Đồ thị có hướng không chu trình (DAG) là gì?

Đồ thị có hướng không chu trình (DAG) là một cấu trúc dữ liệu trong lý thuyết đồ thị, trong đó các nút được kết nối bằng các cạnh có hướng không bao giờ quay lại một nút trước đó. Trong lĩnh vực tiền điện tử, DAG thay thế chuỗi khối tuyến tính bằng một mạng lưới giao dịch liên kết với nhau, nơi mỗi giao dịch mới xác thực hai hoặc nhiều giao dịch trước đó.

DAG không phải là một loại blockchain. Cả blockchain và DAG đều là các loại công nghệ sổ lệnh phân tán (DLT), nhưng chúng sử dụng các cấu trúc dữ liệu khác nhau để ghi lại và xác thực các giao dịch. Cả hai đều có chung mục tiêu phi tập trung hóa: loại bỏ sự cần thiết của một cơ quan trung ương để xác minh và ghi lại việc chuyển giao giá trị.

Nếu Blockchain là một đường ray đơn, nơi các đoàn tàu phải đi theo nhau theo một trình tự nhất định, thì công nghệ DAG giống như một mạng lưới đường thành phố, nơi nhiều phương tiện di chuyển trên các tuyến đường khác nhau cùng lúc, và hệ thống tổng thể hoạt động nhanh hơn khi có nhiều người tham gia hơn. Nếu bạn gặp thuật ngữ này trong một whitepaper tiền điện tử, hướng dẫn này sẽ giải thích ý nghĩa của nó là gì, cách nó khác biệt về mặt kiến trúc so với blockchain, dự án nào sử dụng nó, cũng như những ưu điểm và hạn chế thực sự của nó.

Làm rõ: DAG và blockchain là các loại ngang hàng của công nghệ sổ lệnh phân tán. DAG không phải là một danh mục con hay sự phát triển của blockchain. Chúng giải quyết cùng một vấn đề thông qua các thiết kế có cấu trúc khác nhau.

DAG so với Blockchain: Thấu hiểu sự khác biệt

Blockchain và DAG giải quyết cùng một vấn đề cơ bản trong công nghệ Sổ lệnh phân tán, nhưng chúng sử dụng các phương pháp tiếp cận khác nhau về mặt cấu trúc. Blockchain ghi lại các giao dịch trong một chuỗi tuyến tính gồm các khối được xác thực tuần tự, trong khi DAG ghi lại chúng dưới dạng một mạng lưới liên kết giữa các nút giao dịch, nơi mỗi giao dịch mới xác thực trực tiếp các giao dịch trước đó.

A blockchain nhóm các giao dịch riêng lẻ thành các khối, sau đó liên kết các khối đó theo trình tự thời gian. Xác thực một khối mới yêu cầu thợ đào chạy Proof of Work (PoW), nghĩa là các máy tính chuyên dụng tiêu tốn năng lượng tính toán đáng kể để giải các câu đố toán học, hoặc người xác thực staking vốn theo Proof of Stake (PoS). Khi tải nặng, kiến trúc tuần tự này tạo ra một nút thắt cổ chai: các giao dịch xếp hàng để được đưa vào khối, phí tăng khi người dùng đặt "mua" để ưu tiên, và thông lượng đạt đến mức trần được xác định bởi kích thước và thời gian của khối. Phí gas của Ethereum là ví dụ phổ biến nhất về thị trường phí này khi bị tắc nghẽn.

Bộ ba bất khả thi của Blockchain, một khuôn mẫu phổ biến được Vitalik Buterin truyền bá rộng rãi, mô tả thách thức kỹ thuật trong việc đạt được tính phi tập trung và tính bảo mật song hành cùng khả năng mở rộng trong một mạng lưới phân tán. Các blockchain truyền thống như Bitcoin và Ethereum trước khi hợp nhất (pre-Merge) ưu tiên tính phi tập trung và tính bảo mật, chấp nhận khả năng mở rộng hạn chế như một sự đánh đổi. Kiến trúc của DAG được thiết kế để trực tiếp giải quyết hạn chế về khả năng mở rộng đó, mặc dù nó tạo ra những sự đánh đổi riêng sẽ được đề cập ở phần sau của bài viết này.

Bitcoin ra đời trước hoàn toàn các mạng lưới tiền điện tử dựa trên DAG. Thiết kế năm 2008 của Bitcoin đã sử dụng một blockchain tuyến tính để giải quyết vấn đề chi tiêu gấp đôi, và việc chuyển đổi sang DAG sẽ đòi hỏi một sự thiết kế lại giao thức căn bản từ đầu, chứ không phải là một bản nâng cấp gia tăng. Triết lý thiết kế thận trọng của Bitcoin cũng ưu tiên tính bảo mật và phi tập trung hơn là thử nghiệm thông lượng, có nghĩa là các kiến trúc dựa trên DAG được xây dựng có mục đích dưới dạng các dự án riêng biệt thay vì được phát triển từ Bitcoin.

Không kiến trúc nào tốt hơn một cách phổ quát. Blockchain ưu tiên bảo mật đã được kiểm chứng qua thực tế và hệ sinh thái hợp đồng thông minh trưởng thành; DAG trên lý thuyết ưu tiên thông lượng và giao dịch không tốn phí cho các trường hợp sử dụng tần suất cao, giá trị thấp. Kiến trúc phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng.

Các thành phần cơ bản: Giới thiệu sơ lược về Lý thuyết đồ thị

Một đồ thị, trong toán học và khoa học máy tính, là một tập hợp các nút (còn gọi là đỉnh) được kết nối bởi các cạnh. Trước khi hiểu điều gì làm cho một DAG trở nên đặc biệt, ba thành phần của tên gọi đó cần được xem xét riêng. Theo định nghĩa hình thức, một DAG được định nghĩa là G = (V, E) trong đó V là tập hợp các đỉnh và E là tập hợp các cạnh có hướng sao cho không có chuỗi cạnh nào tạo thành một chu trình. Nói một cách đơn giản: một tập hợp các điểm dữ liệu, được kết nối bởi các liên kết một chiều, với không có đường đi nào quay trở lại điểm xuất phát.

