Inhaltsverzeichnis

• Einführung

• Was ist ein gerichteter azyklischer Graph?

• Wie funktioniert ein gerichteter azyklischer Graph?

• Vor- und Nachteile gerichteter azyklischer Graphen

  • Vorteile gerichteter azyklischer Graphen

  • Nachteile gerichteter azyklischer Graphen

• Zusammenfassen

Einführung

Wenn wir an Kryptowährungen denken, fallen uns sofort Konzepte wie Blockchain oder „Distributed-Ledger-Technologie“ ein. Seit der Einführung von Bitcoin sind Hunderte von Kryptowährungen auf den Markt gekommen, und die meisten basieren auf einer ähnlichen Netzwerkarchitektur. Über diese Datenstrukturen können Benutzer Werte übertragen oder mit dezentralen Anwendungen interagieren.

In einer Blockchain werden der wachsenden Kette regelmäßig neue Blöcke hinzugefügt. Jeder Block ist über eine Art kryptografische Verbindung (einen Hash, um genau zu sein) mit dem vorherigen Block verbunden. Jeder Block enthält die neuesten vom Benutzer veröffentlichten Transaktionen.

Allerdings gibt es normalerweise eine Wartezeit zwischen der Veröffentlichung einer Transaktion und der Aufnahme in den Block, ähnlich wie beim Warten auf einen Zug an einem Bahnhof. Abhängig von der Größe des Wagens (Blockgröße) und der Anzahl der wartenden Personen (abzuwickelnde Transaktionen) kann es sein, dass Fahrgäste den nächsten Zug oder sogar den nächsten nicht erreichen können. Die Wartezeit bis zur Bestätigung einer Transaktion kann zwischen einigen Sekunden und einigen Stunden liegen.

Für viele ist das ein gutes Geschäft. Schließlich ist diese Methode sehr sicher und erfordert keine Abhängigkeit von einer zentralen Koordinationsorganisation. Andere glauben, dass die Blockchain-Technologie irgendwann abgeschafft wird. Gegner glauben, dass Skalierbarkeitsprobleme auf lange Sicht die großflächige Anwendung und Förderung der Blockchain-Technologie behindern werden.

Befürworter glauben fest daran, dass künftige Kryptowährungs-Zahlungsnetzwerke auf einer völlig anderen Architektur aufbauen werden, nämlich einem gerichteten azyklischen Graphen (oder „DAG“).

Was ist ein gerichteter azyklischer Graph?

Ein gerichteter azyklischer Graph ist eine eindeutige Datenstruktur, die man sich als Datenbank vorstellen kann, die unterschiedliche Informationen miteinander verbindet. „Gerichteter azyklischer Graph“ ist ein sehr informatives Konzept. Lassen Sie uns es Schicht für Schicht aufschlüsseln.

Gerichteter azyklischer Graph.

Vom Konzept her ähnelt ein gerichteter azyklischer Graph dem oben gezeigten und besteht aus Scheitelpunkten (Kugeln) und Kanten (Linien). Beide sind gerichtet, beide zeigen in eine Richtung (wie durch den Pfeil dargestellt) und beide sind azyklisch, das heißt, es gibt keine Schleife und der Scheitelpunkt kehrt nicht zum ursprünglichen Startpunkt zurück einen Punkt und gehen Sie entlang des Diagramms. Es gibt keine Möglichkeit, zum gleichen Ausgangspunkt zurückzukehren. Wir werden es weiter unten im Detail erläutern.

Diese Datenstruktur wird häufig zur Datenmodellierung verwendet. In der Wissenschaft oder Medizin werden gerichtete azyklische Graphen verwendet, um Beziehungen zwischen Variablen zu beobachten und deren Wechselwirkung zu bestimmen. Mithilfe dieser Grafik stellen wir beispielsweise Zusammenhänge zwischen Ernährung, Schlafzyklen und körperlichen Symptomen her und ermitteln so, wie sich diese auf Patienten auswirken.

Wir sind mehr besorgt darüber, wie wir dieses Diagramm nutzen können, um einen Konsens über das verteilte Kryptowährungsnetzwerk zu erzielen.

Wie funktioniert ein gerichteter azyklischer Graph?

Eine Kryptowährung, die auf einem gerichteten azyklischen Graphen basiert, wobei jeder Scheitelpunkt in der Struktur eine Transaktion darstellt. Es gibt kein Blockkonzept und es ist kein Mining erforderlich, um die Datenbank zu erweitern. Daher werden Transaktionen nicht in einem Block zusammengefasst, sondern auf einer anderen Transaktion aufgebaut. Wenn ein Knoten eine Transaktion einreicht, gibt es immer noch eine kleine Menge an Proof-of-Work-Vorgängen, die sicherstellen, dass das Netzwerk frei von Spam ist und auch frühere Transaktionen überprüft.

