مخطط DAG

الرسم البياني الموجه غير الدوري (Directed Acyclic Graph - DAG) هو بنية بيانات رسومية متخصصة تتألف من عقد وحواف موجهة، حيث تكون الحواف ذات اتجاه محدد ولا توجد دورات ضمن الرسم البياني. في قطاع البلوكشين والعملات الرقمية، تمثل تقنية DAG هيكل دفتر أستاذ موزع بديل للبلوكشين التقليدي، وتوفر إمكانية تجاوز بعض القيود الجوهرية للبلوكشين مثل بطء المعاملات ومشكلات القابلية للتوسع. يتيح DAG التحقق من عدة معاملات وتأكيدها بشكل متوازٍ، بدلاً من تجميع المعاملات في كتل متسلسلة كما في البلوكشين التقليدي، مما يحقق إنتاجية أعلى وزمن تأخير أقل للمعاملات.

الخلفية: أصل الرسوم البيانية الموجهة غير الدورية

ظهرت الرسوم البيانية الموجهة غير الدورية في علوم الحاسوب والرياضيات كهيكل بيانات للتعبير عن علاقات الاعتماد بين العناصر. وفي عالم البلوكشين، بدأت تطبيقات DAG بالظهور منذ عام 2015 عندما بدأت عدة مشاريع باستكشاف بدائل لهياكل البلوكشين التقليدية مثل Bitcoin وEthereum.

من أوائل مشاريع العملات الرقمية التي اعتمدت DAG: Tangle من IOTA، وByteball (الذي أصبح Obyte)، وهيكل Block Lattice من Nano. استهدفت هذه المشاريع معالجة معضلة البلوكشين (الأمان، اللامركزية، القابلية للتوسع)، خاصة في التطبيقات التي تتطلب إنتاجية عالية ورسوم منخفضة مثل إنترنت الأشياء (IoT) والمدفوعات الصغيرة.

تطورت تقنية DAG بمرور الوقت من مراحل إثبات المفهوم الأولى إلى عمليات النشر العملية. وتنفذ المشاريع المختلفة DAG بطرق متنوعة، لكن الفكرة الجوهرية تظل في استخدام هياكل الرسوم البيانية بدلاً من السلاسل لتحقيق آليات معالجة معاملات أكثر كفاءة.

آلية العمل: كيف تعمل الرسوم البيانية الموجهة غير الدورية

تعتمد آلية عمل الرسوم البيانية الموجهة غير الدورية على عدة مبادئ أساسية:

1. آلية التحقق من المعاملات: في أنظمة DAG، يجب على المعاملات الجديدة التحقق من واحدة أو أكثر من المعاملات السابقة ليتم قبولها في الشبكة. هذا يجعل كل معاملة بمثابة كائن تم التحقق منه ومدقق في الوقت ذاته، مما يكوّن شبكة ذاتية التنظيم.

2. عملية تكوين الإجماع: تحدد DAG صلاحية المعاملات من خلال تراكم الأوزان أو "مستويات الثقة". كلما أشار عدد أكبر من المعاملات الجديدة بشكل مباشر أو غير مباشر إلى معاملة معينة، ازدادت تأكيداتها وارتفع مستوى تأكيدها النهائي.

3. هيكل المعاملة: عادةً ما تحتوي كل عقدة معاملة على بيانات المعاملة، التوقيعات، والإشارات (الحواف) إلى المعاملات السابقة. هذه الإشارات تحدد علاقات الاعتماد بين المعاملات، مكونة الهيكل الرسومي الموجه.

4. حل النزاعات: عند ظهور معاملات متضاربة في الشبكة (مثل محاولات الإنفاق المزدوج)، غالبًا ما تستخدم أنظمة DAG آليات مقارنة الأوزان أو أولوية الظهور الأول لتحديد المعاملة الصحيحة.

على عكس البلوكشين التقليدي، تتيح DAG معالجة المعاملات بشكل متوازٍ دون قيود على حجم الكتلة أو أوقات توليد الكتل. نظريًا، يمكن أن تزداد الإنتاجية مع زيادة نشاط الشبكة، مما يدل على قابلية توسع أفضل.

ما هي المخاطر والتحديات المرتبطة بالرسوم البيانية الموجهة غير الدورية؟

رغم إمكاناتها في معالجة بعض قيود البلوكشين، تواجه تقنية DAG مجموعة من التحديات الفريدة:

1. اعتبارات الأمان: قد تكون أنظمة DAG أكثر عرضة للهجمات عند قلة المشاركين في الشبكة. فعندما يكون حجم المعاملات منخفضًا، يمكن للجهات الخبيثة بسهولة أكبر جمع قوة حسابية كافية للتأثير على إجماع الشبكة.

2. مشكلات اللامركزية والتنسيق: تتطلب بعض تطبيقات DAG وجود منسقين مركزيين أو آليات مشابهة لمنع هجمات معينة، مما يؤثر جزئيًا على مستوى اللامركزية في النظام.

3. النضج التقني: بالمقارنة مع تقنية البلوكشين التي تم اختبارها لأكثر من عقد، لا تزال تطبيقات DAG في العملات الرقمية حديثة نسبيًا، ولم تثبت أمانها وموثوقيتها على المدى الطويل بشكل كامل.

4. التعقيد: يزيد نموذج المعالجة المتوازية في DAG من تعقيد النظام، مما قد يؤدي إلى سلوك شبكي أقل قابلية للتنبؤ وأنماط فشل أكثر تعقيدًا.

5. تحقيق الإجماع: يظل ضمان اتفاق جميع العقد على حالة DAG في بيئة موزعة، خاصة أثناء تقسيم الشبكة أو حدوث التأخيرات، تحديًا تقنيًا.

6. عدم اليقين التنظيمي: مثل جميع تقنيات العملات الرقمية المبتكرة، تواجه DAG بيئات تنظيمية غير واضحة، حيث أن العديد من الدول لم تحدد مواقف قانونية واضحة بشأن هذه التقنيات.

لا يزال تطبيق تقنية DAG في البلوكشين والعملات الرقمية في مرحلة التطوير، حيث تتعايش الإمكانات مع المخاطر، ويتطلب الأمر مزيدًا من البحث والتجربة للتحقق من جدواها على المدى الطويل.

تمثل تقنية الرسم البياني الموجه غير الدوري (DAG) اتجاهًا رائدًا في تطوير تكنولوجيا دفاتر الأستاذ الموزعة. فهي تكسر القيود الخطية للبلوكشين، وتتيح معالجة معاملات عالية الإنتاجية ومنخفضة التأخير، ما يجعلها ملائمة بشكل خاص لإنترنت الأشياء والمدفوعات الصغيرة وسيناريوهات التطبيقات المشابهة. لقد أسهم ظهور DAG في تعزيز تنوع تقنيات دفاتر الأستاذ الموزعة، موفرًا خيارات تقنية إضافية لمختلف سيناريوهات الاستخدام.

ومع ذلك، مثل أي تقنية ناشئة، تحتاج DAG إلى تجاوز العديد من التحديات لتحقيق إمكاناتها الكاملة. ومع تعمق البحث وتزايد التطبيقات العملية، يُتوقع أن تنضج تقنية DAG أكثر، وأن تكمل البلوكشين التقليدي في مجالات محددة، مما يدعم تطوير وتوسيع تطبيقات تكنولوجيا دفاتر الأستاذ الموزعة. وفي المستقبل، سيعتمد ما إذا كانت تقنية DAG ستصبح سائدة على قدرتها في معالجة المشكلات العملية وتحقيق التوازن بين الأمان وقابلية التوسع.