Thuật ngữ "có hướng" (directed) có nghĩa là mỗi cạnh có một phương hướng cụ thể. Nếu một cạnh đi từ nút A đến nút B, điều đó không có nghĩa là có một cạnh đi từ B trở lại A. Thuật ngữ "không chu trình" (acyclic) có nghĩa là bạn có thể đi theo các cạnh có hướng về phía trước tùy thích mà không bao giờ quay lại một nút đã từng ghé thăm. Cây gia phả minh họa cả hai thuộc tính một cách tự nhiên: cha mẹ chỉ đến con cái (có hướng), và bạn không thể là tổ tiên của chính mình (không chu trình). Đi theo bất kỳ đường đi nào về phía trước qua các thế hệ và bạn sẽ không bao giờ quay vòng trở lại điểm xuất phát.

Sự khác biệt giữa một đồ thị thông thường và một DAG nằm ở hai ràng buộc. Bất kỳ tập hợp các nút nào được kết nối bởi các cạnh đều là một đồ thị. DAG là một loại đồ thị cụ thể trong đó các cạnh có tính định hướng và không có chuỗi cạnh định hướng nào tạo thành một chu trình. Trong một mạng lưới DAG tiền điện tử, các chu trình sẽ tạo ra một nghịch lý logic: Giao dịch A xác thực Giao dịch B, giao dịch này lại xác thực Giao dịch A, khiến việc xác định giao dịch nào có trước hoặc liệu cả hai có hợp lệ hay không là điều không thể. Ràng buộc không có chu trình giúp bảo toàn thứ tự nhân quả và ngăn chặn sự phụ thuộc vòng quanh đó.

Cần làm rõ một điểm trước khi tiếp tục. Từ 'node' có hai nghĩa trong lĩnh vực tiền điện tử. Trong bài viết này, 'node' đề cập đến một giao dịch trong cấu trúc đồ thị. Ngược lại, một 'network node' là một máy tính tham gia vào giao thức. Khi cả hai nghĩa xuất hiện trong cùng một ngữ cảnh, sự phân biệt sẽ được làm rõ.

DAG hoạt động như thế nào?

Một mạng lưới tiền điện tử dựa trên DAG xử lý giao dịch thông qua một mạng lưới tự củng cố: mỗi giao dịch mới phải xác thực các giao dịch trước đó trước khi mạng lưới chấp nhận nó, điều này có nghĩa là mỗi người tham gia đóng góp trực tiếp vào việc xác nhận thay vì chờ đợi một nhóm thợ đào hoặc người xác thực riêng biệt thực hiện. Hãy coi nó giống như một nhân viên mới, người phải xem xét và phê duyệt hai phần công việc trước đó trước khi bản trình của họ được chấp nhận vào hệ thống. Càng có nhiều nhân viên tham gia và xem xét công việc trước đó, thì lượng công việc tồn đọng càng được giải quyết nhanh hơn.

Đây là cách một giao dịch di chuyển qua mạng DAG:

1. Một giao dịch mới được tạo dưới dạng một nút. Người gửi tạo một giao dịch, giao dịch này đi vào DAG như một nút mới trong cấu trúc đồ thị, chờ được kết nối với các nút trước đó.
2. Giao dịch mới chọn và xác thực hai hoặc nhiều giao dịch trước đó. Sử dụng một thuật toán lựa chọn, giao dịch mới tham chiếu đến các giao dịch chưa được xác nhận trước đó và xác nhận tính hợp pháp của chúng trước khi mạng chấp nhận giao dịch mới. Trong Tangle của IOTA, quá trình này được gọi là lựa chọn tip (đầu nhọn), và nó sử dụng phương pháp đi bộ ngẫu nhiên có trọng số để chọn các giao dịch trước đó cần tham chiếu.
3. Các giao dịch trước đó được chọn sẽ nhận được trọng số xác nhận. Mỗi giao dịch trước đó giờ đây có thêm một giao dịch kế tiếp tham chiếu đến nó. Càng có nhiều giao dịch kế tiếp tham chiếu đến một giao dịch trước đó, trọng số xác nhận của nó càng cao và giao dịch đó càng được xác nhận.
4. Bản thân giao dịch mới chờ được xác nhận. Nó tồn tại như một tip chưa được xác nhận trong DAG cho đến khi các giao dịch kế tiếp lần lượt xác thực nó. Tính cuối cùng là xác suất và ngày càng sâu theo thời gian thay vì xảy ra tại một thời điểm duy nhất.
5. Khi hoạt động mạng tăng lên, thông lượng cũng tăng. Càng có nhiều giao dịch đi vào mạng, thì càng có nhiều trình xác thực để xác nhận các giao dịch trước đó. Sự tắc nghẽn trong DAG hoạt động ngược với tắc nghẽn blockchain: khối lượng cao hơn sẽ tăng tốc độ xác nhận thay vì làm chậm nó.

[SƠ ĐỒ: Cấu trúc nút-cạnh DAG hiển thị 7 nút giao dịch (hình tròn) được kết nối bằng các mũi tên định hướng, trong đó mỗi giao dịch mới trỏ ngược lại hai nút trước đó. Cấu trúc mở rộng ra ngoài theo dạng mạng lưới từ trái sang phải, không bao giờ tạo vòng lặp. Bảng đối chiếu hiển thị blockchain tuyến tính với các khối tuần tự trong một chuỗi. Văn bản thay thế: "Sơ đồ hiển thị mạng lưới tiền điện tử Đồ thị có hướng không chu trình (DAG) với các nút giao dịch được kết nối bằng các cạnh định hướng không có chu trình, đối chiếu với cấu trúc chuỗi blockchain tuyến tính."]

