Compreendendo Gráficos Acíclicos Dirigidos (DAGs) em Criptoativos

Introdução

Quando você pensa em criptomoedas, termos como "blockchain" ou "tecnologia de livro-razão distribuído" podem vir à mente. Desde a criação do Bitcoin, centenas de outras moedas digitais surgiram. A maioria depende de arquiteturas de rede semelhantes, permitindo que os usuários transfiram valor ou interajam com aplicativos descentralizados.

Nos sistemas de blockchain, novos blocos são adicionados periodicamente à cadeia crescente. Cada bloco está ligado criptograficamente ao seu predecessor através de um valor hash. Esses blocos contêm transações recentes transmitidas pelos usuários.

No entanto, geralmente há um período de espera entre a transmissão da transação e a inclusão no bloco. Imagine esperar em uma estação de trem. Dependendo do tamanho do vagão (tamanho do bloco) e do número de outras pessoas esperando (transações pendentes), você pode não pegar o próximo trem. Ou até mesmo o seguinte. Os tempos de confirmação podem variar de segundos a horas.

Para muitos, este compromisso é aceitável, oferecendo alta segurança sem coordenação centralizada. Outros argumentam que a tecnologia blockchain tem uma data de validade, citando questões de escalabilidade como uma barreira à adoção generalizada a longo prazo.

Alguns acreditam que o futuro das redes de pagamento em criptomoeda reside numa arquitetura completamente diferente—Grafos Acíclicos Dirigidos (DAGs).

O que é um DAG?

Um DAG é uma estrutura de dados alternativa—pense nisso como um banco de dados que conecta diferentes peças de informação. Vamos analisar o termo "Grafo Dirigido Acíclico" para entender seu significado.

Grafo Acíclico Direcionado.

Conceitualmente, os DAGs assemelham-se à imagem acima. Eles consistem em vértices (esferas) conectados por arestas (linhas). Eles são direcionados, movendo-se em uma direção (como indicado por setas). E são acíclicos (não circulares), o que significa que os vértices não se loopam de volta sobre si mesmos—se você começar em um ponto e seguir o gráfico, não pode retornar ao mesmo ponto. Isso ficará mais claro em breve.

Essas estruturas de dados são frequentemente utilizadas para modelar dados. Nos campos científico ou médico, os DAGs podem ser empregados para observar as relações entre variáveis e determinar como elas influenciam umas às outras. Por exemplo, você poderia considerar fatores como nutrição, ciclos de sono e sintomas físicos para mapear suas conexões e entender seu impacto em um paciente.

Para os nossos propósitos, estamos mais interessados em como os DAGs ajudam a alcançar consenso em redes de criptomoedas distribuídas.

Como Funcionam os DAGs?

Nas criptomoedas baseadas em DAG, cada vértice na estrutura representa uma transação. Não há conceito de blocos, e não é necessário mineração para expandir o banco de dados. Em vez de coletar transações em blocos, cada transação se baseia em outra. No entanto, quando os nós enviam transações, uma pequena operação de prova de trabalho é realizada. Isso garante que a rede não seja inundada com spam e valida transações anteriores.

Para adicionar uma nova transação, ela deve ser baseada em transações anteriores. Vamos supor que Alice cria uma nova transação. Para confirmar esta transação, ela deve referenciar transações anteriores. É semelhante a como os blocos no Bitcoin referenciam blocos anteriores, mas ela referencia múltiplas transações.

Em alguns sistemas, um algoritmo seleciona quais transações ( ou "dicas" ) uma nova transação deve construir. Dicas com um peso cumulativo maior—uma medida de quantas confirmações o caminho de uma dica tem—são mais propensas a serem escolhidas.

As transações que Alice constrói são não confirmadas. Mas uma vez que Alice as referencia, elas tornam-se confirmadas. A transação de Alice agora está não confirmada, então outros devem construir sobre ela para que seja aceita.

Os utilizadores são mais propensos a confirmar transações com um peso "maior", garantindo que o sistema continua a crescer. Caso contrário, nada impediria os utilizadores de continuar a construir sobre transações antigas.

Com blockchains, a proteção contra gastos duplos é direta. Os mesmos fundos não podem ser gastos duas vezes em um bloco — os nós detectam facilmente quaisquer tentativas e rejeitam blocos contendo transações conflitantes. Como a geração de blocos é dispendiosa para os mineradores, eles são incentivados a competir de forma justa.

Os DAGs também possuem mecanismos para prevenir a dupla despesa. É algo semelhante, mas sem mineradores. Quando os nós confirmam transações mais antigas, eles avaliam todo o caminho de volta à primeira transação do DAG para garantir que o remetente tenha saldo suficiente. Podem existir múltiplos caminhos, mas apenas um precisa de verificação.

