grafo acíclico direcionado DAG

O Grafo Acíclico Direcionado (DAG) é uma estrutura de grafo direcionado sem ciclos, que tem ganhado destaque no universo blockchain como alternativa às cadeias tradicionais. Diferentemente dos blockchains tradicionais, nos quais as transações são organizadas de forma linear em blocos sequenciais, o DAG permite que diversos nós acrescentem transações simultaneamente à rede, formando um sistema multidirecional e expansivo em que cada nó pode apontar para múltiplos predecessores. Esse modelo libera o processamento de transações das restrições de capacidade de blocos únicos, eleva significativamente o desempenho do sistema e reduz tanto o tempo de confirmação quanto as taxas das transações, sendo mais adequado para cenários de microtransações de alta frequência.

Origem do DAG

O Grafo Acíclico Direcionado, enquanto conceito matemático, teve origem nas pesquisas em teoria dos grafos, definindo uma estrutura em que todas as arestas possuem direção e não existe possibilidade de partir de um vértice e retornar a ele (por isso, acíclico). Esse conceito é amplamente utilizado na ciência da computação para representar relações de dependência, escalonamento de tarefas e outras questões técnicas.

No contexto do blockchain, a adoção do DAG começou por volta de 2015, quando blockchains tradicionais como Bitcoin e Ethereum enfrentavam sérios obstáculos de escalabilidade. O Tangle, lançado pelo projeto IOTA em 2016, foi uma das primeiras implementações de DAG em tecnologias de livro-razão distribuído, seguido por iniciativas como Byteball (atualmente Obyte) e Nano, que também adotaram estruturas DAG em seus sistemas.

O avanço da tecnologia DAG no setor blockchain busca principalmente superar as limitações de taxa de processamento, atrasos nas transações e altos custos das blockchains tradicionais, preservando ao mesmo tempo as características de descentralização e segurança. Com a expansão da demanda por Internet das Coisas e microtransações, as arquiteturas DAG vêm ganhando destaque pela capacidade de processar microtransações de forma eficiente.

Mecanismo de Funcionamento: Como o DAG Opera

O funcionamento do Grafo Acíclico Direcionado nos sistemas blockchain é fundamentalmente distinto dos blockchains tradicionais:

No modelo DAG, cada nova transação valida, direta ou indiretamente, várias transações anteriores, formando uma rede de referências mútuas. As novas transações entram no grafo ao selecionar e validar transações ainda não suficientemente confirmadas (“tips”), usando-as como referência. Esse método transforma a confirmação das transações em um processo colaborativo, onde todos os participantes da rede contribuem para o consenso.

Os sistemas baseados em DAG costumam utilizar mecanismos de acumulação de peso para validar transações. Quando uma transação é referenciada, direta ou indiretamente, por um número crescente de transações posteriores, seu peso aumenta, elevando seu grau de confirmação. Ao atingir um limite pré-definido de peso, a transação é considerada “confirmada”.

Projetos distintos que implementam o DAG adotam mecanismos específicos:

O Tangle da IOTA utiliza o algoritmo "Markov Chain Monte Carlo" para selecionar transações a serem validadas e se apoia no conceito de "cumulative weight" para garantir a segurança da rede.

Nano emprega a estrutura "Block-lattice", em que cada conta possui sua própria cadeia e as transações são divididas em operações de "envio" e "recebimento", formando um DAG especializado.

Conflux adota o modelo "Tree-Graph", combinando "Proof of Work" com o protocolo "GHOST" para mitigar conflitos.

Riscos e Desafios do DAG

Apesar do potencial do DAG para superar limitações de escalabilidade dos blockchains tradicionais, ele enfrenta riscos e desafios próprios:

Segurança: Sistemas DAG podem ser mais suscetíveis a ataques em períodos de baixo volume de transações, já que invasores podem acumular capacidade computacional suficiente para influenciar o consenso quando a atividade da rede diminui. Alguns projetos DAG (como o IOTA em suas versões iniciais) recorreram a coordenadores centralizados como forma de proteção, levantando debates sobre centralização.

Complexidade de Verificação: Em estruturas DAG, definir a confirmação das transações e resolver conflitos é mais difícil. Devido às relações de referência complexas entre transações, verificar a consistência do estado global do DAG exige algoritmos mais avançados.

Desafios de Consenso: Nos sistemas DAG, determinar o estado global e a ordem das transações é mais complexo do que em blockchains tradicionais, sobretudo diante de transações conflitantes. Cada projeto propõe métodos distintos para resolver esse desafio, mas ainda não há solução definitiva.

Maturidade: Em comparação à tecnologia blockchain tradicional, que já foi validada por mais de uma década, os sistemas baseados em DAG são relativamente novos e carecem de validação em aplicações de grande escala e longo prazo. Muitas garantias teóricas de segurança ainda não foram comprovadas na prática.

Barreira Técnica: A implementação e o entendimento dos sistemas DAG geralmente são mais complexos do que os blockchains tradicionais, impondo maior barreira técnica para desenvolvedores, auditores e usuários comuns.

A tecnologia Grafo Acíclico Direcionado representa uma evolução significativa na arquitetura blockchain, oferecendo alternativas para solucionar o trilema do setor (descentralização, segurança e escalabilidade). Embora o DAG ainda esteja em processo de desenvolvimento e enfrente desafios relevantes, suas vantagens em cenários de alto "throughput" e microtransações o tornam peça fundamental no ecossistema blockchain e indicam um caminho promissor para o futuro das tecnologias de livros-razão distribuídos.