Các giao dịch mới chọn các giao dịch trước đó để xác thực bằng một thuật toán chọn lọc. Trong Tangle của IOTA, thuật toán chọn đầu cuối đảm bảo rằng các giao dịch cũ chưa được xác nhận không bị bỏ sót vĩnh viễn, phân bổ công việc xác nhận trên toàn bộ đồ thị thay vì tập trung nó ở đầu cuối.

Một giao dịch không đạt được tính hoàn tất tức thời trong DAG. Nó được xác nhận ngày càng nhiều khi có nhiều giao dịch tiếp theo tham chiếu đến nó, và các giao dịch có độ xác nhận cao được coi là bất biến trong thực tế. Tính hoàn tất mang tính xác suất này khác với tính hoàn tất dựa trên khối của blockchain nhưng đạt được kết quả chức năng tương tự dưới hoạt động mạng đủ lớn.

Vậy nếu không có khối và không có thợ đào, làm thế nào mạng lưới DAG đạt được sự đồng thuận về việc các giao dịch nào là hợp lệ?

Cách DAG Đạt được Sự đồng thuận

Đồng thuận trong một mạng lưới phân tán có nghĩa là tất cả những người tham gia đều đồng ý về việc giao dịch nào là hợp lệ và theo thứ tự nào mà không cần dựa vào một cơ quan trung ương để phân xử. Các mạng lưới DAG thực sự có các cơ chế đồng thuận; chúng khác biệt về mặt cấu trúc so với cơ chế đồng thuận dựa trên khối, chứ không phải là không tồn tại.

Đồng thuận DAG hoạt động dựa trên nguyên tắc xác thực tích lũy. Mỗi giao dịch mới xác thực các giao dịch trước đó, vì vậy trạng thái đã xác nhận của sổ cái phát sinh từ sức mạnh tích lũy của các tham chiếu lẫn nhau thay vì từ một chuỗi duy nhất có thẩm quyền. Ba giao thức chính triển khai nguyên tắc này theo những cách thức khác nhau:

• IOTA Tangle: Lựa chọn tip kết hợp với trọng số xác nhận. Các giao dịch mới sử dụng thuật toán weighted random walk (đi bộ ngẫu nhiên có trọng số) để chọn các giao dịch chưa xác nhận trước đó để xác thực, và mức độ xác nhận của một giao dịch sẽ sâu hơn khi có thêm nhiều giao dịch tiếp theo tham chiếu đến nó.
• Hedera Hashgraph: Giao thức Gossip-about-gossip kết hợp với bỏ phiếu ảo (virtual voting). Các nút không chỉ chia sẻ các giao dịch mà còn cả bản ghi về những thông tin mà chúng đã chia sẻ, xây dựng một DAG gồm các sự kiện truyền thông. Việc bỏ phiếu ảo trên DAG sự kiện này xác định thứ tự đồng thuận mà không cần các thông điệp bỏ phiếu rõ ràng.
• Fantom Lachesis: Khả năng chịu lỗi Byzantine bất đồng bộ (aBFT) thông qua sắp xếp thứ tự DAG. Lachesis xây dựng một DAG gồm các khối sự kiện, sắp xếp chúng một cách bất đồng bộ và hoàn tất các giao dịch trên Opera Mainnet mà không cần chờ thời gian tạo khối cố định.

Tiền mã hóa DAG: Các ứng dụng thực tế

Nhiều dự án tiền điện tử sử dụng DAG làm cấu trúc dữ liệu cốt lõi hoặc lớp đồng thuận của họ. Năm triển khai nổi bật nhất cho thấy các nhóm thiết kế khác nhau đã áp dụng cùng một khái niệm nền tảng theo những cách kiến trúc khác biệt.

IOTA và Tangle

IOTA là một sổ lệnh phân tán dựa trên DAG được thiết kế cho các trường hợp sử dụng Internet Vạn Vật (IoT) và thanh toán máy-với-máy. Triển khai DAG của nó, gọi là Tangle, yêu cầu mỗi giao dịch phải xác thực chính xác hai giao dịch trước đó trước khi mạng chấp nhận nó. Yêu cầu xác thực này, kết hợp với việc không có thợ đào cần bồi thường, tạo ra mô hình giao dịch không phí của IOTA. Các giao dịch mới chọn giao dịch nào để xác thực bằng thuật toán chọn tip, một bước đi ngẫu nhiên có trọng số trên các tip chưa xác nhận của Tangle. IOTA ban đầu sử dụng một nút điều phối tập trung để ngăn chặn các cuộc tấn công trong giai đoạn đầu hoạt động thấp của mạng, một sự thỏa hiệp bảo mật đã biết mà IOTA Foundation đang nỗ lực loại bỏ như một phần của lộ trình phi tập trung hóa IOTA 2.0. Kiến trúc nền tảng được mô tả trong IOTA Tangle Whitepaper của Serguei Popov.

Hedera Hashgraph

Hedera Hashgraph có một hướng kiến trúc khác biệt so với IOTA. Thay vì xây dựng trực tiếp một DAG giao dịch, Hedera sử dụng cơ chế đồng thuận hashgraph để xây dựng một DAG các sự kiện giao tiếp. Các nút chia sẻ lịch sử giao dịch và các bản ghi về những gì chúng đã chia sẻ (giao thức gossip-about-gossip), và bỏ phiếu ảo trên DAG sự kiện này xác định thứ tự giao dịch mà không cần các tin nhắn bỏ phiếu rõ ràng. Hedera tuyên bố thông lượng vượt quá 10.000 giao dịch mỗi giây (TPS) trong điều kiện thử nghiệm, với phí thấp và tính hoàn tất trong vài giây. Mạng lưới hoạt động dưới sự quản lý của một hội đồng gồm các thành viên doanh nghiệp và không phải là mã nguồn mở, thể hiện sự đánh đổi về phân quyền để đổi lấy sự ổn định trong quản trị. Xem tài liệu về cơ chế đồng thuận Hedera Hashgraph) để biết mô tả đầy đủ về giao thức.

