Was ist ein Directed Acyclic Graph (DAG) bei Krypto-Währungen?
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Was ist ein Directed Acyclic Graph (DAG) bei Krypto-Währungen?

Was ist ein Directed Acyclic Graph (DAG) bei Krypto-Währungen?

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Veröffentlicht Jul 19, 2020Aktualisiert Dec 27, 2022
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Einf√ľhrung

Wenn Sie an Krypto-W√§hrungen denken, fallen Ihnen wahrscheinlich die Begriffe "Blockchain" oder "Distributed Ledger Technology" ein. Seit der Einf√ľhrung von Bitcoin wurden Hunderte weiterer Krypto-W√§hrungen geschaffen. Die meisten von ihnen basieren auf einer √§hnlichen Netzwerkarchitektur. Ihre Datenstrukturen erm√∂glichen es den Benutzern, Werte zu √ľbertragen oder mit dezentralisierten Anwendungen zu interagieren.
In einer Blockchain wird einer wachsenden Chain von Bl√∂cken periodisch ein neuer Block hinzugef√ľgt. Jeder Block ist mit dem vorhergehenden Block durch eine Art kryptographische Verbindung verbunden (konkret durch einen Hash). In jedem dieser Bl√∂cke befinden sich aktuelle Transaktionen, die von Benutzern gesendet wurden.
Aber oft gibt es eine Wartezeit zwischen der Übertragung einer Transaktion und ihrer Aufnahme in einen Block. Stellen Sie sich das wie das Warten auf einen Zug an einem Bahnhof vor. Abhängig von der Größe der Waggons (Blockgröße) und der Anzahl der anderen wartenden Personen (anstehende Transaktionen) kann es sein, dass Sie nicht einmal den nächsten Zug bekommen. Oder sogar den danach. Sie können zwischen Sekunden und Stunden warten, bis die Transaktion bestätigt ist.
F√ľr viele ist dies ein anst√§ndiger Kompromiss. Schlie√ülich bietet es ein sehr hohes Ma√ü an Sicherheit, ohne sich auf einen zentralen Koordinator zu verlassen. F√ľr andere hat die Blockchain-Technologie ein Verfallsdatum. Kritiker glauben, dass auf lange Sicht die Probleme der Skalierbarkeit, mit denen die Blockchain-Technologie konfrontiert ist, eine Akzeptanz bei der allgemeinen Bev√∂lkerung verhindern werden.

Einige glauben, dass die Zukunft der Zahlungsnetzwerke f√ľr Krypto-W√§hrungen in einer v√∂llig anderen Architektur liegt ‚Äď den Directed Acyclic Graphs (oder DAGs).


Was ist ein DAG?

Ein DAG ist eine andere Art von Datenstruktur ‚Äď stellen Sie es sich wie eine Datenbank vor, die verschiedene Informationen miteinander verbindet. "Directed Acyclic Graph" ist ein gewichtiger Begriff, also lassen Sie uns damit beginnen, ihn St√ľck f√ľr St√ľck zu erkl√§ren.


Ein Directed Acyclic Graph.


Konzeptionell sehen DAGs in etwa so aus. Sie bestehen aus Eckpunkten (den Kreisen) und den Ecken (den Linien, die sie verbinden). Sie sind gerichtet (englisch: directed), weil sie in eine Richtung gehen (Sie k√∂nnen dies mit den Pfeilen illustriert sehen). Sie sind azyklisch (d.h. nicht zyklisch), weil die Eckpunkte nicht auf sich selbst zur√ľckf√ľhren ‚Äď wenn Sie an einem Punkt beginnen und dem Graphen folgen, k√∂nnen Sie nicht zum selben Punkt zur√ľckkehren. Dies wird in K√ľrze klarer werden.

Solche Datenstrukturen werden im Allgemeinen zur Modellierung von Daten verwendet. Im wissenschaftlichen oder medizinischen Bereich kann man sich auf eine DAG verlassen, um die Beziehung zwischen Variablen zu beobachten und festzustellen, wie sie sich gegenseitig beeinflussen. Sie könnten zum Beispiel Dinge wie Ernährung, Schlafzyklen und körperliche Symptome nehmen, und Verbindungen zwischen ihnen herstellen, um festzustellen, wie sie sich auf einen Patienten auswirken.

F√ľr unsere Zwecke sind wir mehr daran interessiert, wie sie dazu beitragen k√∂nnen, Konsens in einem verteilten Netzwerk von Krypto-W√§hrungen zu erreichen.


Wie funktioniert ein DAG?

In einer DAG-basierten Krypto-W√§hrung stellt jeder Eckpunkt in der Struktur eine Transaktion dar. Hier gibt es weder den Begriff Bl√∂cke, noch ist Mining zur Erweiterung der Datenbank erforderlich. Anstatt also Transaktionen in Bl√∂cken zusammenzufassen, wird jede Transaktion auf einer anderen aufgebaut. Dennoch gibt es eine kleine Proof-of-Work-Operation, die durchgef√ľhrt wird, wenn ein Node eine Transaktion einreicht. Dies stellt sicher, dass das Netzwerk nicht mit Spam √ľberschwemmt wird und validiert auch fr√ľhere Transaktionen.

