Gerichteter azyklischer Graph (DAG) in der Blockchain
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Was ist ein DAG und wie unterscheidet er sich von einer Blockchain?â
Ein Gerichteter azyklischer Graph (DAG) ist eine Art von Datenstruktur, die aus Scheitelpunkten (Knoten) besteht, die durch gerichtete Kanten verbunden sind, die niemals einen Zyklus bilden. Im Kontext von Distributed Ledgern organisiert ein DAG-basiertes Ledger Transaktionen oder Ereignisse in einem webartigen Graphen statt in einer einzigen sequenziellen Kette. Das bedeutet, dass im Gegensatz zu einer traditionellen Blockchain, bei der jeder neue Block nur einen VorgĂ€nger referenziert (wodurch eine lineare Kette entsteht), ein Knoten in einem DAG mehrere frĂŒhere Transaktionen oder Blöcke referenzieren kann. Infolgedessen können viele Transaktionen parallel bestĂ€tigt werden, anstatt streng nacheinander in chronologischen Blöcken.
Um den Unterschied zu verdeutlichen: Wenn eine Blockchain wie eine lange Kette von Blöcken aussieht (wobei jeder Block viele Transaktionen enthĂ€lt), Ă€hnelt ein DAG-basiertes Ledger eher einem Baum oder einem Netz einzelner Transaktionen. Jede neue Transaktion in einem DAG kann sich an eine oder mehrere frĂŒhere Transaktionen anhĂ€ngen (und diese dadurch validieren), anstatt darauf zu warten, in den nĂ€chsten einzelnen Block verpackt zu werden. Dieser strukturelle Unterschied fĂŒhrt zu mehreren wesentlichen Unterscheidungen:
- Parallele Validierung: In Blockchains fĂŒgen Miner/Validierer jeweils einen Block zur Kette hinzu, sodass Transaktionen in Batches pro neuem Block bestĂ€tigt werden. In DAGs können mehrere Transaktionen (oder kleine âBlöckeâ von Transaktionen) gleichzeitig hinzugefĂŒgt werden, da jede an verschiedene Teile des Graphen angehĂ€ngt werden kann. Diese Parallelisierung bedeutet, dass DAG-Netzwerke nicht darauf warten mĂŒssen, dass eine einzelne lange Kette Block fĂŒr Block wĂ€chst.
- Keine globale sequentielle Reihenfolge: Eine Blockchain erzeugt von Natur aus eine Gesamtreihenfolge von Transaktionen (jeder Block hat einen festen Platz in einer Sequenz). Ein DAG-Ledger hingegen bildet eine partielle Reihenfolge von Transaktionen. Es gibt keinen einzelnen âneuesten Blockâ, auf den alle Transaktionen warten; stattdessen können viele Spitzen des Graphen koexistieren und gleichzeitig erweitert werden. Konsensprotokolle sind dann erforderlich, um die Reihenfolge oder GĂŒltigkeit von Transaktionen im DAG letztendlich zu klĂ€ren oder zu vereinbaren.
- TransaktionsbestĂ€tigung: In einer Blockchain werden Transaktionen bestĂ€tigt, wenn sie in einem geminten/validierten Block enthalten sind und dieser Block Teil der akzeptierten Kette wird (oft nachdem weitere Blöcke hinzugefĂŒgt wurden). In DAG-Systemen hilft eine neue Transaktion selbst, frĂŒhere Transaktionen zu bestĂ€tigen, indem sie diese referenziert. Zum Beispiel muss im IOTA Tangle (ein DAG) jede Transaktion zwei frĂŒhere Transaktionen genehmigen, wodurch Benutzer effektiv die Transaktionen des jeweils anderen gemeinsam validieren. Dies hebt die strikte Trennung zwischen âTransaktionserstellernâ und âValidierernâ auf, die beim Blockchain-Mining besteht â jeder Teilnehmer, der eine Transaktion ausgibt, leistet auch ein wenig Validierungsarbeit.
