Inhalt

• Einführung

• Was ist eine DAG?

• Wie funktioniert eine DAG?

• Vor- und Nachteile gerichteter azyklischer Graphen

  • Die Vorteile von DAGs

  • Die Nachteile von DAGs

• Schlussfolgern

Einführung

Wenn Sie an Kryptowährungen denken, fallen Ihnen wahrscheinlich die Begriffe „Blockchain“ oder „Distributed Ledger“ ein. Seit der Einführung von Bitcoin wurden Hunderte anderer Kryptowährungen geschaffen. Die meisten von ihnen basieren auf einer ähnlichen Netzwerkarchitektur. Ihre Datenstrukturen ermöglichen es Benutzern, Werte zu übertragen oder mit dezentralen Anwendungen zu interagieren.

In einer Blockchain wird einer wachsenden Blockkette regelmäßig ein neuer Block hinzugefügt. Jeder Block ist durch eine Art kryptografische Verbindung (genauer gesagt einen Hash) mit dem vorherigen verbunden. In jedem dieser Blöcke befinden sich aktuelle Transaktionen, die von Benutzern gesendet wurden.

Allerdings gibt es oft eine Wartezeit zwischen der Übertragung einer Transaktion und der Aufnahme in einen Block. Stellen Sie sich das so vor, als würden Sie an einem Bahnhof auf einen Zug warten. Abhängig von der Größe der Waggons (Blockgröße) und der Anzahl der wartenden Personen (ausstehende Transaktionen) können Sie möglicherweise nicht einmal den nächsten Zug erreichen. Oder sogar der danach. Sie können zwischen einigen Sekunden und einigen Stunden warten, bis die Transaktion bestätigt wird.

Für viele ist das ein kluger Kompromiss. Schließlich bietet es ein sehr hohes Maß an Sicherheit, ohne auf einen zentralen Koordinator angewiesen zu sein. Für andere hat die Blockchain-Technologie ein Ablaufdatum. Kritiker glauben, dass die Skalierbarkeitsprobleme der Blockchain-Technologie auf lange Sicht eine Masseneinführung verhindern werden.

Einige glauben, dass die Zukunft von Kryptowährungs-Zahlungsnetzwerken in einer völlig anderen Architektur liegt: gerichteten azyklischen Graphen (oder DAGs).

Was ist eine DAG?

Ein DAG ist eine andere Art von Datenstruktur, etwa eine Datenbank, die verschiedene Informationen miteinander verbindet. „Gerichteter azyklischer Graph“ ist ein komplexer Begriff, also beginnen wir mit der Aufschlüsselung.

Gerichteter azyklischer Graph.

Konzeptionell sehen DAGs wie oben beschrieben aus. Sie bestehen aus Scheitelpunkten (den Kugeln) und Kanten (den Linien, die sie verbinden). Sie sind gerichtet, weil sie nur in eine Richtung gehen (Sie können die Pfeile sehen). Sie sind azyklisch (d. h. nicht zyklisch), da die Eckpunkte keine Schleife um sich selbst bilden. Wenn Sie an einem Punkt beginnen und dem Diagramm folgen, können Sie nicht zum selben Punkt zurückkehren. All dies wird bald klarer sein.

Diese Datenstrukturen werden im Allgemeinen zur Modellierung von Daten verwendet. Sie können sich darauf verlassen, dass ein DAG im wissenschaftlichen oder medizinischen Bereich die Beziehung zwischen Variablen beobachtet und deren gegenseitige Auswirkung bestimmt. Sie könnten beispielsweise Dinge wie Ernährung, Schlafzyklen und körperliche Symptome heranziehen, um Verbindungen zwischen ihnen herzustellen und festzustellen, wie sie sich auf einen Patienten auswirken.

Unsererseits interessiert uns mehr, wie sie dazu beitragen können, in einem verteilten Kryptowährungsnetzwerk einen Konsens zu erreichen.

Wie funktioniert eine DAG?

In einer DAG-basierten Kryptowährung stellt jeder Scheitelpunkt der Struktur eine Transaktion dar. Hier gibt es weder das Konzept eines Blocks, noch besteht die Notwendigkeit, die Datenbank durch Mining zu erweitern. Anstatt also Transaktionen in Blöcken zusammenzufassen, baut jede Transaktion auf einer anderen auf. Allerdings wird ein kleiner Proof-of-Work-Vorgang durchgeführt, wenn ein Knoten eine Transaktion übermittelt. Dadurch wird sichergestellt, dass das Netzwerk nicht verschmutzt wird, und frühere Transaktionen werden validiert.