Nano

Cách tiếp cận của Nano khác biệt về cấu trúc so với cả IOTA và Hedera. Nó sử dụng cấu trúc mạng lưới khối (block-lattice), một biến thể DAG trong đó mỗi tài khoản duy trì chuỗi khối riêng và các tài khoản được liên kết với nhau theo cấu trúc DAG. Thiết kế này tạo ra các giao dịch không phí, gần như tức thời mà không cần thợ đào hoặc trình xác thực. Nano trước đây được biết đến với tên RaiBlocks. Kiến trúc được mô tả trong Nano Whitepaper.

Fantom và Lachesis

Fantom sử dụng cơ chế đồng thuận Lachesis của mình, một giao thức dựa trên DAG hoạt động ở lớp đồng thuận thay vì lớp ghi lại giao dịch như trong Tangle của IOTA. Lachesis sắp xếp các sự kiện một cách bất đồng bộ thông qua cấu trúc DAG trước khi hoàn tất chúng trên mainnet Opera, đạt được tính hoàn tất gần như tức thời và cho phép các hợp đồng thông minh tương thích EVM (tương thích Máy ảo Ethereum). Kiến trúc này được mô tả trong tài liệu về cơ chế đồng thuận Lachesis của Fantom.

Tuyết lở

Avalanche sử dụng giao thức đồng thuận dựa trên DAG cụ thể trên X-Chain (chuỗi trao đổi) của mình, đạt được thông lượng cao và tính hoàn tất dưới một giây cho các hoạt động chuyển tài sản. Avalanche chỉ sử dụng DAG trên X-Chain, không phải trên tất cả các chuỗi của mình. C-Chain tương thích với EVM và hỗ trợ các Hợp đồng Thông minh sử dụng cấu trúc chuỗi tuyến tính. Xem tài liệu về DAG trên Avalanche X-Chain để biết thêm chi tiết về giao thức.

Hỗ trợ Hợp đồng Thông minh trên các Nền tảng DAG

Một số nền tảng dựa trên DAG hỗ trợ hợp đồng thông minh, nhưng mức độ hỗ trợ thay đổi đáng kể giữa các triển khai và nhìn chung kém trưởng thành hơn hệ sinh thái của Ethereum. Hợp đồng thông minh là các chương trình tự thực thi được triển khai trên một mạng lưới phân tán, tự động chạy khi các điều kiện được xác định trước được đáp ứng.

Mainnet Opera của Fantom tương thích với EVM, nghĩa là nó chạy cùng một mã Hợp đồng Thông minh như Ethereum. C-Chain của Avalanche cũng tương thích với EVM và hỗ trợ một môi trường Hợp đồng Thông minh đầy đủ, mặc dù chỉ X-Chain mới sử dụng cơ chế đồng thuận dựa trên DAG. IOTA hỗ trợ các Hợp đồng Thông minh thông qua một lớp Giao thức Hợp đồng Thông minh IOTA riêng biệt thay vì tích hợp sẵn trong Tangle cơ sở. Hedera hỗ trợ các Hợp đồng Thông minh thông qua Dịch vụ Hợp đồng Thông minh Hedera, vốn tương thích với EVM. Trong tất cả các triển khai này, hệ sinh thái Hợp đồng Thông minh vẫn kém hoàn thiện hơn so với Ethereum, với cộng đồng nhà phát triển nhỏ hơn, ít giao thức được kiểm toán hơn và cơ sở hạ tầng tài chính phi tập trung (DeFi) trong sản xuất cũng ít hơn.

Ưu điểm của DAG

Thiết kế kiến trúc của DAG mang lại một số lợi thế vận hành so với blockchain truyền thống, mặc dù những lợi thế này đi kèm với những đánh đổi thực tế được đề cập trong phần tiếp theo.

Khả năng mở rộng trên lý thuyết. Thông lượng của DAG tăng lên khi hoạt động mạng lưới tăng trưởng: nhiều giao dịch hơn đồng nghĩa với nhiều trình xác thực hơn, điều này có nghĩa là xác nhận nhanh hơn. Điều này trái ngược với sự tắc nghẽn của Blockchain, nơi nhu cầu cao làm chậm mạng lưới và tăng phí. Giải quyết đỉnh cao về khả năng mở rộng của Bộ ba bất khả thi của Blockchain là động lực kiến trúc cốt lõi cho thiết kế của DAG.

• Giao dịch không tốn phí hoặc gần như không tốn phí. Mạng lưới DAG không có thị trường phí giao dịch vì không có người khai thác (miners) hay người xác thực khối (block validators) để bồi hoàn. Tangle của IOTA là ví dụ điển hình cho mô hình này trong thực tế. Lưu ý rằng thiết bị gửi vẫn cần tài nguyên tính toán; "không tốn phí" ở đây ám chỉ việc không có phí mạng lưới, chứ không phải hoàn toàn không tốn bất kỳ chi phí nào.

• Xử lý giao dịch song song. Nhiều giao dịch được xác thực đồng thời trên mạng DAG, thay vì phải chờ đợi để được đưa vào khối theo trình tự. Việc xử lý song song này góp phần mang lại thông lượng hiệu quả nhanh hơn trong điều kiện hoạt động cao điểm so với xác thực tuần tự trên chuỗi đơn.

• Hiệu quả năng lượng. Mạng DAG không yêu cầu đào Proof of Work, loại bỏ việc giải câu đố tính toán tốn nhiều năng lượng mà các blockchain kiểu Bitcoin phụ thuộc vào. Công việc xác thực được phân tán cho những người gửi giao dịch thay vì tập trung vào phần cứng đào chuyên dụng.