Wichtig ist, dass eine Blockchain tatsĂ€chlich ein Spezialfall eines DAG ist â ein DAG, der auf eine einzige Kette von Blöcken beschrĂ€nkt wurde. Beide sind Formen der Distributed-Ledger-Technologie (DLT) und teilen Ziele wie UnverĂ€nderlichkeit und Dezentralisierung. DAG-basierte Ledger sind jedoch âblocklosâ oder Multi-Parent in ihrer Struktur, was ihnen in der Praxis unterschiedliche Eigenschaften verleiht. Traditionelle Blockchains wie Bitcoin und Ethereum verwenden sequentielle Blöcke und verwerfen oft konkurrierende Blöcke (Forks), wĂ€hrend DAG-Ledger versuchen, alle Transaktionen zu integrieren und anzuordnen, ohne Konflikte zu verwerfen. Dieser grundlegende Unterschied legt den Grundstein fĂŒr die unten detaillierten Leistungs- und Designkontraste.
Technischer Vergleich: DAG- vs. Blockchain-Architekturâ
Um DAGs und Blockchains besser zu verstehen, können wir ihre Architekturen und Validierungsprozesse vergleichen:
- Datenstruktur: Blockchains speichern Daten in Blöcken, die in einer linearen Sequenz verknĂŒpft sind (jeder Block enthĂ€lt viele Transaktionen und verweist auf einen einzelnen vorherigen Block, wodurch eine lange Kette entsteht). DAG-Ledger verwenden eine Graphstruktur: Jeder Knoten im Graphen reprĂ€sentiert eine Transaktion oder einen Ereignisblock und kann auf mehrere vorherige Knoten verweisen. Dieser gerichtete Graph hat keine Zyklen, was bedeutet, dass man, wenn man den Links ârĂŒckwĂ€rtsâ folgt, niemals zu einer Transaktion zurĂŒckkehren kann, von der man begonnen hat. Das Fehlen von Zyklen ermöglicht eine topologische Sortierung von Transaktionen (eine Möglichkeit, sie so zu sortieren, dass jede Referenz nach der referenzierten Transaktion kommt). Kurz gesagt: Blockchains = eindimensionale Kette, DAGs = mehrdimensionaler Graph.
- Durchsatz und ParallelitĂ€t: Aufgrund der strukturellen Unterschiede handhaben Blockchains und DAGs den Durchsatz unterschiedlich. Eine Blockchain fĂŒgt selbst unter optimalen Bedingungen Blöcke einzeln hinzu (oft wartet sie darauf, dass jeder Block validiert und netzwerkweit verbreitet wird, bevor der nĂ€chste folgt). Dies begrenzt den Transaktionsdurchsatz von Natur aus â zum Beispiel erreicht Bitcoin durchschnittlich 5â7 Transaktionen pro Sekunde (TPS) und Ethereum ~15â30 TPS unter dem klassischen Proof-of-Work-Design. DAG-basierte Systeme hingegen ermöglichen es, dass viele neue Transaktionen/Blöcke gleichzeitig in das Ledger gelangen. Mehrere Transaktionszweige können gleichzeitig wachsen und sich spĂ€ter miteinander verbinden, wodurch der potenzielle Durchsatz dramatisch erhöht wird. Einige moderne DAG-Netzwerke beanspruchen einen Durchsatz von Tausenden von TPS, der die KapazitĂ€t traditioneller Zahlungsnetzwerke erreicht oder ĂŒbertrifft.