Um eine neue Transaktion hinzuzufügen, muss diese auf einer vorherigen Transaktion aufbauen. Angenommen, Alice erstellt eine neue Transaktion. Damit die Transaktion bestätigt werden kann, muss sie auf die vorherige Transaktion verweisen, was in gewisser Weise dem Verweis eines Blocks auf den vorherigen Block in Bitcoin ähnelt, mit der Ausnahme, dass hier mehrere Transaktionen referenziert werden müssen.​

In einigen Systemen wählt ein Algorithmus aus, auf welchen Trades (oder „Enden“) ein neuer Trade aufgebaut werden muss. Je höher das Gesamtgewicht des Endes ist, desto einfacher ist es auszuwählen. Das kumulative Gewicht misst die Anzahl der Bestätigungen auf dem Weg bis zum Ende.

Die Transaktion, die Alice oben erstellen möchte, ist unbestätigt. Diese Transaktionen werden jedoch bestätigt, sobald sie von Alice referenziert werden. Alices aktuelle Transaktion ist unbestätigt, daher müssen andere Transaktionen darüber erstellen, bevor sie akzeptiert werden kann.

Benutzer bevorzugen die Bestätigung von Transaktionen mit „höheren“ Gewichten, damit sich das System weiterentwickeln kann. Andernfalls werden Benutzer weiterhin bedenkenlos Transaktionen auf alten Transaktionen erstellen.

Blockchain kann das Problem der doppelten Ausgaben leicht verhindern. Die gleichen Mittel können nicht zweimal in einem Block ausgegeben werden, und Knoten können solche Versuche leicht erkennen und alle Blöcke mit widersprüchlichen Transaktionen ablehnen. Die Herstellung von Blöcken ist für Bergleute sehr teuer, daher bietet der Mechanismus einen Anreiz für sie, fair zu konkurrieren.

Gerichtete azyklische Graphen können mit einem ähnlichen Mechanismus auch Probleme mit doppelten Ausgaben verhindern, jedoch ohne die Beteiligung von Minern. Wenn ein Knoten eine ältere Transaktion bestätigt, wertet er den gesamten Pfad zurück zur ersten Transaktion im DAG aus, um sicherzustellen, dass der Absender über ausreichend Guthaben verfügt. Es kann viele Pfade geben, aber nur einer muss überprüft werden.

Wenn ein Benutzer eine Transaktion auf einem ungültigen Pfad einrichtet, wird seine Transaktion ignoriert. Möglicherweise sind die Transaktionen dieser Benutzer gültig, aber niemand möchte diesen Pfad erweitern, da die vorherige Transaktion ungültig war.

Es mag auf den ersten Blick nicht intuitiv erscheinen – könnte es eine Situation geben, in der mehrere verschiedene Zweige nichts von der Existenz des anderen wissen? Werden Benutzer also die gleichen Mittel für verschiedene Filialen ausgeben?

Es ist tatsächlich möglich. Dieses Problem lässt sich jedoch leicht lösen, indem man einen Algorithmus auswählt, der am Ende Gewicht zum kumulativen Gewicht hinzufügt. Mit anderen Worten: Im Laufe der Zeit wird ein Zweig mehr gedeihen als andere. Schwächere Filialen werden aufgegeben und das Netzwerk wächst in den Filialen mit dem höchsten Gewicht weiter.​

Wie bei der Blockchain gibt es auch in diesem Netzwerk keine absolute Bestätigung und wir können nie ganz sicher sein, ob eine Transaktion rückgängig gemacht wird. Obwohl höchst unwahrscheinlich, ist es theoretisch möglich, dass ein Bitcoin- oder Ethereum-Block „rückgängig gemacht“ wird, was zur Folge hat, dass alle darin enthaltenen Transaktionen rückgängig gemacht werden. Je mehr Blöcke nach einer Transaktion hinzugefügt werden, desto sicherer wird die Transaktion. Aus diesem Grund empfehlen wir Benutzern, sechs Bestätigungen abzuwarten, bevor sie Mittel bereitstellen.

In gerichteten azyklischen Graphen wie dem IOTA Tangle gibt es ein Konzept namens „Bestätigungsvertrauen“. Der Auswahlalgorithmus wird 100 Mal ausgeführt und zählt die Anzahl der Transaktionen, die direkt oder indirekt in den ausgewählten Endpunkten genehmigt wurden. Je höher der Prozentsatz, desto größer ist die Sicherheit, dass die Transaktion „abgewickelt“ bleibt.