Khả năng giao dịch vi mô. Mô hình không phí giao dịch giúp các giao dịch tần suất cao, giá trị thấp trở nên khả thi về mặt kinh tế. Đây là đặc tính kiến trúc cho phép DAG trở thành một lựa chọn cho các ứng dụng thanh toán của Internet of Things (IoT) và máy với máy (M2M), nơi phí cho mỗi giao dịch sẽ vượt quá chính giá trị giao dịch.

Hạn chế và Rủi ro của DAG

Những ưu điểm của DAG là có thật về mặt kiến trúc, và các hạn chế của nó cũng vậy. Việc hiểu rõ cả hai là điều cần thiết để đánh giá xem những tuyên bố kỹ thuật của một dự án dựa trên nền tảng DAG có đáng tin cậy hay không.

Chi tiêu kép là nỗ lực chi tiêu cùng một đơn vị tiền điện tử hai lần trước khi giao dịch đầu tiên được xác nhận. Blockchain ngăn chặn điều này bằng cách làm cho việc ghi lại chuỗi tuần tự trở nên tốn kém về mặt toán học; kẻ tấn công sẽ cần kiểm soát hơn 50% sức mạnh khai thác của mạng lưới để thực hiện việc ghi lại này. DAG ngăn chặn chi tiêu kép thông qua mạng lưới xác thực lẫn nhau: một giao dịch xung đột với một giao dịch trước đó đã được xác thực sẽ không được các giao dịch tiếp theo tham chiếu, từ đó loại bỏ nhánh không hợp lệ khỏi đồ thị đã xác nhận một cách hiệu quả. Tuy nhiên, cơ chế bảo vệ này có một điểm yếu về cấu trúc, liên quan trực tiếp đến hạn chế đầu tiên dưới đây.

• Lỗ hổng bảo mật khi khối lượng giao dịch thấp. Khi mạng lưới DAG có ít người dùng hoạt động, trọng số xác nhận trên toàn đồ thị sẽ trở nên thưa thớt. Kẻ tấn công có thể dễ dàng gửi các giao dịch gây xung đột nhằm áp đảo trọng số xác nhận hợp lệ và được chấp nhận vào đồ thị. Đây là mặt trái về mặt cấu trúc đối với lợi thế về khả năng mở rộng của DAG: chính đặc tính giúp DAG nhanh hơn khi hoạt động cao lại khiến nó yếu hơn khi hoạt động thấp.

• Sự thiếu hoàn thiện của Hợp đồng Thông minh. Hầu hết các bản triển khai DAG thuần túy đều có hệ sinh thái Hợp đồng Thông minh kém phát triển hơn so với Ethereum. Điều này hạn chế tiềm năng phát triển ứng dụng phi tập trung (dApp) và cơ sở hạ tầng DeFi trên các Nền tảng DAG gốc. Chi tiết cụ thể cho từng nền tảng được trình bày trong phần Hỗ trợ Hợp đồng Thông minh ở trên.

• Những thỏa hiệp về tính tập trung trong các mạng lưới giai đoạn đầu. Ban đầu, IOTA đã sử dụng một nút Điều phối viên tập trung để ngăn chặn các cuộc tấn công trước khi hoạt động mạng của nó đủ mạnh để cung cấp trọng số xác nhận độc lập một cách đầy đủ. Hedera Hashgraph hoạt động dưới một hội đồng quản trị gồm các thành viên doanh nghiệp. Các mạng lưới DAG trong giai đoạn đầu thường yêu cầu các biện pháp tập trung tạm thời hoặc mang tính cấu trúc để đảm bảo an ninh trước khi có thể đạt được sự phi tập trung hoàn toàn.

Chưa được chứng minh ở quy mô lớn. Ưu điểm về thông lượng của DAG chủ yếu mang tính lý thuyết hoặc chỉ được chứng minh trong các điều kiện thử nghiệm có kiểm soát. Dữ liệu hiệu suất hoạt động thực tế trong Long kỳ còn hạn chế so với lịch sử hoạt động hơn 15 năm của Bitcoin và các bài kiểm tra chịu tải kéo dài nhiều năm của Ethereum dưới tải thực tế DeFi.

• Công cụ phát triển và sự trưởng thành của hệ sinh thái còn hạn chế. Hầu hết các nền tảng DAG đều thiếu hụt các công cụ phát triển đa dạng, các thư viện đã được kiểm toán và cơ sở hạ tầng đã qua thử nghiệm thực tế mà hệ sinh thái Ethereum đã tích lũy được trong nhiều năm. Các nhà phát triển xây dựng trên nền tảng DAG đối mặt với việc có ít các bản thực thi tham chiếu hơn, nguồn nhân lực hạn chế hơn và ít mã nguồn được cộng đồng kiểm chứng hơn để tận dụng.

Bảo mật DAG: Tấn công 34% và Rủi ro khi hoạt động thấp

Mạng DAG đối mặt với một rủi ro bảo mật cụ thể và rủi ro này càng trở nên nghiêm trọng khi mạng lưới có ít người dùng hoạt động. Hiểu được rủi ro này sẽ giải thích lý do tại sao một số triển khai DAG đã chấp nhận thỏa hiệp về tính tập trung, điều mà nếu không xét đến rủi ro đó thì có vẻ sẽ mâu thuẫn với mục tiêu phi tập trung của họ.

Tấn công 34% là tương đương chức năng của DAG với Tấn công 51% của blockchain, mặc dù ngưỡng cụ thể thay đổi theo từng giao thức và không nên coi là một hằng số phổ quát. Trong một mạng DAG, một kẻ tấn công kiểm soát đủ tỷ lệ hoạt động giao dịch của mạng có thể cố gắng tạo ra các giao dịch xung đột làm lu mờ trọng lượng xác nhận hợp pháp của đồ thị. Vì việc xác nhận trong DAG phụ thuộc vào các tham chiếu giao dịch tích lũy thay vì công việc tính toán hoặc vốn cổ phần, một kẻ tấn công có nguồn lực dồi dào trên một mạng có hoạt động thấp có ảnh hưởng lớn hơn theo tỷ lệ đối với các nhánh giao dịch tích lũy trọng lượng. Ngưỡng tấn công thay đổi tùy theo thiết kế giao thức và mức độ hoạt động của mạng.

