Från blockchain till DAG: vi gör oss av med mellanhänder

I den här artikeln kommer jag att berätta om DAG (Directed Acyclic Graph, riktad acyklisk graf) och dess tillämpningar i distribuerade register, och vi kommer att jämföra det med blockchain.

DAG är inget nytt inom kryptovalutavärlden. Du har kanske hört talas om det som en lösning på blockchainens skalbarhetsproblem. Men idag kommer vi inte att prata om skalbarhet, utan om vad som gör kryptovalutor annorlunda än allt annat: decentralisering, avsaknad av mellanled och motståndskraft mot censur.



Jag kommer också att visa dig att DAG faktiskt är mer motståndskraftig mot censur, och att det inte finns några mellanled för att få åtkomst till registret.

I vanliga blockchain-system har användare inte direkt åtkomst till själva registret. När du vill lägga till en transaktion i registret måste du "be" blockproducenten (blockproducent, även kallad "miner") att göra det. Det är minerna som avgör vilken transaktion som ska läggas till i nästa block och vilken som inte ska. Det är minerna som har exklusiv åtkomst till blocken och rätten att besluta vems transaktion som ska accepteras för att läggas till i registret.

Miner är mellanled som står mellan dig och det distribuerade registret.

I praktiken kontrollerar vanligtvis ett litet antal minerpooler tillsammans mer än hälften av nätverkets beräkningskraft. För Bitcoin är det fyra pooler, för Ethereum två. Om de går samman kan de blockera vilka transaktioner de vill.

Under de senaste åren har många variationer av blockchain föreslagits, som skiljer sig åt i principerna för att välja blockproducenter. Men blockproducenterna finns fortfarande kvar, de står fortfarande "vid bommen": varje transaktion måste gå igenom blockproducenten, och om den inte accepterar den så existerar transaktionen i praktiken inte.

Detta är ett oundvikligt problem med blockchain. Och om vi vill lösa det måste vi radikalt ändra designen och helt och hållet bli av med block och blockproducenter. Istället för att bygga en kedja av block kommer vi att koppla samman transaktionerna själva, genom att inkludera hash av flera föregående transaktioner i varje transaktion. Resultatet blir en struktur som inom matematiken kallas en riktad acyklisk graf – DAG.

Nu har alla direkt tillgång till registret, utan mellanhänder. När du vill lägga till en transaktion i registret – lägger du helt enkelt till den. Du väljer några överordnade transaktioner, lägger till dina uppgifter, signerar och skickar din transaktion i nätverket. Klart. Det finns ingen som kan stoppa dig från att göra det, så din transaktion är redan i registret.

Detta är det mest decentraliserade och mest motståndskraftiga mot censur sättet att lägga till transaktioner i registret utan mellanhänder. Eftersom alla som vill kan lägga till sina transaktioner i registret utan att fråga någon om tillstånd.

DAG kan ses som den tredje fasen av registerutvecklingen. Först kom centraliserade register, där en part kontrollerade tillgången till dem. Sedan kom blockkedjor, där det redan fanns flera kontrollerare som registrerade transaktioner i registret. Och slutligen, i DAG finns det överhuvudtaget inga kontrollerare, användarna lägger till sina transaktioner direkt.

Nu när vi har denna frihet, får den inte leda till kaos. Vi måste ha en överenskommelse om tillståndet för registret. Och denna överenskommelse, eller konsensus, innebär vanligtvis enighet om två saker:

1. Vad hände?
2. I vilken ordning inträffade detta?

På den första frågan kan vi enkelt svara: så snart en korrekt skapad transaktion har lagts till i registret, har den inträffat. Punkt. Informationen om detta kan nå alla deltagare vid olika tidpunkter, men till slut får alla noder denna transaktion och får veta att den har inträffat.

Om det vore en blockkedja, skulle miners avgöra vad som händer. Allt som en miner beslutar att inkludera i blocket – händer. Allt som han inte inkluderar i blocket – händer inte.

I blockkedjor avgör miners också det andra konsensusproblemet: ordningen. De får ordna transaktioner inom blocket hur de vill.

Hur kan man fastställa ordningen på transaktioner i DAG?

Bara eftersom grafen är riktad har vi redan en viss ordning. Varje transaktion refererar till en eller flera tidigare, överordnade transaktioner. Överordnade transaktioner refererar i sin tur till sina överordnade, och så vidare. De överordnade transaktionerna inträffar uppenbarligen före de underordnade transaktionerna. Om någon av transaktionerna kan nås genom att följa länkarna 'överordnad-underordnad', vet vi exakt ordningen mellan transaktionerna i denna kedja av transaktioner.

Men ordningen mellan transaktionerna kan inte alltid bestämmas enbart från grafens struktur. Till exempel när två transaktioner befinner sig på parallella grenar av grafen.

