acyclic Graph) را مشابه دنباله ای از کره ها و خطوطی که آن را بهم وصل می کنند، تصور کنید. در این کره ها داده یا اطلاعات وجود دارد که به وسیله خطوط یک طرفه بهم مرتبط می شوند.

ساختار دگ برخلاف اغلب بلاکچین ها خطی نیست و در عوض ساختاری شاخه شاخه و درخت مانند دارد. به این دلیل هم به آن جهت دار گفته می شود، چون از یک نظم توپولوژیکی پیروی می کند. برخلاف بلاکچین، هیچ بلاکی از تراکنش ها در ساختار دگ تشکیل نمی شود. در عوض شبکه ای از تراکنش ها به صورت مستقیم به هم مرتبط می شوند.

در یک سیستم بلاکچینی هر بلاک به صورت دوره ای و با استفاده از یک اتصال رمزنگاری شده به نام هش (Hash)، به زنجیره ای طویل از بلاک های قبلی متصل می شود.

تراکنش های ارسال شده توسط کاربران شبکه در هر کدام از این بلاک ها قرار دارند. اما در یک سیستم مبتنی بر گراف جهت دار غیرمدور تراکنش ها نیازی به قرار گرفتن در صف پردازش و تایید و ثبت در بلاک ندارند و ساختار شکل دیگری است.

فرض کنید چهار نفر در یک اتاق هستند. نفر A می خواهد پیامی را به نفر D منتقل کند. در بلاکچین باید این پیام در طول یک زنجیره (A→B→C→D) انتقال یابد. در دگ این مسیر کوتاه می شود (A→D) و فرآیند پیام رسانی را برای دو شرکت کننده اصلی تسریع می کند و D در صورت لزوم B و C را باخبر می کند.

در ساختار DAG، همه کاربران سازنده تراکنش و تایید کننده هستند. مثلا در آیوتا، برای اینکه تراکنش شما تایید شود، باید دو تراکنش قبلی را تایید کرده و مقداری از قدرت محاسباتی خود را در اختیار شبکه قرار دهید. لازم به ذکر است که کاربران شبکه نمی توانند تاییدکننده تراکنش های خود باشند. اینجاست که مفهوم غیرمدور تجلی می یابد. همانطور که در تصویر زیر هم مشاهده می کنید فلش دایره ای به همان گره ایجاد کننده تراکنش برنمی گردد.

اجماع در شبکه آیوتا با اتکا به الگوریتم گواه اثبات کار (PoW) است و در شبکه های دیگری که از گراف غیرمدور جهت دار بهره‌ می برند، متفاوت است. مثلا فانتوم (Fantom) و هدرا (Hedera) از مکانیسم اجماع aBFT استفاده می کنند.

از آنجایی که دگ ها (DAGs) نیازی به استخراج ندارند و می توانند به صورت همزمان چندین تراکنش را به تراکنش های ماقبل ارجاع دهند، بسیار کم حجم بوده و کارمزد ناچیزی دارند.

با این وجود عدم تمرکز و ایمن بودن DAG به تعداد تراکنش هایی که در حال حاضر انجام می شوند بستگی دارد. کاهش حجم تراکنش ها دگ ها را در برابر حمله آسیب پذیر می کند.

برای کاهش این ریسک، پروژه های دگ محور به سمت و سوی اتخاذ هماهنگ کننده مرکزی، اعتبارسنجان از پیش انتخاب شده، نودهای شاهد یا در مورد هش گراف سراغ شبکه کاملا خصوصی می روند که همین ممکن است به تمرکزگرایی منجر شود. بنابراین دگ ها هم هنوز موفق به حل سه گانه مقیاس پذیری نشده است.

برای بسیاری از کاربران این انتظار و ثبت با تاخیر در ازای امنیت و تغییرناپذیری سیستم بلاکچین بسیار ارزشمند است و از آن مهم تر اینکه نیاز به یک هماهنگ کننده متمرکز را از بین می برد.

اما در نظر بسیاری دیگر، صنعت بلاکچین تاریخ انقضا دارد و در بلندمدت، به دلیل مشکلات مقیاس پذیری نمی تواند کاملا جایگزین سیستم های متمرکز شود. به همین خاطر برخی از متخصصان حوزه کریپتو بر این عقیده هستند که مسیر آینده شبکه های پرداختی نه به بلاکچین، بلکه به معماری ساختاری گراف جهت دار بدون دور یا غیر مدور (DAG) بستگی خواهد داشت.