Nút Coordinator ban đầu của IOTA là một phản ứng trực tiếp đối với lỗ hổng này. Coordinator đóng vai trò như một điểm kiểm soát tập trung giúp ngăn chặn các nhánh không hợp lệ bị xác nhận trong giai đoạn Tangle chưa có đủ khối lượng giao dịch tự nhiên để tự bảo mật. IOTA đã công khai đây là một sự đánh đổi về tính tập trung đã được biết đến và đang nỗ lực loại bỏ nó trong phiên bản IOTA 2.0. Hội đồng quản trị của Hedera đại diện cho một hình thức khác của cùng một sự đánh đổi: sự ổn định trong quản trị và đảm bảo an ninh được đổi lấy việc giảm bớt tính phi tập trung. Các mô hình bảo mật DAG xét theo danh mục vẫn đang trong quá trình hoàn thiện so với bề dày thành tích đã qua thử thách thực tế của Bitcoin trong hơn 15 năm hoạt động dưới các điều kiện sản xuất thù địch.

Các trường hợp sử dụng thực tế của công nghệ DAG

Kiến trúc không phí và thông lượng lý thuyết không giới hạn của DAG giúp nó phù hợp về mặt cấu trúc với các ứng dụng mà tại đó phí giao dịch Blockchain sẽ khiến nền kinh tế trở nên không khả thi. Hai hạng mục nổi bật: mạng thanh toán IoT và giữa máy với máy, và hệ thống Quyết toán thông lượng cao nơi yêu cầu các giao dịch vi mô miễn phí với quy mô lớn.

DAG và Internet Vạn vật (IoT)

Internet Vạn Vật (IoT) là tên gọi chung cho hàng tỷ thiết bị vật lý được kết nối mạng, có khả năng giao tiếp và trao đổi dữ liệu, giá trị một cách tự động, từ các thiết bị gia dụng thông minh, cảm biến công nghiệp cho đến xe cộ kết nối. Những thiết bị này ngày càng cần thực hiện thanh toán cho nhau hoặc cho các nhà cung cấp dịch vụ, với số tiền nhỏ và tần suất cao đến mức bất kỳ khoản phí giao dịch nào cũng khiến mô hình kinh tế trở nên không khả thi.

Hãy tưởng tượng phương tiện tự hành của bạn đang tiến đến một trạm thu phí cao tốc và tự động quyết toán phí mà không cần sự cho phép của con người, cũng không có phí gas nào tiêu tốn nhiều hơn giá trị của chính khoản phí đó. Mô hình không tốn phí của DAG giúp việc quyết toán này khả thi về mặt kinh tế ở quy mô hàng tỷ giao dịch, nơi mà phí Blockchain sẽ khiến toàn bộ trường hợp sử dụng này trở nên phi thực tế.

Một đồng hồ điện thông minh có thể quyết toán các khoản thanh toán sử dụng năng lượng giữa hộ gia đình và nhà cung cấp năng lượng mỗi 15 phút, với các khoản tiền quá nhỏ để phí giao dịch Blockchain có thể tương xứng. Kiến trúc của DAG loại bỏ rào cản về phí đó, cho phép quyết toán chi tiết theo thời gian thực mà nếu không sẽ yêu cầu gộp giao dịch để các khoản phí trở nên xứng đáng.

Trong chuỗi cung ứng sản xuất, các cảm biến công nghiệp mua các bản ghi dữ liệu từ nhau trong một thị trường dữ liệu máy-với-máy (M2M), nơi mỗi gói dữ liệu mang một giá trị tiền tệ siêu nhỏ. Phí gas Blockchain sẽ làm cho mỗi giao dịch mua gói dữ liệu trở nên không kinh tế; kiến trúc không phí giao dịch của DAG loại bỏ hạn chế đó và cho phép một thị trường thực sự cho dữ liệu do máy tạo ra ở quy mô siêu nhỏ.

DAG trong Sách trắng Tiền điện tử: Hướng dẫn dành cho Người đọc

Một whitepaper tiền điện tử là một tài liệu kỹ thuật được xuất bản bởi đội ngũ sáng lập của dự án, mô tả kiến trúc và cơ chế đồng thuận của nó cùng với Tokenomics và đề xuất giá trị. Truyền thống này được thiết lập bởi tài liệu năm 2008 của Satoshi Nakamoto Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System, tài liệu ẩn danh đã giới thiệu cấu trúc dữ liệu Blockchain và thể loại này cùng một lúc. Thuật ngữ "whitepaper" được sử dụng một cách linh hoạt trong lĩnh vực tiền điện tử: một số tài liệu là các bài báo kỹ thuật chặt chẽ về mặt toán học; những tài liệu khác là tài liệu tiếp thị sử dụng nhãn whitepaper để thể hiện uy tín. Hãy điều chỉnh kỳ vọng của bạn cho phù hợp khi đọc whitepaper của bất kỳ dự án DAG nào.

Kiến trúc DAG thường xuất hiện trong mục "Kiến trúc" hoặc "Thiết kế Kỹ thuật" của một whitepaper. Các dự án sử dụng DAG mô tả cấu trúc của chúng bằng ký hiệu lý thuyết đồ thị, thường bao gồm một sơ đồ tô pô DAG minh họa các nút và các cạnh có hướng, sau đó giải thích cơ chế đồng thuận được áp dụng trên cấu trúc đó. Khi gặp các thuật ngữ DAG trong một whitepaper, bảng chú giải sau đây sẽ bao gồm các thuật ngữ bạn thường thấy nhất.

