الرسم البياني الموجه غير الدوري (DAG)

الرسم البياني الموجه غير الدوري (DAG - Directed Acyclic Graph) هو بنية رسم بياني موجهة خالية من المسارات الدورية، وقد أصبح محط اهتمام متزايد في قطاع تكنولوجيا البلوك تشين كبديل للهياكل التسلسلية التقليدية. بخلاف سلاسل الكتل التقليدية التي تُرتب فيها المعاملات بشكل خطي داخل كتل متتابعة، يتيح DAG لعدة عُقد إدراج المعاملات في الشبكة بالتوازي، مما يُكوّن شبكة متعددة الاتجاهات يمكن فيها لكل عقدة الإشارة إلى أكثر من عقدة سابقة. تمنح هذه البنية القدرة على معالجة المعاملات بعيداً عن القيود المتعلقة بسعة الكتل المفردة، مما يحسن كفاءة النظام ويقلل من أوقات تأكيد المعاملات والرسوم، لتناسب بشكل خاص بيئات المعاملات الصغيرة المتكررة وعالية التردد.

الخلفية: نشأة DAG

نشأ مفهوم الرسم البياني الموجه غير الدوري في أبحاث نظرية الرسوم البيانية كتصور رياضي يصف بنية رسم بياني تكون فيها جميع الأضلاع موجهة، ولا يوجد مسار يبدأ من رأس ويعود إليه (أي أنه غير دوري). وقد استُخدم هذا المفهوم على نطاق واسع في علوم الحوسبة لتمثيل علاقات الاعتماد، وجدولة المهام، وغيرها من التطبيقات.

في مجال البلوك تشين، بدأت تطبيقات تقنية DAG تقريباً في عام 2015، عندما واجهت سلاسل الكتل التقليدية مثل بيتكوين وإيثيريوم تحديات كبيرة في التوسع. كان Tangle الذي قدمه مشروع IOTA عام 2016 من أوائل تطبيقات الرسم البياني الموجه غير الدوري في تقنية دفتر الأستاذ الموزع، تلاه مشاريع مثل Byteball (الذي أصبح الآن Obyte) وNano، والتي اعتمدت أيضاً بنية DAG لأنظمة دفتر الأستاذ الموزع لديها.

يهدف تطور تقنية DAG في قطاع البلوك تشين بشكل رئيسي إلى معالجة اختناقات السعة، وتأخير المعاملات، وارتفاع الرسوم في السلاسل التقليدية مع الحفاظ على ميزتي اللامركزية والأمان. ومع تصاعد الطلب على إنترنت الأشياء والمعاملات الصغيرة، ازداد الاهتمام بهياكل DAG لقدرتها على معالجة المعاملات الدقيقة بكفاءة عالية.

آلية العمل: كيف يعمل DAG

تختلف آلية عمل الرسم البياني الموجه غير الدوري في أنظمة البلوك تشين بشكل جوهري عن السلاسل التقليدية:

في بنية DAG، يجب على كل معاملة جديدة التحقق بشكل مباشر أو غير مباشر من عدة معاملات سابقة، ما يخلق شبكة من المراجع المتصلة. تدخل المعاملات الجديدة إلى الرسم البياني من خلال اختيار والتحقق من معاملات لم يتم تأكيدها بعد بشكل كافٍ (تُسمى غالباً "النصائح" (tips))، وتستخدمها كنقاط مرجعية. تجعل هذه الآلية تأكيد المعاملة عملية تعاونية يشارك فيها جميع أعضاء الشبكة في تحقيق الإجماع.

تعتمد أنظمة DAG عادة على طرق تراكم الوزن لتحديد صحة المعاملة. كلما تمت الإشارة إلى معاملة بشكل مباشر أو غير مباشر من قِبل معاملات لاحقة، يزداد وزنها، ما يعزز مستوى تأكيدها. وعندما يتجاوز الوزن عتبة معينة، تُعتبر المعاملة "مؤكدة".

تختلف الآليات حسب المشاريع:

يعتمد Tangle الخاص بـIOTA على خوارزمية "سلسلة ماركوف مونت كارلو" (Markov Chain Monte Carlo) لاختيار المعاملات للتحقق، ويستخدم آلية "الوزن التراكمي" (cumulative weight) لضمان أمان الشبكة.

تستخدم Nano بنية "الشبكة الكتلية" (Block-lattice) بحيث يمتلك كل حساب سلسلته الخاصة، وتُقسم المعاملات إلى عمليتي "إرسال" (send) و"استقبال" (receive) لتكوين بنية DAG متخصصة.

بينما يعتمد Conflux بنية "شجرة الرسم البياني" (Tree-Graph) DAG، ويمزج بين "إثبات العمل" (Proof of Work) مع بروتوكول GHOST لمعالجة حالات التعارض المحتملة.

المخاطر والتحديات لـ DAG

رغم أن تقنية DAG تُظهر إمكانيات مهمة في معالجة تحديات التوسع في البلوك تشين التقليدي، إلا أنها تواجه عدداً من المخاطر والتحديات الخاصة بها:

مخاوف أمنية: قد تكون أنظمة DAG أكثر عرضة للهجمات عند انخفاض حجم المعاملات، حيث قد يتمكن المهاجمون من تجميع قوة حسابية كافية للتأثير على الإجماع عندما يكون النشاط منخفضاً. وقد اعتمدت بعض مشاريع DAG (مثل IOTA في بداياتها) على منسقين مركزيين لمنع الهجمات، ما أثار جدلاً حول مسألة المركزية.

تعقيد التحقق: يصبح تحديد نهائية المعاملة وحل النزاعات أكثر تعقيداً في هياكل DAG، ونظراً للعلاقات المرجعية المتشابكة المحتملة بين المعاملات، يتطلب التحقق من اتساق الحالة الكلية خوارزميات متقدمة.

تحديات الإجماع: في أنظمة DAG، يكون تحديد الحالة العامة وترتيب المعاملات أكثر تعقيداً من السلاسل التقليدية، خاصة عند وجود معاملات متعارضة، وتختلف طرق معالجة ذلك بين المشاريع بينما لا يزال الحل الأمثل غائباً.

محدودية النضج: مقارنة بتقنية البلوك تشين التقليدية التي خضعت لاختبار الزمن لأكثر من عقد، تظل أنظمة DAG حديثة نسبياً وتفتقر للتحقق العملي طويل المدى وعلى نطاق واسع، ولا تزال العديد من الضمانات النظرية في حاجة لإثبات فعلي.

حاجز تقني مرتفع: تنفيذ وفهم أنظمة DAG غالباً ما يكون أكثر تعقيداً من البلوك تشين التقليدي، ما يرفع من الحاجز التقني أمام المطورين والمدققين والمستخدمين.

تمثل تقنية الرسم البياني الموجه غير الدوري مساراً تطورياً مهماً في بنية البلوك تشين، وتقدم حلاً واعداً لمعضلة البلوك تشين (اللامركزية، الأمان، وقابلية التوسع). وعلى الرغم من أن هذه التقنية لا تزال في طور التطوير وتواجه تحديات عدة، إلا أن مزاياها الفريدة في بيئات النقل العالي والمعاملات الصغيرة تجعلها ركيزة أساسية في مشهد تكنولوجيا البلوك تشين، واتجاهاً محورياً محتملاً في مستقبل تقنية دفتر الأستاذ الموزع.