Damit eine neue Transaktion hinzugefügt werden kann, muss sie sich auf ältere Transaktionen stützen. Angenommen, Alice erstellt eine neue Transaktion. Um berücksichtigt zu werden, muss diese Transaktion auf frühere Transaktionen verweisen. So ähnlich wie ein Bitcoin-Block auf den vorherigen verweist, jedoch mit mehreren referenzierten Transaktionen.

In einigen Systemen wählt ein Algorithmus Transaktionen (oder „Tipps“) aus, für die eine neue Transaktion durchgeführt werden soll. Es ist wahrscheinlicher, dass Trinkgelder ausgewählt werden, die ein höheres akkumuliertes Gewicht haben: ein Maß für die Anzahl der Bestätigungen auf dem Weg zum Trinkgeld.

Die Transaktionen, die Alice hinzufügen wird, sind unbestätigt. Aber sobald Alice sie referenziert, werden sie bestätigt. Alices Transaktion ist jetzt unbestätigt. Jemand anderes muss eine neue Transaktion hinzufügen, damit sie akzeptiert wird.

Benutzer bestätigen eher Transaktionen mit „schwererem“ Gewicht, sodass das System weiter wächst. Andernfalls würde ein Benutzer nichts davon abhalten, ständig neue Transaktionen zu älteren Transaktionen hinzuzufügen.

Mit Blockchains ist es ganz einfach, sich vor Doppelausgaben zu schützen. Die gleichen Mittel können nicht zweimal in einem Block ausgegeben werden: Knoten können alle Versuche leicht erkennen und alle Blöcke mit widersprüchlichen Transaktionen ablehnen. Da die Produktion von Blöcken für Bergleute so teuer ist, besteht für sie ein Anreiz, ehrlich zu sein.

DAGs verfügen außerdem über einen Mechanismus zur Vermeidung doppelter Ausgaben. Es ist ein bisschen das Gleiche, aber ohne die Minderjährigen. Wenn ein Knoten ältere Transaktionen bestätigt, wertet er einen gesamten Pfad bis zur allerersten Transaktion im DAG aus, um sicherzustellen, dass der Absender über ausreichend Guthaben verfügt. Es können mehrere Pfade vorhanden sein, es sollte jedoch nur einer überprüft werden.

Wenn Benutzer einen ungültigen Pfad verwenden, besteht die Gefahr, dass ihre eigene Transaktion ignoriert wird. Ihr Weg könnte legitim sein, aber da der vorherige nicht legitim war, wird niemand diesen Weg fortsetzen wollen.

Dies ist zunächst nicht intuitiv: Könnten Sie sich nicht in einer Situation befinden, in der mehrere Zweige existieren, die sich nicht gegenseitig kennen? Wäre es also nicht möglich, die gleichen Mittel in diesen verschiedenen Branchen auszugeben?

Dies ist zwar eine Möglichkeit, wird aber durch einen Auswahlalgorithmus gelöst, der Transaktionen mit größerem kumulativen Gewicht bevorzugt. Das bedeutet, dass Sie mit der Zeit einen Zweig haben, der viel stärker ist als die anderen. Die Schwächsten werden aufgegeben und das Netzwerk wird sich auf den Schwersten weiterentwickeln.

Wie bei Blockchains gibt es keine absolute Endgültigkeit: Man kann nie 100 % sicher sein, dass eine Transaktion nicht abgebrochen wird. Es ist unglaublich unwahrscheinlich, aber Sie können theoretisch einen Bitcoin- oder Ethereum-Block zurücksetzen, wodurch alle darin enthaltenen Transaktionen rückgängig gemacht werden. Je mehr Blöcke Sie nach der Transaktion hinzufügen, desto mehr Vertrauen können Sie in Ihre Transaktion haben. Aus diesem Grund wird empfohlen, sechs Bestätigungen abzuwarten, bevor Sie Geld ausgeben.

In einem DAG wie dem Tangle von IOTA gibt es ein Konzept des Bestätigungsvertrauens. Der Auswahlalgorithmus wird 100 Mal ausgeführt und Sie zählen, wie oft Ihre Transaktion direkt oder indirekt in den ausgewählten Foren genehmigt wurde. Je höher der Prozentsatz, desto sicherer können Sie sein, dass Ihre Transaktion abgewickelt wird.