Các thuật ngữ phổ biến của whitepaper DAG:

• Cấu trúc liên kết DAG - cách sắp xếp cấu trúc của các nút (node) và các cạnh có hướng trong một triển khai DAG cụ thể
• Đồ thị giao dịch không chu trình - một thuật ngữ thay thế cho DAG được sử dụng trong một số Whitepaper
• Tangle - triển khai DAG cụ thể của IOTA, trong đó mỗi giao dịch xác thực hai giao dịch trước đó
• Đồng thuận dựa trên DAG - sự đồng thuận đạt được thông qua cấu trúc DAG thay vì thông qua các khối tuần tự
• Đồ thị có hướng - một đồ thị trong đó các cạnh có định hướng; DAG là một đồ thị có hướng với ràng buộc bổ sung là không chu trình
• Đỉnh (Vertex) - thuật ngữ lý thuyết đồ thị cho nút; được sử dụng thay thế cho nhau trong các mô tả Whitepaper chính thức
• Lựa chọn mẹo (Tip selection) - thuật ngữ thuật toán để chọn các giao dịch chưa được xác nhận trước đó mà một giao dịch mới sẽ xác thực

Ba bài báo trắng về DAG đáng để biết đến như những điểm tham chiếu. IOTA Tangle Whitepaper của Serguei Popov, với tiêu đề chính thức là "The Tangle," mô tả các thuộc tính toán học của cấu trúc DAG của IOTA bao gồm thuật toán lựa chọn đỉnh và mô hình xác nhận xác suất. Tài liệu đồng thuận Hedera Hashgraph https://hedera.com/learning/hedera-hashgraph/what-is-hashgraph-consensus) bao gồm giao thức gossip-about-gossip và cơ chế bỏ phiếu ảo một cách chi tiết kỹ thuật. Tài liệu của Fantom Foundation mô tả kiến trúc đồng thuận Lachesis aBFT và mối quan hệ của nó với việc sắp xếp thứ tự sự kiện DAG.

Khi bạn mở whitepaper của một dự án DAG, hãy kiểm tra năm yếu tố sau trong phần Kiến trúc.

• Loại hình topo DAG. Bài viết trắng có nêu rõ liệu DAG được sử dụng ở lớp giao dịch (như Tangle của IOTA, nơi mỗi giao dịch là một nút) hay ở lớp đồng thuận (như Lachesis của Fantom, nơi các sự kiện được sắp xếp thông qua DAG trước khi hoàn tất) không? Đây là các triển khai khác nhau về kiến trúc với các thuộc tính bảo mật và khả năng mở rộng khác nhau.
• Cơ chế đồng thuận. Mạng lưới đạt được thỏa thuận về trạng thái hợp lệ của sổ cái như thế nào? Tìm kiếm các cơ chế được đặt tên: lựa chọn đầu cuối (tip selection), gossip-about-gossip, aBFT, bỏ phiếu ảo. Một bài viết trắng mô tả đồng thuận chỉ là "các giao dịch xác thực các giao dịch" mà không nêu tên cơ chế đang bỏ sót chi tiết kỹ thuật quan trọng.
• Mô hình bảo mật. Mạng lưới ngăn chặn các cuộc tấn công khi khối lượng giao dịch thấp như thế nào? Ngưỡng tấn công là bao nhiêu và bài viết trắng có thừa nhận rằng ngưỡng này thay đổi theo mức độ hoạt động của mạng lưới không? Các Whitepaper bỏ qua thảo luận về bảo mật ở hoạt động thấp đang bỏ sót một lỗ hổng cấu trúc đã biết.
• Thiết kế phân quyền. Có các nút điều phối, hội đồng quản trị, hay các biện pháp tập trung hóa khác không? Nếu có, lộ trình được nêu ra để loại bỏ chúng là gì? Cả IOTA và Hedera đều đã phải thỏa hiệp về sự tập trung hóa; một bài viết trắng đáng tin cậy sẽ thừa nhận điều này thay vì tuyên bố phân quyền hoàn toàn.
• Tuyên bố về hiệu suất kèm phương pháp luận. Các số liệu TPS có bao gồm điều kiện kiểm thử và quy mô mạng lưới không? Các tuyên bố TPS không có đủ điều kiện kèm theo ngữ cảnh, chẳng hạn như "thông lượng không giới hạn" mà không có mô hình hoặc "10.000 TPS" mà không có mô tả kiểm thử, nên bị xem xét một cách hoài nghi.

Năm yếu tố này cung cấp cho bạn một khuôn khổ để đánh giá xem các tuyên bố trong whitepaper về DAG có đáng tin cậy hay không, và liệu kiến trúc có phải là một đóng góp mới lạ hay chỉ là cách triển khai tiêu chuẩn của các mẫu đã biết.

Câu hỏi thường gặp về DAG

DAG có phải là một loại blockchain không?

Không. DAG và blockchain đều là các loại công nghệ sổ lệnh phân tán (DLT), nhưng chúng sử dụng các cấu trúc dữ liệu khác biệt về cơ bản. Blockchain ghi lại các giao dịch trong các khối tuần tự được liên kết thành một chuỗi; DAG ghi lại chúng dưới dạng một mạng lưới các nút giao dịch được kết nối với nhau, trong đó mỗi giao dịch mới xác nhận các giao dịch trước đó. Cả hai đều không phải là danh mục con của nhau.

DAG đạt được sự đồng thuận như thế nào?

Các mạng lưới DAG đạt được sự đồng thuận thông qua việc xác thực giao dịch tích lũy thay vì tạo khối tuần tự. Mỗi giao dịch mới sẽ xác thực các giao dịch trước đó, tạo nên một mạng lưới xác nhận lẫn nhau; càng nhiều giao dịch sau này tham chiếu đến một giao dịch trước đó, mức độ xác nhận của nó càng cao. Cơ chế cụ thể khác nhau tùy theo giao thức: Tangle của IOTA sử dụng lựa chọn đầu (tip selection) và trọng số xác nhận, Hedera Hashgraph sử dụng gossip-about-gossip kết hợp với bỏ phiếu ảo, và Lachesis của Fantom sử dụng khả năng chịu lỗi Byzantine bất đồng bộ (aBFT) thông qua việc sắp xếp thứ tự sự kiện DAG.