Se os usuários construírem em um caminho inválido, correm o risco de que suas próprias transações sejam ignoradas. A transação deles pode ser legítima, mas ninguém quer estender aquele caminho em particular devido a transações inválidas anteriores.

Isto pode parecer contra-intuitivo à primeira vista—não acabaria por ter múltiplas ramificações que não têm conhecimento umas das outras? Não poderiam as pessoas gastar o mesmo dinheiro nessas diferentes ramificações?

Embora isso seja uma possibilidade, é tratado através de algoritmos de seleção que favorecem dicas com maior peso cumulativo. Com o tempo, você acaba com um ramo significativamente mais forte do que os outros. Os mais fracos são descartados, e a rede continua a construir sobre o ramo mais pesado.

Assim como nas blockchains, não há uma finalização absoluta—você nunca pode ter 100% de certeza de que uma transação não será revertida. Embora seja extremamente improvável, é teoricamente possível "desfazer" blocos do Bitcoin ou Ethereum, revertendo todas as transações dentro deles. Quanto mais blocos forem adicionados após aquele que contém sua transação, mais confiante você pode estar nela. É por isso que é recomendado esperar por seis confirmações antes de gastar.

Em DAGs como o Tangle da IOTA, existe um conceito de confiança na confirmação. O algoritmo de seleção é executado 100 vezes e, em seguida, calcula quantas vezes a sua transação foi aprovada direta ou indiretamente nas pontas selecionadas. Quanto maior a porcentagem, mais confiante você pode estar de que a transação permanecerá "settled."

Isto pode parecer levar a uma experiência de utilizador pobre. Mas não leva. Se Alice enviar 10 MagicDAGTokens a Bob, ela não precisa se preocupar em selecionar os tips de grafo corretos. Nos bastidores, a sua carteira pode:

• Selecione dicas importantes ( lembre-se, estas são as que têm mais confirmações acumuladas ).

• Rastrear o caminho das transações anteriores, garantindo que as gorjetas tenham saldo suficiente para gastar.

• Uma vez satisfeitos, eles adicionariam a transação ao DAG, confirmando as transações construídas sobre.

Para Alice, isso parece um fluxo de trabalho regular de criptomoeda. Ela insere o endereço de Bob e o valor que deseja gastar, em seguida, clica em enviar. A lista acima é a prova de trabalho que cada participante executa ao criar uma transação.

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Prós e Contras dos Grafos Acíclicos Dirigidos

Vantagens dos DAGs

Velocidade

Desvinculado pelos tempos de bloco, qualquer pessoa pode transmitir e processar suas transações a qualquer momento. Não há limite para o número de transações que os usuários podem enviar, desde que confirmem as anteriores.

Sem Mineração

Os DAGs não usam algoritmos de consenso PoW como estamos acostumados. Assim, a sua pegada de carbono é apenas uma fração das criptomoedas que dependem da mineração para garantir redes de blockchain.

Zero Taxas de Transação

Sem mineradores, os usuários podem transmitir suas transações sem pagar taxas. No entanto, algumas transações ainda exigem que pequenas taxas sejam pagas a tipos especiais de nós. Taxas baixas ou zero são atraentes para micropagamentos, uma vez que altas taxas de rede derrotam o propósito de pequenas transações.

Sem Problemas de Escalabilidade

Desvinculados dos tempos de bloco, os DAGs podem processar muitas mais transações por segundo do que as redes de blockchain tradicionais. Muitos apoiantes acreditam que isso os tornará valiosos em casos de uso da Internet das Coisas (IoT), onde várias máquinas irão interagir entre si.

Desvantagens dos DAGs

Não totalmente descentralizado

Protocolos que dependem de DAGs têm vários elementos centralizados. Para alguns, esta deve ser uma solução a curto prazo para orientar a rede, mas resta saber se os DAGs podem prosperar sem intervenção de terceiros. Caso contrário, estão expostos a vetores de ataque que podem comprometer, em última instância, as suas redes.

Não testado em escala

Embora as criptomoedas baseadas em DAG existam há vários anos, ainda estão longe de ser amplamente utilizadas. Assim, é difícil prever quais motivações os futuros usuários poderão ter para explorar o sistema.

Conclusão

Os Grafos Acíclicos Dirigidos são, sem dúvida, uma tecnologia intrigante para construir redes de criptomoedas. Até agora, relativamente poucos projetos utilizam esta estrutura de dados, e ainda não estão completamente desenvolvidos.

No entanto, se conseguirem realizar seu potencial, apoiarão ecossistemas altamente escaláveis. A tecnologia DAG tem inúmeras aplicações em áreas que requerem alta capacidade de processamento e serviços gratuitos, como a Internet das Coisas (IoT) e micropagamentos.