Un graphe orienté acyclique (DAG) est une structure de données composée de sommets reliés par des arêtes à sens unique qui ne forment jamais de boucle. Dans les registres distribués, les sommets peuvent représenter des transactions, des événements ou des blocs, et leurs liens enregistrent les dépendances ou les références à un historique antérieur. Plusieurs branches peuvent croître en même temps au lieu de forcer chaque mise à jour dans une seule chaîne linéaire de blocs.

Un DAG décrit la manière dont l'information est organisée, et non un mécanisme de consensus complet. Un réseau a toujours besoin de règles pour admettre des événements, détecter les conflits, ordonner les transactions pertinentes, résister aux attaques Sybil et atteindre la finalité. Le hashgraph de Hedera, les protocoles block-DAG, les systèmes DAG de transactions et les conceptions d'account-chains utilisent les structures de graphe différemment : l'expression « blockchain DAG » ne doit donc pas laisser supposer un modèle de sécurité ou de performance commun.

Qu'est-ce qu'une architecture DAG ?

Un graphe orienté acyclique (DAG) est une architecture de registre qui organise les transactions ou les blocs sous forme de réseau d'entrées connectées plutôt que de chaîne linéaire unique. Orienté signifie que les connexions suivent une direction définie, tandis qu'acyclique signifie que ces connexions ne peuvent pas revenir à un point antérieur. Cela permet de traiter et de référencer plusieurs transactions ou blocs en parallèle.

Tous les réseaux fondés sur un DAG ne sont pas, techniquement, des blockchains. Certains systèmes DAG enregistrent des transactions individuelles comme entrées du graphe, tandis que d'autres organisent des blocs dans un DAG avant de déterminer leur ordre final. Le fonctionnement d'un réseau DAG dépend donc de ses règles de consensus, de l'ordonnancement des transactions, de la protection contre la double dépense et de son mécanisme de finalité.

Comment fonctionne un registre distribué DAG ?

Un registre DAG ajoute de nouvelles transactions ou de nouveaux blocs sous forme de sommets qui référencent des entrées antérieures au lieu de prolonger une seule chaîne linéaire. Comme différents sommets peuvent être créés en même temps, une activité indépendante peut être traitée et partagée en parallèle sur le réseau.

1. Les nouvelles entrées référencent les précédentes : chaque transaction ou bloc se lie à un ou plusieurs sommets antérieurs.

2. Les nœuds partagent le graphe : les participants échangent les nouvelles entrées et reconstituent l'historique des transactions du réseau à partir de ces références.

3. Le consensus interprète le DAG : le protocole détermine comment les branches ou les transactions concurrentes doivent être ordonnées ou pondérées.

4. Les conflits sont résolus : si deux transactions tentent de dépenser les mêmes fonds, des règles de consensus prédéfinies déterminent laquelle est acceptée.

5. Les transactions atteignent la finalité : selon le réseau, la finalité peut provenir d'un vote, d'un poids accumulé, de règles d'ordonnancement ou d'un autre mécanisme de consensus.

Quels sont les principaux avantages et cas d'usage des registres DAG ?

Les structures DAG sont utiles lorsqu'un protocole souhaite enregistrer une activité concurrente avant d'en déduire l'ordre final accepté. Leurs avantages dépendent du réseau et ne peuvent pas être déduits de la seule forme du graphe.

1. Les mises à jour concurrentes peuvent entrer dans l'historique. Plusieurs nœuds peuvent créer des événements ou des transactions qui référencent l'historique récent sans attendre une extrémité de bloc globale, ce qui réduit un point de sérialisation structurel.

2. Les relations de gossip peuvent transporter l'information de consensus. Dans le hashgraph, les liens entre événements enregistrent qui a communiqué avec qui, ce qui permet aux nœuds de calculer des votes virtuels à partir de l'historique partagé au lieu de diffuser des votes distincts pour chaque décision.

3. Les enregistrements à haute fréquence peuvent être organisés efficacement. Paiements, horodatages, messages, événements de chaîne d'approvisionnement et activité des machines peuvent tirer parti d'une ingestion fondée sur un graphe lorsque le protocole peut résoudre leurs dépendances et leurs conflits.