در زمینه رمزارز، کره ها را می توان به یک تراکنش تشبیه کرد. این تراکنش ها به جای تجمع در بلاک، از نظر ساختاری روی یکدیگر قرار می گیرند. در حالیکه استخراج، در برخی از شبکه های بلاکچین مورد نیاز است، در DAG غیرضروی است. با این وجود، نود برای بررسی تراکنش های جدید و همچنین تایید و اعتبارسنجی تراکنش های قدیمی مورد نیاز است. از دگ اغلب برای مشکلات مرتبط با پردازش داده، زمان بندی، یافتن بهترین مسیر و فشرده سازی داده ها استفاده می شود.

مقایسه DAG و Blockchain

هر ورودی در بلاکچین بیت کوین یا اتریوم (یا شبکه های دیگری که از بلاکچین استفاده می کنند) در امتداد ورودی قبلی که مرجع آن محسوب می شود، قرار می گیرد. بدین ترتیب، توالی خطی از رویدادهای دیجیتال به دست می آید که به آن زنجیره گفته می شود. به جای اضافه کردن بلاک ها به صورت متوالی به یک زنجیره، تراکنش های جدیدتر در DAG به قدیمی ترها متصل می شوند، بدین معنی که یک تراکنش، تراکنش بعدی را تایید می کند و الی آخر. بنابراین اعتبارسنجی تراکنش ها به صورت موازی صورت گرفته که همین منجر به توان عملیاتی بالاتر می شود.

ساختار متوالی همان چیزی است که به طرز قابل توجهی مانع از توان عملیاتی بلاکچین می شود. ماهیت فهرست وار و مسطح بلاکچین ها بزرگترین تنگنا برای بهبود قابلیت مقیاس پذیری آن ها است. دگ ها به‌ نحو متفاوتی عمل می کنند. این ساختار داده مشابه فلوچارت است که در آن همه نقاط به یک جهت هدایت می شوند. شما می توانید دگ را با یک ساختار دایرکتوری فایل مقایسه کنید که در آن پوشه ها دارای زیر پوشه هایی هستند که به زیر پوشه های دیگر و غیره مشعب می شوند؛ درست مانند شاخه های یک درخت.

هر چه بلاکچین بزرگتر می شود، نودها به فضای ذخیره سازی و پهنای باند بیشتری برای به روز نگه داشتن تراکنش های اضافه شده به لجر نیاز دارند. با توجه به اینکه سرعت اینترنت به مرور زمان افزایش می یابد و هزینه ذخیره سازی هم بیشتر می شود، این امکان وجود دارد که به کار بردن بلاکچین پر هزینه تر شود.

مقایسه دگ (DAG) و بلاکچین (Blockchain) از منظر سرعت، مقیاس پذیری، الگوریتم اجماع، وضعیت تمرکز

• سرعت

سرعت بالای تایید تراکنش یکی از مزایای اصلی DAG است. در یک شبکه بلاکچینی، بین زمان ثبت تراکنش و تایید آن، یک بازه زمانی یا مدت زمان انتظار وجود دارد که به آن زمان بلاک یا Block Time گفته می شود. معضل زمان بلاک در پروتکل های دگ محور وجود ندارد و همین امر تاخیر یا Lantency را کاهش می دهد.

• مقیاس پذیری

موضوع مقیاس پذیری یک چالش نگران کننده مخصوصا در اکثر شبکه های بلاکچین مبتنی بر گواه اثبات کار (PoW) است. افزودن مداوم تراکنش های جدید می توانند اصل عدم تمرکز را که منجر به پایداری شبکه می شود را مختل کند. برای دستیابی به مقیاس پذیری در یک شبکه بلاکچین مناسب، ممکن است نیاز به افزایش تعداد نودها نیز باشد. این امکان همیشه عملی نیست و ازدحام منجر به افزایش زمان بلاک می شود. ظهور دگ به حل این مسئله کمک می کند و توان عملیاتی قابل قبولی را ارائه می دهد، زیرا اینجا با محدودیت زمان بلاک مواجه نیستیم. در یک جمله، دگ ها می توانند تعداد بیشتری تراکنش را در مقایسه با بلاکچین های سنتی پردازش کنند.