Damit eine neue Transaktion hinzugef√ľgt werden kann, muss sie auf √§lteren Transaktionen aufbauen. Angenommen, Alice erstellt eine neue Transaktion. Damit sie best√§tigt werden kann, muss diese Transaktion auf vorherige Transaktionen verweisen. Das ist in etwa so, wie ein Block in Bitcoin auf den Block verweist, der vor ihm kam, aber es werden mehrere Transaktionen referenziert.

In einigen Systemen w√§hlt ein Algorithmus aus, auf welchen Transaktionen (oder "Tips") eine neue Transaktion aufbauen muss. Tips werden mit gr√∂√üerer Wahrscheinlichkeit ausgew√§hlt, wenn sie ein gr√∂√üeres akkumuliertes Gewicht haben ‚Äď ein Ma√ü daf√ľr, wie viele Best√§tigungen der Weg zu dem Tip hat.

Die Transaktionen, auf denen Alice aufbauen wird, sind unbestätigt. Aber sobald Alice sie referenziert, werden sie bestätigt. Die Transaktion von Alice ist nun unbestätigt, so dass jemand anderes darauf aufbauen muss, bevor sie akzeptiert wird.

Die Benutzer best√§tigen eher Transaktionen mit einem "schwereren" Gewicht, so dass das System weiter w√§chst. Andernfalls w√ľrde nichts die Benutzer davon abhalten, kontinuierlich auf √§lteren Transaktionen aufzubauen.

Mit Blockchains ist der Schutz vor Doppelausgaben sehr einfach. Ein und dasselbe Geld kann nicht zweimal in einem Block ausgegeben werden ‚Äď die Nodes k√∂nnen jeden Versuch leicht erkennen und weisen jeden Block mit widerspr√ľchlichen Transaktionen zur√ľck. Da es f√ľr Miner so teuer ist, die Bl√∂cke zu produzieren, haben sie einen Anreiz, fair zu spielen.

Die DAGs haben auch einen Mechanismus zur Verhinderung von Doppelausgaben. Es ist √§hnlich, aber ohne Miner. Wenn ein Node √§ltere Transaktionen best√§tigt, bewerten sie einen ganzen Pfad zur√ľck bis zur allerersten Transaktion der DAG, um sicherzugehen, dass der Absender √ľber genug Guthaben verf√ľgt. Es k√∂nnte mehrere Pfade geben, aber nur einer muss √ľberpr√ľft werden.



Wenn Benutzer auf einem ung√ľltigen Pfad aufbauen, laufen sie Gefahr, dass ihre eigene Transaktion ignoriert wird. Ihre k√∂nnte legitim sein, aber weil die vorherige Transaktion nicht legitim war, wird niemand auf diesen speziellen Pfad aufbauen wollen.

Es erscheint zun√§chst unintuitiv ‚Äď k√∂nnten Sie nicht in eine Situation geraten, in der es mehrere Zweige gibt, die sich gegenseitig nicht kennen? K√∂nnte man dann nicht die gleichen Mittel f√ľr diese verschiedenen Zweige ausgeben?



Das ist in der Tat eine Möglichkeit, aber sie wird mit einem Auswahlalgorithmus gelöst, der Tips mit einem höheren akkumulierten Gewicht bevorzugt. Das bedeutet, dass Sie mit der Zeit einen Zweig erhalten, der viel stärker ist als der Rest. Schwächere werden aufgegeben, und das Netzwerk wird weiterhin auf dem stärksten Zweig aufbauen.

Wie bei Blockchains gibt es keine absolute Endg√ľltigkeit ‚Äď man kann nie 100% sicher sein, dass eine Transaktion nicht r√ľckg√§ngig gemacht wird. Es ist ziemlich unwahrscheinlich, aber man k√∂nnte theoretisch einen Bitcoin- oder Ethereum-Block und alle darin enthaltenen Transaktionen "r√ľckg√§ngig" machen. Je mehr Bl√∂cke nach dem Block, in dem sich Ihre Transaktion befindet, hinzugef√ľgt werden, desto mehr Vertrauen k√∂nnen Sie in diese Transaktion haben. Aus diesem Grund wird empfohlen, sechs Best√§tigungen abzuwarten, bevor Sie Gelder ausgeben.
In einer DAG wie Tangle bei IOTA, gibt es eine Idee von Vertrauen durch Bestätigung. Der Auswahl-Algorithmus wird 100 Mal durchlaufen, und Sie zählen, wie oft Ihre Transaktion in den ausgewählten Tips direkt oder indirekt genehmigt wurde. Je höher der Prozentsatz, desto mehr Vertrauen können Sie haben, dass Ihre Transaktion "abgewickelt" bleibt.