4. Le graphe peut exposer l'historique causal. Les références indiquent quels événements étaient connus avant la création d'un autre événement, fournissant une information qu'un algorithme de consensus peut utiliser pour l'ordonnancement ou la confirmation.

Quels sont les exemples de registres distribués fondés sur un DAG ?

Les réseaux fondés sur un DAG varient considérablement. Les comparer exige d'examiner le consensus, les permissions, le modèle de transaction, la finalité et la prise en charge des contrats intelligents, plutôt que de les regrouper uniquement selon la terminologie des graphes.

• Hedera Hashgraph. Les nœuds de Hedera diffusent des événements signés contenant des transactions et les hachages des événements parents, construisant un hashgraph qui prend en charge le vote virtuel et les horodatages de consensus.

• IOTA et les conceptions du Tangle. IOTA a historiquement utilisé un DAG de transactions appelé le Tangle, mais son architecture et son consensus ont évolué : la documentation actuelle du protocole doit donc guider toute affirmation de mise en œuvre.

• Avalanche et sa famille de consensus. Avalanche a introduit une conception de consensus orientée DAG reposant sur un vote répété par sous-échantillonnage, tandis que ses chaînes et machines virtuelles déployées peuvent exposer des historiques de blockchain linéaires pour des charges de travail spécifiques.

• Le block-lattice de Nano. Nano organise les mises à jour de chaque compte dans sa propre chaîne de compte au sein d'un graphe plus large, ce qui permet aux propriétaires de comptes de mettre à jour leurs données indépendamment tandis qu'un vote de représentants résout les conflits.

Quelles sont les limites et les risques des registres DAG ?

Un DAG peut admettre un historique concurrent, mais la concurrence rend difficiles l'ordonnancement, la résolution des conflits, le stockage, l'élagage et la synchronisation du réseau. La sécurité provient du protocole complet et du modèle de participants, et non de l'absence de chaîne linéaire.

1. Le consensus reste nécessaire. Le graphe seul ne peut pas trancher entre des doubles dépenses, des branches malveillantes ou des événements incompatibles ; le réseau a donc toujours besoin de votes, de pondérations, de leaders, de comités ou d'un autre processus d'accord.

2. La croissance du graphe peut accroître la pression sur les ressources. Les nœuds peuvent devoir conserver, parcourir, indexer et synchroniser de nombreux sommets et relations, ce qui rend l'élagage et une représentation efficace de l'état importants pour le fonctionnement à long terme.

3. La finalité peut être difficile à expliquer. Les utilisateurs doivent distinguer la réception d'un événement, son inclusion dans le graphe, le niveau de confiance, l'ordonnancement par consensus et la finalité irréversible, car ces étapes diffèrent d'un protocole DAG à l'autre.

4. La résistance aux attaques Sybil varie selon le réseau. Un protocole peut dépendre de l'enjeu engagé, d'une adhésion avec permission, d'un vote de représentants, de la réputation, d'une preuve de travail, ou de contrôles de débit, chacun créant des coûts d'attaque et des hypothèses de gouvernance différents.

5. L'interopérabilité peut être plus étroite. Les portefeuilles, explorateurs, systèmes de conservation et outils de contrats intelligents conçus pour des blockchains fondées sur des comptes peuvent nécessiter des intégrations spécialisées pour le graphe et le modèle de transaction d'un réseau.

Un DAG est-il identique à une blockchain ?

Un DAG n'est pas automatiquement identique à une blockchain. Une blockchain classique est elle-même une structure orientée restreinte, puisque les blocs référencent des blocs antérieurs, mais son historique canonique est généralement présenté comme une chaîne ordonnée unique. Un DAG général peut conserver plusieurs branches concurrentes ou historiques de comptes, puis en déduire l'ordre accepté. Certains protocoles sont des block-DAG, d'autres des DAG de transactions, et d'autres encore utilisent un DAG en interne tout en exposant une vue linéaire du registre. Ce sont les règles de données et de consensus du protocole qui déterminent l'appellation correcte.

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