Liệu DAG có tốt hơn Blockchain không?

Không cái nào tốt hơn một cách phổ quát; chúng đại diện cho các đánh đổi kiến trúc khác nhau, phù hợp với các trường hợp sử dụng khác nhau. Theo lý thuyết, DAG mang lại thông lượng cao hơn, các giao dịch không phí và khả năng mở rộng tốt hơn cho các ứng dụng tần suất cao, giá trị thấp như thanh toán IoT; blockchain mang lại bảo mật đã được thử nghiệm kỹ càng hơn, hệ sinh thái Hợp đồng Thông minh trưởng thành hơn và lịch sử hoạt động lâu đời hơn trong môi trường sản xuất thực tế. Kiến trúc phù hợp phụ thuộc vào các yêu cầu cụ thể của ứng dụng.

Đâu là những nhược điểm chính của DAG?

Các hạn chế chính của DAG bao gồm lỗ hổng bảo mật khi khối lượng giao dịch thấp, nơi trọng số xác nhận thưa thớt khiến mạng lưới dễ bị tấn công phối hợp hơn. DAG cũng có khả năng hỗ trợ Hợp đồng Thông minh kém hoàn thiện hơn so với Ethereum trên hầu hết các bản triển khai, và một số mạng lưới DAG nổi bật đã thực hiện các thỏa hiệp về tính tập trung vì lý do bảo mật, bao gồm nút Điều phối viên (Coordinator) mang tính lịch sử của IOTA và mô hình hội đồng quản trị của Hedera. Các ưu thế về thông lượng của DAG phần lớn vẫn là lý thuyết, với dữ liệu thực tế sản xuất còn hạn chế so với hồ sơ theo dõi hơn một thập kỷ của Blockchain.

Những loại tiền mã hóa nào sử dụng DAG?

Năm triển khai tiền điện tử dựa trên DAG nổi bật nhất là IOTA (Tangle, tập trung vào IoT và không có phí giao dịch), Hedera Hashgraph (cơ chế đồng thuận hashgraph cấp doanh nghiệp), Nano (cấu trúc block-lattice, thanh toán tức thời không tốn phí, trước đây là RaiBlocks), Fantom (lớp đồng thuận DAG Lachesis, hợp đồng thông minh tương thích EVM) và Avalanche (X-Chain dựa trên DAG cho trao đổi tài sản thông lượng cao).

DAG là gì trong một whitepaper tiền điện tử?

Khi một Whitepaper về tiền điện tử mô tả kiến trúc của nó là dựa trên DAG, điều đó có nghĩa là dự án ghi lại hoặc sắp xếp các giao dịch bằng một cấu trúc đồ thị dạng mạng lưới thay vì một chuỗi khối tuyến tính. Kiến trúc DAG thường được mô tả trong phần "Kiến trúc" hoặc "Thiết kế Kỹ thuật" của một Whitepaper, sử dụng các thuật ngữ như "cấu trúc DAG" (DAG topology), "đồ thị giao dịch không chu kỳ" (acyclic transaction graph), "Tangle", "lựa chọn đầu cuối" (tip selection), hoặc "đồng thuận dựa trên DAG" (DAG-based consensus).

Những điểm chính cần lưu ý

• Một Đồ thị có hướng không chu trình (DAG) là một cấu trúc dữ liệu từ lý thuyết đồ thị, trong đó các nút giao dịch được kết nối bởi các cạnh có hướng không bao giờ quay ngược lại, tạo ra một sổ cái dạng mạng lưới thay vì một chuỗi tuyến tính.
• DAG không phải là một loại Blockchain. Cả hai đều là các loại công nghệ sổ lệnh phân tán (DLT); chúng sử dụng các cấu trúc dữ liệu khác nhau để giải quyết cùng một vấn đề về ghi chép giao dịch phi tập trung.
• Ưu điểm kiến trúc chính của DAG là thông lượng tự mở rộng về mặt lý thuyết: khối lượng giao dịch cao hơn sẽ tăng tốc độ xác nhận thay vì làm chậm nó, và không yêu cầu thị trường phí giao dịch để bồi thường cho các nhà khai thác.
• Các hạn chế chính của DAG là lỗ hổng bảo mật khi hoạt động mạng thấp, hỗ trợ Hợp đồng Thông minh kém trưởng thành hơn Ethereum, các thỏa hiệp về tính tập trung trong một số triển khai giai đoạn đầu và sự trưởng thành của hệ sinh thái nhà phát triển còn hạn chế so với các nền tảng Blockchain đã thiết lập.
• Năm triển khai tiền điện tử dựa trên DAG nổi bật nhất là IOTA (Tangle), Hedera Hashgraph, Nano, Fantom (Lachesis) và X-Chain của Avalanche.
• Khi đánh giá Whitepaper của một dự án DAG, hãy kiểm tra năm điều: loại cấu trúc liên kết DAG, Cơ chế đồng thuận, mô hình bảo mật khi hoạt động thấp, thiết kế phi tập trung và liệu các tuyên bố về hiệu suất TPS có bao gồm phương pháp thử nghiệm hay không.

Các whitepaper chính của IOTA, Hedera Hashgraph và Fantom được liên kết xuyên suốt bài viết này để nghiên cứu chuyên sâu về kỹ thuật.

Bài viết này chỉ dành cho mục đích giáo dục và thông tin. Không có nội dung nào trong bài viết này cấu thành lời khuyên đầu tư, lời khuyên tài chính hoặc khuyến nghị mua, bán hoặc nắm giữ bất kỳ loại tiền điện tử nào. Đầu tư tiền điện tử mang lại rủi ro đáng kể, bao gồm cả rủi ro mất trắng. Hãy tự thực hiện nghiên cứu của riêng bạn và tham khảo ý kiến của cố vấn tài chính có trình độ trước khi đưa ra quyết định đầu tư.