Qu'est-ce qu'un graphe acyclique dirigé (DAG) et comment est-il utilisé comme alternative au DLT ?

Comprendre les graphiques acycliques dirigés dans la technologie du grand livre distribué

1. Un graphe acyclique dirigé (DAG) est une structure mathématique composée de nœuds et d'arêtes dirigées, où les connexions entre les nœuds ont une direction spécifique et aucun cycle n'existe. Cela signifie qu'une fois qu'un chemin passe d'un nœud à un autre, il ne peut pas revenir à un nœud précédemment visité. Dans le contexte de la technologie des registres distribués (DLT), DAG sert de cadre alternatif aux architectures blockchain traditionnelles.

2. Contrairement aux blockchains qui regroupent les transactions en blocs et les enchaînent de manière séquentielle, DAG permet à chaque transaction d'être directement liée à une ou plusieurs transactions précédentes. Cela élimine le besoin pour les mineurs de valider les blocs, permettant un processus de validation plus organique et évolutif. Chaque nouvelle transaction valide les précédentes, formant une structure de type Web au lieu d'une chaîne linéaire.

3. L'absence de blocs réduit les délais de confirmation et évite les goulots d'étranglement associés aux intervalles de création de blocs. Les transactions sont traitées de manière asynchrone, ce qui permet un débit plus élevé. Cela rend DAG particulièrement attractif pour les applications nécessitant des microtransactions rapides et fréquentes, telles que les réseaux Internet des objets (IoT) et les paiements de machine à machine.

4. La sécurité des systèmes basés sur DAG repose souvent sur des algorithmes qui évaluent l'importance des transactions en fonction de leur position et de leur validation cumulative. Certaines implémentations utilisent des nœuds coordonnateurs dès les premières étapes du réseau pour empêcher les attaques, bien que cela introduit un compromis temporaire en matière de centralisation. À mesure que le réseau mûrit, ces coordinateurs peuvent être progressivement supprimés pour parvenir à une décentralisation complète.

5. L’efficacité énergétique est un avantage notable du DAG par rapport aux blockchains de preuve de travail. Puisqu’il n’existe pas de processus d’exploration de données compétitif, la charge de calcul est nettement inférieure. Cela correspond aux préoccupations environnementales croissantes concernant les opérations de crypto-monnaie et soutient une croissance durable dans le domaine des actifs numériques.

Différences clés entre les architectures Blockchain et DAG

1. Dans la blockchain, les transactions sont regroupées en blocs, qui sont ensuite ajoutés à une chaîne via des mécanismes de consensus tels que la preuve de travail ou la preuve de participation. Les structures DAG ajoutent des transactions individuelles directement au grand livre en faisant référence à des transactions antérieures non confirmées, supprimant ainsi complètement le concept de blocs.

2. Les blockchains souffrent généralement de limitations d’évolutivité en raison de tailles et d’intervalles de blocs fixes. Les réseaux DAG évoluent intrinsèquement avec l'utilisation : un plus grand nombre de participants entraîne une validation plus rapide, car chaque utilisateur contribue à confirmer d'autres transactions lors de la soumission de la sienne.

3. Les frais de transaction dans les réseaux blockchain fluctuent en fonction de la congestion et des incitations des mineurs. De nombreuses plateformes basées sur DAG fonctionnent sans frais, ce qui les rend idéales pour les micropaiements. Les utilisateurs ne paient pas les mineurs car ils participent eux-mêmes au processus de validation.

4. Le consensus dans la blockchain nécessite un accord global entre les nœuds avant qu'un bloc ne soit accepté. DAG atteint une cohérence éventuelle grâce aux approbations locales ; une transaction gagne en confiance à mesure que davantage de transactions ultérieures y font référence, créant ainsi un modèle de finalité probabiliste.

5. La bifurcation dans la blockchain donne naissance à deux chaînes concurrentes, nécessitant une résolution via des règles de chaîne la plus longue ou des protocoles similaires. Dans DAG, plusieurs branches peuvent coexister temporairement et converger naturellement à mesure que les nouvelles transactions choisissent les chemins à prendre en charge, réduisant ainsi le risque de scissions permanentes.

Projets de crypto-monnaie importants basés sur DAG

1. IOTA utilise une structure DAG appelée Tangle, conçue spécifiquement pour les écosystèmes IoT où des transferts de données ou de valeurs rapides et fluides sont essentiels. Chaque transaction doit approuver deux transactions précédentes, garantissant une validation intégrée et favorisant la participation au réseau.

2. Hedera Hashgraph utilise une variante différente de DAG combinée à un protocole de potins et de vote virtuel pour parvenir à un consensus à grande vitesse. Bien qu'il utilise techniquement une fondation DAG, il fonctionne selon un modèle de gouvernance autorisé avec un conseil d'organisations supervisant l'intégrité du réseau.

3. Nano implémente une architecture bloc-réseau, dans laquelle chaque compte possède sa propre blockchain, fonctionnant efficacement comme un DAG vu globalement. Les transactions sont confirmées rapidement grâce à un mécanisme de vote entre les nœuds représentatifs, maintenant une faible latence et aucun frais.

4. Obyte (anciennement Byteball) utilise un DAG pour ordonner les transactions et appliquer la causalité, en incorporant des contrats intelligents et des oracles décentralisés. Son consensus émerge de la structure elle-même, s'appuyant sur la sélection de la chaîne principale pour déterminer la priorité des transactions.

5. Le protocole Lachesis de Fantom est un mécanisme de consensus basé sur DAG qui permet le traitement asynchrone des événements et vise à résoudre le trilemme de l'évolutivité, de la sécurité et de la décentralisation. Il constitue l'épine dorsale de la Fantom Opera Chain, prenant en charge les dApps compatibles EVM avec une finalité quasi instantanée.

Foire aux questions

Comment fonctionne la finalité des transactions dans un système DAG ? La finalité dans les réseaux DAG est probabiliste plutôt qu’absolue. À mesure que davantage de transactions sont ajoutées et font référence à des transactions antérieures, la probabilité d’annuler une transaction diminue. Au fil du temps, les transactions fortement référencées deviennent pratiquement irréversibles, atteignant une finalité effective sans nécessiter un nombre fixe de confirmations comme dans la blockchain.

Les réseaux DAG peuvent-ils prendre en charge les contrats intelligents ? Oui, plusieurs plates-formes basées sur DAG prennent en charge la fonctionnalité de contrat intelligent. Obyte et Fantom, par exemple, permettent aux développeurs de déployer des contrats auto-exécutables. Ces implémentations diffèrent du modèle d'Ethereum mais offrent des capacités similaires pour automatiser les accords et créer des applications décentralisées.

Qu'est-ce qui empêche les doubles dépenses dans les architectures DAG ? Les doubles dépenses sont atténuées grâce à des règles de consensus intégrées dans la logique de parcours du DAG. Les nœuds détectent les transactions conflictuelles en analysant la structure du graphique et donnent la priorité à celles ayant des pistes de validation plus solides. Les tentatives malveillantes sont rejetées à mesure que le réseau converge collectivement vers l’historique le plus cohérent.

Les systèmes basés sur DAG sont-ils entièrement décentralisés ? Certaines implémentations de DAG commencent par une coordination centralisée pour se protéger contre les attaques lors des premières phases d'adoption. IOTA utilisait initialement un nœud coordinateur, bien que des efforts soient en cours pour le supprimer. D'autres projets comme Nano et Obyte fonctionnent sans coordinateurs centraux, réalisant la décentralisation grâce à leurs mécanismes de consensus natifs.