Dies scheint zu einer schlechten Benutzererfahrung zu führen. Dies ist jedoch nicht der Fall. Wenn Alice Bob 10 MagicDAGTokens sendet, muss sie sich nicht um die Auswahl der richtigen Transaktionen aus der Grafik kümmern. Im Hintergrund kann sein Wallet die folgenden Vorgänge ausführen:

• Wählen Sie die umfangreichsten Transaktionen aus (denken Sie daran, dass dies diejenigen mit den meisten akkumulierten Bestätigungen sind).

• Befolgen Sie das Verfahren zur Rückgabe früherer Transaktionen, um sicherzustellen, dass die Transaktionen über einen ausreichenden Saldo für die Ausgaben verfügen.

• Sobald dies erledigt ist, fügt sie ihre Transaktion dem DAG hinzu und bestätigt die Transaktionen, für die sie ausgeführt wurde.

Für Alice wird dies einfach wie das übliche Verfahren für eine Kryptowährung aussehen. Sie gibt Bobs Adresse und den Betrag ein, den sie ausgeben möchte, und klickt dann auf Senden. Die obige Liste ist der Arbeitsnachweis, den jeder Teilnehmer ausführt, wenn er eine Transaktion erstellt.

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Vor- und Nachteile gerichteter azyklischer Graphen

Die Vorteile von DAGs

Geschwindigkeit

Ohne durch Blockzeiten eingeschränkt zu sein, kann jeder seine Transaktionen jederzeit übertragen und verarbeiten lassen. Es gibt keine Begrenzung für die Anzahl der Transaktionen, die Benutzer einreichen können, solange sie dabei alte Transaktionen bestätigen.

Kein Bergbau

DAGs verwenden keine PoW-Konsensalgorithmen, wie es normalerweise der Fall ist. Ihr CO2-Fußabdruck beträgt daher nur einen Bruchteil des CO2-Fußabdrucks von Kryptowährungen, die zur Sicherung ihres Blockchain-Netzwerks auf Mining angewiesen sind.

Keine Transaktionsgebühren

Da es keine Miner gibt, müssen Benutzer keine Gebühren für die Übertragung ihrer Transaktionen zahlen. Allerdings verlangen einige, dass für bestimmte Knotentypen eine geringe Gebühr gezahlt wird. Niedrige Gebühren (oder besser: keine Gebühren) sind für Mikrozahlungen attraktiv, da sie in Netzwerken mit hohen Gebühren nicht möglich sind.

Keine Skalierbarkeitsprobleme

Ohne Blockzeitbeschränkungen können DAGs viel mehr Transaktionen pro Sekunde verarbeiten als herkömmliche Blockchain-Netzwerke. Viele Befürworter glauben, dass sie dadurch in Anwendungsfällen des Internets der Dinge (IoT) wertvoll werden, in denen alle Arten von Objekten und Maschinen miteinander interagieren.

Die Nachteile von DAGs

Nicht vollständig dezentralisiert

Protokolle, die auf DAGs basieren, verfügen über unterschiedliche Zentralisierungselemente. Für einige ist dies wahrscheinlich eine kurzfristige Lösung, um das Netzwerk zu booten, aber ob DAGs ohne Eingreifen Dritter erfolgreich sein können, bleibt abzuwarten. Andernfalls sind sie Angriffsvektoren ausgesetzt, die letztendlich ihre Netzwerke lahmlegen könnten.

Nicht im großen Maßstab getestet

Obwohl es DAG-basierte Kryptowährungen schon seit einigen Jahren gibt, haben sie noch einen langen Weg vor sich, bis sie eine breite Anwendung finden. Daher ist es schwierig vorherzusagen, welche Anreize Benutzer erhalten könnten, das System in Zukunft aufrechtzuerhalten.

Schlussfolgern

Gerichtete azyklische Graphen sind sicherlich eine interessante Technologie zum Aufbau von Kryptowährungsnetzwerken. Bisher gibt es relativ wenige Projekte, die diese Datenstruktur nutzen, und sie sind noch nicht vollständig ausgereift.

Wenn sie jedoch ihr Potenzial ausschöpfen können, könnten sie äußerst skalierbare Ökosysteme antreiben. Die DAG-Technologie bietet eine Vielzahl von Anwendungsfällen in Bereichen, die einen hohen Durchsatz und keine Gebühren erfordern, beispielsweise im Internet der Dinge (IoT) und bei Mikrozahlungen.