• ماینینگ

استخراج فرآیند تایید تراکنش ها در یک بلاکچین و تولید کوین های جدید است. برای این کار، ماینرها شروع به حل یک مسئله می کنند. ماینر موفق می تواند تراکنش ها را به بلاک جدید اضافه کرده و در ازای این کار پاداش بگیرد. علاوه بر استخراج، شبکه های بلاکچینی از مدل گواه اثبات سهام (PoS) هم برای اجماع استفاده می کنند.

در اینجا، اعتبارسنج ها نقش ماینرها را برعهده می گیرند و مشارکت در اجماع به ارزش استیکینگ (Staking) آن ها در شبکه بستگی دارد. پروتکل های گراف غیرمدور جهت دار نیازی به استخراج ندارند. در DAG، تراکنش های قدیمی تر تراکنش های جدیدتر را تایید می کنند. بدین صورت که هر تراکنش جدید برای پذیرش در شبکه باید به تراکنش های قبلی ارجاع داده شود. وقتی این کار انجام شود، تراکنش تایید می شود.

• عدم تمرکز

پروتکل های دگ را نمی توان غیرمتمرکز دانست. چرا که برای راه اندازی قائم به ذات و مستقل نیستند. بلکه به سیستم های شخص ثالث متکی اند. در نتیجه به تمرکز گرایش دارند و همین امنیت پروتکل را به چالش می کشاند.

مقایسه کاربردهای دگ (DAG) و بلاکچین (Blockchain)

• اینترنت اشیا

اینترنت اشیاء به سرعت در حال گسترش است. تصور کنید که با کمک ساعت هوشمند هزینه برنامه تناسب اندام خود را پرداخت می کنید. میلیون ها نفر در سراسر جهان چنین معاملاتی را انجام می دهند و این امر نیاز به یک زیرساخت پرداخت سریع و ارزان دارد. اینجا دگ نسبت به بلاکچین برتری قابل ملاحظه ای دارد.

• میکرو تراکنش ها

ظهور بلاکچین منجر به ایجاد گزینه های پرداخت مبتنی بر رمزنگاری شده است. با این حال، این رمزارزها محدودیت هایی دارند. بیت کوین به طور متوسط ۴ تا ۷ تراکنش را در هر ثانیه پردازش می کند. دیگر شبکه های بلاکچینی، این سطح را افزایش دادند، اما هیچکدام هنوز برای تراکنش های خرد مناسب نیستند. ساختار داده دگ ها و کارمزد پایین برای انتقال تراکنش های خرد مناسب است.

• پرداخت های بزرگ

معاملاتی بزرگ مانند خرید ملک را در نظر بگیرید. در این سناریو، فناوری بلاکچین ایده آل است. زیرا هزینه های ناچیز چندان نگران کننده نیستند. امنیت هم حرف اول را می زند. همانطور که اشاره کردیم دگ ها ماهیت نیمه متمرکز دارند، بنابراین ایمنی لازم را ندارند. پس بلاکچین برای تراکنش های بزرگ انتخاب بهتری است.

تاریخچه گراف جهت دار غیر مدور (DAG)

یکی از اولین نشانه ها در تاریخ از گراف جهت دار غیر مدور (Directed Acyclic Graph) به انتشار مسئله ریاضیاتی ۷ پل کونیگزبرگ (Seven Bridges of Königsberg) توسط لئونارد یولر (Leonhard Euler) در سال ۱۷۳۶ میلادی برمی گردد. می توان گفت این مسئله اولین مقاله طرح شده در باره تئوری گراف محسوب می شود. مسئله ۷ پل کونیگزبرگ از مهمترین و سخت ترین مسائل ریاضیات است که در آن شخص باید مسیری برای عبور از پل های شهر کونیگزبرگ (که امروزه به نام کالینینگراد در روسیه شناخته می شود) پیدا کند، به شکلی که فقط و فقط یک بار از هر پل بگذرد.

