Ein gerichteter azyklischer Graph – kurz DAG, für "directed acyclic graph" – ist ein Werkzeug zur Datenmodellierung und -organisation, das in Kryptowährungen häufig zum Einsatz kommt.
Anders als eine Blockchain, die aus Blöcken besteht, setzt sich ein gerichteter azyklischer Graph aus Knoten (Vertices) und Kanten (Edges) zusammen. Krypto-Transaktionen werden folglich als Knoten erfasst und übereinander aufgezeichnet. Wie bei einer Blockchain gelangen Transaktionen allerdings ebenfalls über Nodes in den DAG. Damit eine Node eine Transaktion einreichen kann, muss sie Proof-of-Work-Aufgaben (PoW) erfüllen.
Vereinfacht gesagt: Während eine Blockchain wie eine Kette aussieht, ähnelt das System eines DAG eher einem Graphen. Wegen seiner Effizienz bei der Datenspeicherung und der Abwicklung von Online-Transaktionen gilt das DAG-Modell in der Branche derzeit als möglicher Nachfolger der Blockchain.
Zugleich wird das DAG-Modell als möglicher Ausweg aus dem bestehenden Dezentralisierungsproblem in Krypto gesehen. Bei diesem Modell müssen Miner nicht mehr um neue Blöcke konkurrieren, die der Kette hinzugefügt werden.
Weil Knoten gleichzeitig entstehen, lassen sich Transaktionen zudem schneller verarbeiten. Entwickler betrachten DAG als die bessere, sicherere Lösung, die die Nutzbarkeit eines Netzwerks verbessern kann, sobald es besser skaliert.
Wie funktioniert ein DAG?
Wie erwähnt, geht ein gerichteter azyklischer Graph effizienter mit Datenspeicherung um. Seine Struktur ist baumartig, mit miteinander verbundenen Nodes als 'Ästen'.
Da jeder Knoten mehr als eine übergeordnete Wurzel haben kann, erlaubt das Modell, mehr Transaktionen gleichzeitig zu bestätigen. Nutzer müssen nämlich nicht abwarten, bis Transaktionen abgeschlossen sind, bevor sie eine weitere anstoßen.
In einem gerichteten azyklischen Graphen muss jede neue Transaktion also auf frühere Transaktionen verweisen, bevor sie im Netzwerk akzeptiert wird. Das entspricht der Art und Weise, wie Blöcke in einer Blockchain auf vorherige Blöcke verweisen. Der Gedanke dahinter: Eine Transaktion gilt erst dann als wirksam bestätigt, wenn eine andere Transaktion auf sie verweist – und so weiter.
In einem DAG steht jeder Knoten für eine Transaktion. Es gibt keine Blöcke, also ist auch kein Mining nötig. Transaktionen werden übereinander aufgebaut, statt in Blöcken gebündelt zu werden. Anschließend werden, wie eben beschrieben, immer dann Proof-of-Work-Aufgaben erledigt, wenn eine Node eine Transaktion einreicht – um frühere Transaktionen zu bestätigen und Spam zu verhindern.
Standardmäßig werden neue Transaktionen in einer DAG-basierten Kryptowährung auf älteren aufgebaut. Der wesentliche Unterschied zur Blockchain besteht darin, dass in einem DAG auf mehrere Transaktionen verwiesen werden kann und nicht nur auf eine nach der anderen.
Einige Systeme nutzen einen Algorithmus, der anhand des kumulierten Gewichts (also der Anzahl der Bestätigungen, die zu einer Spitze führen) auswählt, welche 'Tips' oder Transaktionen weiterverwendet werden.
Der Schutz vor doppelten Ausgaben funktioniert in DAGs so, dass Nodes ältere Transaktionen bestätigen, indem sie einen Pfad bis zurück zur allerersten Transaktion des DAG prüfen. Damit wird festgestellt, ob der Absender über ein ausreichendes Guthaben verfügt. Baut ein Nutzer auf einem ungültigen Pfad auf, läuft diese Transaktion Gefahr, ignoriert zu werden.
Konflikte, die aus verschiedenen Pfaden entstehen, werden über einen Auswahlalgorithmus gelöst, der Tips mit höherem kumuliertem Gewicht bevorzugt.
Wofür werden DAGs eingesetzt?
Das DAG-Modell will zwei wahrgenommene Schwächen der Blockchain-Technologie angehen, nämlich Dezentralisierung und Skalierbarkeit. Ebenso soll es Sicherheit und Bedienbarkeit verbessern.
Auf welche Weise?
- In der Bitcoin-Blockchain oder auf der Ethereum-Plattform können Miner immer nur einen Block nach dem anderen erzeugen. Neue Transaktionen lassen sich daher erst bestätigen, wenn der vorherige Block fertig ist. Das DAG-Modell schafft diese Blöcke ab und fügt Transaktionen direkt dem Ledger hinzu.