- Transaktionsvalidierungsprozess: In Blockchain-Netzwerken warten Transaktionen in einem Mempool und werden validiert, wenn ein Miner oder Validierer sie in einen neuen Block packt, dann ĂŒberprĂŒfen andere Knoten diesen Block anhand der Historie. In DAG-Netzwerken ist die Validierung oft kontinuierlicher und dezentraler: Jede neue Transaktion fĂŒhrt eine Validierungsaktion durch, indem sie frĂŒhere Transaktionen referenziert (genehmigt). Zum Beispiel muss jede Transaktion im IOTA Tangle zwei frĂŒhere Transaktionen bestĂ€tigen, indem sie deren GĂŒltigkeit ĂŒberprĂŒft und einen kleinen Proof-of-Work durchfĂŒhrt, wodurch sie fĂŒr diese Transaktionen âstimmtâ. Im Block-Lattice-DAG von Nano bilden die Transaktionen jedes Kontos eine eigene Kette und werden durch Abstimmungen von ReprĂ€sentantenknoten validiert (mehr dazu spĂ€ter). Der Nettoeffekt ist, dass DAGs die Validierungsarbeit verteilen: Anstatt dass ein einzelner Blockproduzent eine Reihe von Transaktionen validiert, validieren jeder Teilnehmer oder viele Validierer gleichzeitig verschiedene Transaktionen.
- Konsensmechanismus: Sowohl Blockchains als auch DAGs benötigen eine Möglichkeit fĂŒr das Netzwerk, sich auf den Zustand des Ledgers zu einigen (welche Transaktionen bestĂ€tigt sind und in welcher Reihenfolge). In Blockchains kommt der Konsens oft von Proof of Work oder Proof of Stake, die den nĂ€chsten Block produzieren, und der Regel âlĂ€ngste (oder schwerste) Kette gewinntâ. In DAG-Ledgern kann der Konsens komplexer sein, da es keine einzelne Kette gibt. Verschiedene DAG-Projekte verwenden unterschiedliche AnsĂ€tze: Einige verwenden Gossip-Protokolle und virtuelles Voting (wie bei Hedera Hashgraph), um sich auf die Transaktionsreihenfolge zu einigen, andere verwenden Markov Chain Monte Carlo Tip Selection (IOTAâs frĂŒherer Ansatz) oder andere Abstimmungsschemata, um zu entscheiden, welche Zweige des Graphen bevorzugt werden. Spezifische Konsensmethoden in DAG-Systemen werden wir in einem spĂ€teren Abschnitt besprechen. Im Allgemeinen kann das Erreichen einer netzwerkweiten Einigung in einem DAG in Bezug auf den Durchsatz schneller sein, erfordert jedoch ein sorgfĂ€ltiges Design, um Konflikte (wie Double-Spend-Versuche) zu handhaben, da mehrere Transaktionen parallel existieren können, bevor eine endgĂŒltige Reihenfolge festgelegt wird.
- Fork-Behandlung: In einer Blockchain fĂŒhrt ein âForkâ (zwei Blöcke, die fast gleichzeitig gemint werden) dazu, dass ein Zweig schlieĂlich gewinnt (lĂ€ngste Kette) und der andere verwaist (verworfen) wird, was die Arbeit am verwaisten Block verschwendet. In einem DAG ist die Philosophie, Forks als zusĂ€tzliche Zweige des Graphen zu akzeptieren, anstatt sie zu verschwenden. Der DAG wird beide Forks integrieren; der Konsensalgorithmus bestimmt dann, welche Transaktionen letztendlich bestĂ€tigt werden (oder wie widersprĂŒchliche Transaktionen gelöst werden), ohne einen ganzen Zweig zu verwerfen. Das bedeutet, dass keine Mining-Leistung oder Anstrengung fĂŒr veraltete Blöcke verschwendet wird, was zur Effizienz beitrĂ€gt. Zum Beispiel versucht Confluxâ Tree-Graph (ein PoW-DAG), alle Blöcke in das Ledger aufzunehmen und sie zu ordnen, anstatt sie zu verwaisten, wodurch 100 % der produzierten Blöcke genutzt werden.