شهر کونیگسبرگ در پروس (اکنون کالینینگراد در روسیه)، روی هر دو سمت رود پرگل قرار داشت و شامل دو جزیره بزرگ به نام های کنیفوف (Kneiphof) و لومس (Lomse) می شد، که از طریق هفت پل با هم دیگر و با درگاه های شهر متصل بودند. مسئله این بود که آیا گشتی در شهر وجود دارد که از هر پل فقط یک بار عبور کند.

برای این که در مدل سازی منطقی مسئله و رسیدن به جواب، ابهامی ایجاد نشود، دو حالت زیر غیرقابل قبول در نظر گرفته می شوند:

• دسترسی به جزیره یا ساحل زمین اصلی به غیر از عبور از پل ها
• دسترسی به هرکدام از پل ها بدون عبور کامل و گذر کردن از آن ها

اویلر اثبات کرد که این مسئله جوابی ندارد. دشواری که با آن روبرو بود، توسعه فن تحلیلی مناسب و آزمون هایی بود که به سبب آن ها این گزاره را از روش مستحکم ریاضیاتی اثبات نماید. اویلر پس از ساده سازی نقشه شهر به شکل یک گراف، فرمول خود را با استفاده از گره ها، خطوط و وجه ها ساخت.

چه پروژه هایی از گراف جهت دار غیر مدور (DAG) استفاده می کنند؟

تا پیش از عرضه فناوری جدید گراف سودار بدون دور یا همان گراف جهت دار غیرمدور، حتی تصور اینکه رمز ارزی بدون تکیه بر تکنولوژی بلاکچین ساخته شود و فعالیت کند، برای کاربران این حوزه سخت بود. اما از آن زمان تا کنون در ساخت تعدادی از رمز ارزهای نسبتا معروف بازار از این ساختار معماری استفاده شده است.

از جمله نمونه ها می‌ وان به OByte ،IOTA و Nano اشاره کرد. البته تکنولوژی DAG هنوز بسیار جدید و خام است، اما چهارچوب کلی آن پتانسیل بالایی برای موفقیت دارد. همانطور که گفته شد، چندین پروژه قبلا از این سیستم استفاده کرده اند که در ادامه آن ها را توضیح می دهیم.

• شبکه GBYTE

شبکه GBYTE یا Obyte یک رمز ارز است با استفاده از گراف جهت دار غیر مدور توانسته ساختار خود را به کلی بی نیاز از فناوری بلاکچین طراحی کند. اما تراکنش های این رمز ارز هنوز مانند توکن های ساخته شده بر بستر شبکه بلاکچین، هزینه کارمزد دارند.

علت کارمزد داشتن تراکنش های انجام شده با رمز ارز Obyte این است که از سیستم اعتبارسنجی منحصربه‌فرد خود برای تایید و بررسی دوباره تراکنش‌ها استفاده می‌کند. در حقیقت الگوریتم اجماع Obyte به تایید تعدادی از کاربران شناخته‌شده شبکه بستگی دارد که نقش شاهد معتبر و قابل اعتماد را ایفا می‌کنند.

GBYTE همچنین از تراکنش های غیر قابل ردیابی و قراردادهای هوشمند غیر قابل دسترس پشتیبانی می کند که آن را به عنوان یک رمز ارز با محرمانگی بالا بسیار ارزشمند می کند.

• شبکه آیوتا (IOTA)

اپلیکیشن های اینترنت اشیا یا Internet of Things Applications که به اختصار IOTA نیز نامیده می شود شبکه بلاکچینی بدون بلاک خود را در سال ۲۰۱۶ راه اندازی کرد. ایده پشت IOTA این است که همه کاربران شبکه به طور ذاتی ماینر نیز هستند و به عنوان مثال هر کاربر برای اعتبارسنجی یک تراکنش، باید دو تراکنش دیگر را تایید کند.

آیوتا (IOTA) شبکه ای از نودها دارد که وظیفه اول و اصلی آن ها تسریع و کارآمد کردن فرآیند اعتبارسنجی است. همه کاربران به اندازه خود در تامین امنیت و مراقبت از شبکه سهیم هستند و تا حدودی در فرآیند اجرای اجماع نیز شرکت می کنند. به این ترتیب شبکه تا حد زیادی غیر متمرکز و در عین حال مقیاس پذیر می شود.