Dies scheint zu einer schlechten Benutzererfahrung zu führen. Aber das tut es nicht. Wenn Alice 10 MagicDAGTokens an Bob sendet, muss sie sich keine Gedanken über die Auswahl des richtigen Endes des Diagramms machen, da ihre Brieftasche im Hintergrund Folgendes tut:

• Wählen Sie die Endpunkte mit der höchsten Gewichtung aus (denken Sie daran, diejenigen mit den meisten akkumulierten Bestätigungen).

• Verfolgen Sie den Pfad zurück zu früheren Transaktionen, um sicherzustellen, dass am Ende genügend Guthaben für die Zahlung vorhanden ist.

• Wenn die oben genannten Anforderungen erfüllt sind, wird die Transaktion dem gerichteten azyklischen Diagramm hinzugefügt und die erstellte Transaktion wird bestätigt.

Nach Meinung von Alice ist dies der normale Ablauf einer Kryptowährung. Sie gibt Bobs Adresse und den Betrag ein, den sie zahlen möchte, und drückt dann auf Senden. Die obige Liste ist der Arbeitsnachweis, der ausgeführt wird, wenn jeder Teilnehmer eine Transaktion erstellt.

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Vor- und Nachteile gerichteter azyklischer Graphen

Vorteile gerichteter azyklischer Graphen

Geschwindigkeit

Es gibt keine Sperrzeitbegrenzung und jeder kann jederzeit Transaktionen durchführen und bearbeiten. Solange die frühere Transaktion zuerst bestätigt wird, unterliegt der Benutzer nicht der Begrenzung der Anzahl der übermittelten Transaktionen.

Kein Bergbau erforderlich

Gerichtete azyklische Graphen verwenden nicht den herkömmlichen Proof-of-Work-Konsensalgorithmus. Im Vergleich zu Kryptowährungen, die zur Aufrechterhaltung von Blockchain-Netzwerken auf Mining angewiesen sind, beträgt der CO2-Fußabdruck gerichteter azyklischer Graphen nur einen Bruchteil.

keine Transaktionsgebühren

Da es keine Miner gibt, zahlen Benutzer keine Gebühren für die Veröffentlichung von Transaktionen, manchmal fallen jedoch für bestimmte Knotentypen geringe Gebühren an. Niedrige Gebühren (kostenlos ist noch besser) sind für Mikrozahlungsnutzer sehr attraktiv, da hohe Netzwerkgebühren ihre Arbeit umsonst machen.

Keine Skalierbarkeitsprobleme

Im Vergleich zu herkömmlichen Blockchain-Netzwerken sind gerichtete azyklische Graphen nicht durch die Blockzeit begrenzt und können viel mehr Transaktionen pro Sekunde verarbeiten. Viele Befürworter glauben, dass DAGs dadurch in verschiedenen Anwendungsfällen des Internets der Dinge (IoT), in denen Maschinen interagieren, wertvoller werden.

Nachteile gerichteter azyklischer Graphen

Nicht vollständig dezentralisiert

Protokolle, die auf gerichteten azyklischen Graphen basieren, weisen verschiedene Zentralisierungseigenschaften auf. Einige glauben, dass dies eine kurzfristige Lösung für den Start des Netzwerks ist, aber ob DAGs ohne Eingreifen Dritter erfolgreich sein können, bleibt abzuwarten. Geschieht dies nicht, wird das Netzwerk anfällig für Angriffsvektoren, die letztendlich zu schweren Schäden führen können.

Nicht im großen Maßstab getestet

Obwohl es Kryptowährungen, die auf gerichteten azyklischen Graphen basieren, schon seit einigen Jahren gibt, wird es einige Zeit dauern, bis sie weit verbreitet sind. Daher ist es schwierig vorherzusagen, welche Art von Anreizmechanismus Benutzer bei der künftigen Nutzung des Systems genießen werden.

Zusammenfassen

Es besteht kein Zweifel, dass gerichtete azyklische Graphen eine interessante Technologie für den Aufbau von Kryptowährungsnetzwerken sind. Derzeit gibt es relativ wenige Projekte, die diese Datenstruktur verwenden, und sie ist noch nicht ausgereift.​

Solange gerichtete azyklische Graphen jedoch ihr Potenzial ausschöpfen, werden sie mit Sicherheit eine Energiequelle für viele skalierbare Ökosysteme darstellen. Die DAG-Technologie bietet unzählige Anwendungsfälle in Bereichen, die einen hohen Durchsatz erfordern und kostenlos sind, wie etwa das Internet der Dinge (IoT) und Mikrozahlungen.