Dies k√∂nnte den Anschein erwecken, dass es zu einer schlechten Benutzererfahrung f√ľhrt. Aber das ist nicht der Fall. Wenn Alice Bob 10 MagicDAGTokens schickt, braucht sie sich nicht um die Auswahl der richtigen Tips des Graphen zu k√ľmmern. Unter der Haube macht ihre Wallet Folgendes:

  • W√§hlen von starken Tips (denken Sie daran, dass dies diejenigen mit den meisten gesammelten Best√§tigungen sind).
  • Den Weg zur√ľck durch fr√ľhere Transaktionen verfolgen, um sicherzustellen, dass die Tips genug Guthaben zum Ausgeben haben.
  • Sobald diese Bedingungen erf√ľllt sind, f√ľgen sie ihre Transaktion der DAG hinzu und best√§tigen die Transaktionen, auf denen sie aufgebaut sind.
F√ľr Alice wird dies einfach wie der regul√§re Ablauf bei Krypto-W√§hrungen aussehen. Sie gibt Bobs Adresse und den Betrag, den sie ausgeben m√∂chte, ein und dr√ľckt dann auf Senden. Die obige Liste ist der Arbeitsnachweis (Proof of Work), den jeder Teilnehmer beim Anlegen einer Transaktion ausf√ľhrt.



Vor- und Nachteile eines DAG

Vorteile eines DAG

Geschwindigkeit

Ohne Einschr√§nkungen durch Blockzeiten kann jeder jederzeit senden und seine Transaktionen bearbeiten lassen. Es gibt keine Beschr√§nkung f√ľr die Anzahl der Transaktionen, die Benutzer einreichen k√∂nnen, vorausgesetzt, sie best√§tigen dabei √§ltere Transaktionen.


Kein Mining

DAGs verwenden keine PoW-Konsens-Algorithmen, wie wir es gewohnt sind. Ihr Kohlenstoffausstoß ist daher nur ein Bruchteil dessen, was andere Krypto-Währungen, die mit Hilfe des Mining ihr Blockchain-Netzwerk absichern, erzeugen.


Keine Transaktionsgeb√ľhren

Da es keine Miner gibt, m√ľssen die Nutzer keine Geb√ľhren f√ľr die √úbertragung ihrer Transaktionen zahlen. Einige verlangen jedoch, dass f√ľr spezielle Arten von Nodes eine geringe Geb√ľhr gezahlt wird. Niedrige Geb√ľhren (oder besser: null Geb√ľhren) sind verlockend f√ľr Zahlungen mit sehr geringen Betr√§gen (Micro-Payments), da ihr Nutzen durch erhebliche Netzwerkgeb√ľhren zunichte gemacht wird.


Keine Probleme mit der Skalierbarkeit

Unabh√§ngig von Blockzeiten k√∂nnen DAGs viel mehr Transaktionen pro Sekunde verarbeiten als herk√∂mmliche Blockchain-Netzwerke. Viele Bef√ľrworter glauben, dass sie dadurch f√ľr Anwendungsf√§lle im Internet der Dinge (IoT), in denen alle m√∂glichen Ger√§te miteinander interagieren, wertvoll werden k√∂nnten.


Nachteile eines DAG

Nicht vollständig dezentralisiert

Protokolle, die sich auf DAGs st√ľtzen, haben verschiedene Elemente der Zentralisierung. F√ľr einige ist es angeblich eine kurzfristige L√∂sung, das Netzwerk zu starten, aber es bleibt abzuwarten, ob DAGs ohne die Intervention von Dritten gedeihen k√∂nnen. Wenn nicht, √∂ffnen sie sich Angriffsvektoren, die ihre Netzwerke schlie√ülich lahm legen k√∂nnten.


Nicht im Maßstab getestet

Obwohl es DAG-basierte Krypto-Währungen schon seit einigen Jahren gibt, haben sie noch einen langen Weg vor sich, bis sie weit verbreitet sein werden. Daher ist es schwierig, vorherzusagen, welche Anreize die Nutzer haben könnten, dieses System in Zukunft zu nutzen.


Fazit

Directed Acyclic Graphs sind sicherlich eine interessante Technologie f√ľr den Aufbau des Netzwerks einer Krypto-W√§hrung. Bisher gibt es nur sehr wenige unvollst√§ndig entwickelte Projekte, die diese Datenstruktur verwenden.¬†
Wenn sie jedoch ihr Potenzial aussch√∂pfen k√∂nnen, k√∂nnten sie massiv skalierbare √Ėkosysteme antreiben. Die DAG-Technologie hat eine Vielzahl von Anwendungsf√§llen in Bereichen, die einen hohen Durchsatz und keine Geb√ľhren erfordern, wie zum Beispiel im Internet der Dinge (IoT) und bei Mikrozahlungen.
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