För att lösa tvetydigheten i sådana fall förlitar vi oss på så kallade ordningsleverantörer. Vi kallar dem också 'vittnen'. Dessa är vanliga användare vars uppgift är att ständigt skicka transaktioner till nätverket i en viss ordning, så att varje tidigare transaktion kan nås genom länkarna 'överordnad-underordnad'. Ordningsleverantörerna är betrodda användare, och hela nätverket förlitar sig på att de inte bryter mot denna regel. För att rationalt kunna lita på dem kräver vi att varje ordningsleverantör är en känd (icke-anonym) person eller organisation och har något att förlora om de bryter mot reglerna, till exempel sitt rykte eller ett förtroendebaserat företag.

Ordningsleverantörerna väljs av användarna, och varje användare inkluderar en lista över sina betrodda leverantörer i varje transaktion som de skickar till nätverket. Denna lista består av 12 leverantörer. Det är ett relativt litet antal så att en person kan verifiera identiteter och rykte för var och en av dem, och tillräckligt för att nätverket ska kunna fortsätta fungera vid ofrånkomliga problem med en minoritet av ordningsleverantörerna.

Denna lista över leverantörer varierar från användare till användare, men listorna för angränsande transaktioner kan skilja sig åt med högst en leverantör.

Nu när vi har ordningsleverantörer kan vi markera deras transaktioner i DAG och ordna alla andra transaktioner runt den ordning som skapats av dem. Det finns en möjlighet att skapa en sådan algoritm (se Obyte White Paper för tekniska detaljer).

Men ordningen i hela nätverket kan inte fastställas omedelbart, vi behöver tid för att ordningsleverantörerna ska skicka tillräckligt med sina transaktioner för att säkerställa den slutliga ordningen av tidigare transaktioner.

Och eftersom ordningen endast bestäms av positionerna för transaktionerna hos leverantörerna i DAG, kommer alla noder i nätverket förr eller senare att ta emot alla transaktioner och nå samma slutsats om ordningen av transaktionerna.

Således har vi en överenskommelse om vad vi anser har inträffat: varje transaktion som kommer in i DAG har inträffat. Vi har också en överenskommelse om ordningen av händelser: detta kan antingen ses genom relationerna mellan transaktionerna eller härledas från ordningen av transaktionerna som skickats av ordningsleverantörerna. Det innebär att vi har konsensus.

Denna typ av konsensus finns i Obyte. Trots att åtkomsten till Obytes register är helt decentraliserad är konsensus om ordningen av transaktioner fortfarande centraliserad, eftersom 10 av 12 leverantörer kontrolleras av skaparen (Anton Churjumov), och endast två av dem är oberoende. Vi söker kandidater som är villiga att bli en av de oberoende ordningsleverantörerna för att hjälpa oss decentralisera fastställandet av ordning i registret.

Nyligen har en tredje oberoende kandidat dykt upp, som vill etablera och underhålla en nod som ordningsleverantör – Universitetet i Nicosia.

Så, hur kontrollerar vi dubbelutgifter (double-spends)?

Enligt reglerna, när två transaktioner som spenderar samma mynt upptäcks, vinner den transaktion som kom först i den slutliga ordningen av alla transaktioner. Den andra blir ogiltig genom konsensusalgoritmen.

Om det finns möjlighet att fastställa ordningen mellan två transaktioner som spenderar samma mynt (genom relationer mellan förälder-barn), avvisar alla noder omedelbart ett sådant försök till dubbelutgift.

Om ordningen inte kan ses genom förälder-barn-relationerna mellan dessa två transaktioner, accepteras de båda i registret och vi måste vänta på konsensus och fastställande av ordning mellan dem med hjälp av ordningsleverantörerna. Då vinner den tidigare transaktionen, medan den andra blir ogiltig.

Även om den andra transaktionen blir ogiltig, förblir den ändå i registret, eftersom den redan har efterföljande transaktioner som hänvisar till den, som inte har brutit mot några regler och inte visste att denna transaktion skulle bli ogiltig i framtiden. Annars skulle vi behöva ta bort föräldern till bra efterföljande transaktioner, vilket skulle bryta mot det grundläggande principen i nätverket – varje korrekt transaktion accepteras i registret.

Detta är en mycket viktig regel som gör att hela systemet kan stå emot försök till censur. 

Låt oss föreställa oss att alla ordningsleverantörer går samman i ett försök att "censurera" en specifik transaktion. De kan ignorera den och aldrig välja den som "förälder" för sina transaktioner, men det är inte tillräckligt, denna transaktion kan fortfarande inkluderas indirekt som förälder till någon annan transaktion utfärdad av vilken användare av nätverket som helst som inte deltar i sammansvärjningen. Med tiden kommer en sådan transaktion att få fler och fler barn, barnbarn och barnbarnsbarn från vanliga användare, växa som en snöboll, och alla överenskomna ordningsleverantörer måste också ignorera dessa transaktioner. Slutligen måste de censurera hela nätverket, vilket motsvarar sabotage.

Således förblir DAG censurtåligt, även om det finns en sammansvärjning av ordningsleverantörer, vilket överträffar blockkedjan i motståndskraft mot censur, där vi inte kan göra något om gruvarbetarna beslutar att inte inkludera någon av transaktionerna. Och detta följer av det grundläggande egenskapen hos DAG: deltagande i registret är helt oberoende och utan mellanhänder, och transaktioner är oåterkalleliga.

Källa: habr.com