تراکنش های این شبکه کارمزدی نزدیک به صفر دارند، در نتیجه IOTA راهکاری جایگزین و کم هزینه برای ریز پرداخت های رمز ارزی محسوب می شود. همین موضوع موجب محبوبیت خرید آیوتا در میان کاربران حوزه ارزهای دیجیتال به عنوان یکی از پروژه های DAG محور شده است.

• شبکه نانو (Nano)

نانو (XNO) نیز یکی دیگر از ارزهای دیجیتال دنیای کریپتو است که از سیستم گراف جهت دار غیر مدور استفاده می کند. نانو بلاک چین های مستقل و منحصر به فردی را توسط نودها به یکدیگر متصل می کند. اسم این تکنولوژی لایه های بلاکی است و از نظر فنی ترکیبی از گراف جهت دار غیر مدور و بلاکچین به حساب می آید.

هر کاربر به صورت اختصاصی یک ولت و بلاکچین مخصوص خود دارد و تنها همان کاربر می تواند کیف پول و بلاکچین خود را ویرایش کند. تراکنش ها نیز تنها زمانی اجرا و نهایی می شوند که هم فرستنده و هم گیرنده در بلاکچین های اختصاصی خود عملیات مربوطه را به انجام برسانند.

هزینه تراکنش در شبکه نانو عملا صفر است و همچنین سرعت اجرای تراکنش ها در آن بسیار بالا محسوب می شود. این موضوع در کنار مناسب بودن قیمت ارز دیجیتال نانو (XNO) می تواند موجب رشد بیشتر پروژه شود.

• شبکه فانتوم (Fantom)

پروژه فانتوم (Fantom) با پروتکل اجماع لاکسیس (Lachesis) مدل جدیدی از گراف جهت دار غیر مدور را به نام DAG 2.0 معرفی کرد. یکی از دلایل سرعت بالای شبکه فانتوم نسبت به دیگر بلاک چین ها این است که تراکنش ها با فناوری DAG پشت همدیگر مرتب و ردیف و بعد به صورت همزمان تایید می شوند. روند کار در فانتوم به این صورت است که نودها بلاک های رویداد را تولید و به صورت گراف جهت دار غیر مدور ردیف می کنند. سپس از این بلاک های رویداد یک بلاکچین متشکل از بلاک های تایید شده ساخته می شود. به این ترتیب هم روند توزیع بلاک و تایید تراکنش سرعت بیشتری خواهد داشت.

الگوی اجماع فانتوم نسبت به الگوریتم های سابق مزایای متعددی دارد. در مکانیزم های قدیمی نودهای بلاکچین باید پس از ساخت هر بلاک منتظر تایید آن بمانند و بعد از ابتدا روند ساخت بلاک بعدی شروع می شود. اما فانتوم با دگ  ورژن دو (DAG V2) خود این امکان را به وجود آورده که نودها بلاک های رویداد را بسازند و پشت سر هم ردیف کنند تا در نهایت تعداد زیادی از آن ها با هم تایید و ثبت شوند.

در انتها

بدون شک گراف جهت دار غیر مدور (DAG) از جذابترین تکنولوژی های معماری شبکه های رمز ارزی است و با توجه به عمر کوتاه آن، پتانسیل بالایی برای پیشرفت و توسعه دارد. در مقایسه با بلاکچین، گراف جهت دار غیر مدور مزایای متعددی همچون هزینه کارمزد نزدیک به صفر و سرعت بسیار بالای تراکنش را دارد و همچنین امنیت و تمرکززدایی نسبتا مناسبی را به ارمغان می آورد. در صورتی که سیستم های مبتنی بر گراف جهت دار بدون دور بتوانند به اندازه پتانسیل خود رشد کنند، اکوسیستمی مقیاس پذیر به وجود می آورند که کاربردهای متعدد از جمله اینترنت اشیا و ری زپرداخت های مالی را شامل خواهد شد.

هر کدام از این دو ساختار داده نقاط ضعف و فوت خود را دارند و تصمیم برای اینکه از کدام مدل ساختار داده استفاده شود، کاملا به نیاز و اهداف آن پلتفرم بستگی دارد. در آخر با وجودی که در قلمروی رمزارزها ترجیح بر عدم تمرکز است، اما غیرمتمرکزسازی آرمانی که در تئوری وعده داده می شود، چه در بلاکچین و چه در DAG هنوز هویدا نشده است.