Weil Blöcke entfallen, kommt das DAG-Modell ohne Mining aus. Das bedeutet, dass weniger Strom nötig ist, um das Netzwerk zu betreiben. DAGs bringen darüber hinaus einige Vorteile mit sich, etwa:
- Hohe Transaktionsgeschwindigkeiten, die nicht durch die Blockerzeugung gebremst werden
- Keine Miner heißt auch: keine Transaktionsgebühren
- Geringerer Energieverbrauch und ökologische Vorteile gegenüber dem Mining
Derzeit steckt der Einsatz von DAGs in Krypto allerdings noch in den Anfängen. Anders als Blockchains sind sie noch nicht vollständig dezentralisiert. Deshalb dienen sie vor allem dazu, Netzwerke in Gang zu bringen, und noch nicht als System, mit dem sich ein stabiles Netzwerk aufbauen lässt.
Welche Kryptowährungen nutzen DAG?
Früher war es undenkbar, Kryptowährungen ohne Blockchain zu denken. Mit dem DAG-Modell wurden inzwischen jedoch einige Kryptowährungen erfolgreich auf dieser Technologie aufgebaut.
Beispiele sind unter anderem Obyte, IOTA und Nano. Obwohl noch recht neu, zeigt die DAG-Struktur großes Potenzial. Wie erwähnt haben einige Projekte sie bereits erfolgreich genutzt. Die bekanntesten sind:
Obyte
Obyte, früher ByteBall, ist eine Kryptowährung, die durch die Umsetzung der DAG-Struktur vollständig unabhängig von der Blockchain ist. Dennoch fallen bei Obyte-Transaktionen Gebühren an.
Der Grund: Das Obyte-Netzwerk nutzt ein Validatorsystem, das eine doppelte Prüfung von Transaktionen ermöglicht. Es verwendet einen Konsensalgorithmus, der auf Zeugen (Witnesses) beruht. Diese Zeugen sind vertrauenswürdige, verlässliche Nutzer, die als Validatoren auftreten.
Obyte unterstützt außerdem nicht nachverfolgbare Transaktionen sowie Smart Contracts.
IOTA
IOTA – für Internet-of-Things-Anwendungen – startete sein Netzwerk als 'blocklose Blockchain' im Jahr 2016. Die Idee hinter IOTA ist, dass faktisch alle Nutzer zu Minern werden. Um beispielsweise eine Transaktion zu bestätigen, muss ein Nutzer zwei Transaktionen prüfen.
IOTA setzt auf ein Netzwerk aus Nodes und Tangles, also Gruppen von Nodes, die den Bestätigungsprozess schneller und effizienter machen.
Alle Nutzer steuern eine geringe Menge Rechenleistung zum Betrieb des Netzwerks bei, und alle beteiligen sich am Konsens. So kann das Netzwerk zugleich hochgradig dezentral und skalierbar sein.
Für Transaktionen fallen praktisch keine Gebühren an; deshalb gilt IOTA als kostengünstige Alternative für Mikrozahlungen.
Nano
Auch Nano ist eine Kryptowährung, die auf dem DAG-System basiert. Nano besteht aus eigenständigen Blockchains, die über Nodes verbunden sind – die sogenannte Block-Lattice-Technologie. Genau genommen ist das eine Mischung aus DAG und Blockchain.
Jeder Nutzer hat eine eigene Wallet und eine eigene Blockchain. Nur der Nutzer selbst kann Änderungen an seiner Wallet beziehungsweise Blockchain vornehmen. Eine Transaktion ist abgeschlossen, sobald Sender und Empfänger den jeweiligen Vorgang auf ihrer eigenen Blockchain durchgeführt haben.
Nano bietet seinen Nutzern keine Transaktionsgebühren und dazu hohe Transaktionsgeschwindigkeiten.
Welche Rolle spielt DAG in der Blockchain?
DAG lässt sich als brauchbare Alternative zur Blockchain betrachten, auch wenn es noch Feinschliff braucht. Das DAG-Modell will typische Probleme der Blockchain-Technologie wie Kosten, Geschwindigkeit und Anpassungsfähigkeit lösen.
Tatsächlich zeichnen beide Technologien Transaktionen in einem digitalen Ledger auf und verfolgen dasselbe Ziel. Der Unterschied liegt im Wesentlichen in der Struktur, die jedes Modell zur Datenspeicherung nutzt.
DAG versus Blockchain
Blockchains und DAGs erfassen Transaktionen beide in einem verteilten Ledger, jedoch auf unterschiedliche Weise.
Hier ein kurzer Vergleich der Vor- und Nachteile beider Ansätze:
Vorteile von DAG
- Geeignet für Mikrotransaktionen und hohe Transaktionsvolumina
- Macht Mining-Hardware überflüssig
- Gebühren können deutlich sinken
- Geringerer Energieverbrauch
Nachteile von DAG
- Anfällig für Angriffe wegen des geringen Transaktionsvolumens
- Noch in den Anfängen; hat noch keinen nennenswerten Grad an Dezentralisierung erreicht
Vorteile der Blockchain
- Etabliert und von Kryptowährungen wie Bitcoin und Ethereum breit genutzt
- Transparent und unveränderlich, sehr sicher
- Kosteneffizient bei Transaktionen mit hohem Wert
Nachteile der Blockchain
- Hoher Bedarf an Speicherplatz und Netzwerkbandbreite
- Sehr hoher Stromverbrauch
- Hohe Transaktionsgebühren
Letztlich hängt die Entscheidung für ein Modell von den eigenen geschäftlichen Zielen ab. Wie beschrieben hat jedes Modell seine Stärken und Schwächen – je nach Anforderungen kann das eine besser passen als das andere.