Zusammenfassend lĂ€sst sich sagen, dass Blockchains eine einfachere, streng geordnete Struktur bieten, bei der die Validierung Block fĂŒr Block erfolgt, wĂ€hrend DAGs eine komplexere Graphstruktur bereitstellen, die eine asynchrone und parallele Transaktionsverarbeitung ermöglicht. DAG-basierte Ledger mĂŒssen zusĂ€tzliche Konsenslogik anwenden, um diese KomplexitĂ€t zu verwalten, versprechen aber einen deutlich höheren Durchsatz und Effizienz, indem sie die volle KapazitĂ€t des Netzwerks nutzen, anstatt eine Einzeldateiwarteschlange von Blöcken zu erzwingen.
Vorteile von DAG-basierten Blockchain-Systemenâ
DAG-Architekturen wurden primĂ€r eingefĂŒhrt, um die EinschrĂ€nkungen traditioneller Blockchains in Bezug auf Skalierbarkeit, Geschwindigkeit und Kosten zu ĂŒberwinden. Hier sind die Hauptvorteile von DAG-basierten Distributed Ledgern:
- Hohe Skalierbarkeit & Durchsatz: DAG-Netzwerke können einen hohen Transaktionsdurchsatz erreichen, da sie viele Transaktionen parallel verarbeiten. Da es keinen einzelnen Kettenengpass gibt, kann die TPS (Transaktionen pro Sekunde) mit der NetzwerkaktivitĂ€t skalieren. TatsĂ€chlich haben einige DAG-Protokolle einen Durchsatz in der GröĂenordnung von Tausenden von TPS demonstriert. Zum Beispiel hat Hedera Hashgraph die KapazitĂ€t, ĂŒber 10.000 Transaktionen pro Sekunde in der Basisschicht zu verarbeiten, was Bitcoin oder Ethereum weit ĂŒbertrifft. In der Praxis hat Hedera gezeigt, dass Transaktionen in etwa 3â5 Sekunden finalisiert werden, verglichen mit den Minuten oder lĂ€ngeren BestĂ€tigungszeiten auf PoW-Blockchains. Sogar DAG-basierte Smart-Contract-Plattformen wie Fantom haben unter normalen Lasten eine nahezu sofortige FinalitĂ€t (~1â2 Sekunden) fĂŒr Transaktionen erreicht. Diese Skalierbarkeit macht DAGs attraktiv fĂŒr Anwendungen, die ein hohes Volumen erfordern, wie IoT-Mikrotransaktionen oder Echtzeit-Datenströme.
- Niedrige Transaktionskosten (gebĂŒhrenfrei oder minimale GebĂŒhren): Viele DAG-basierte Ledger rĂŒhmen sich mit vernachlĂ€ssigbaren GebĂŒhren oder sogar gebĂŒhrenfreien Transaktionen. Konstruktionsbedingt verlassen sie sich oft nicht auf Miner, die Blockbelohnungen oder GebĂŒhren erwarten; zum Beispiel gibt es bei IOTA und Nano keine obligatorischen TransaktionsgebĂŒhren â eine entscheidende Eigenschaft fĂŒr Mikrozahlungen im IoT und im tĂ€glichen Gebrauch. Wo GebĂŒhren existieren (z. B. Hedera oder Fantom), sind sie tendenziell sehr niedrig und vorhersehbar, da das Netzwerk die Last ohne Bieterkriege um begrenzten Blockplatz bewĂ€ltigen kann. Hedera-Transaktionen kosten etwa 0,0001 US-Dollar an GebĂŒhren (ein Zehntausendstel eines Dollars), ein winziger Bruchteil der typischen Blockchain-GebĂŒhren. Solch niedrige Kosten eröffnen AnwendungsfĂ€lle wie Hochfrequenztransaktionen oder winzige Zahlungen, die auf gebĂŒhrenintensiven Ketten undurchfĂŒhrbar wĂ€ren. Da DAGs alle gĂŒltigen Transaktionen einschlieĂen, anstatt einige im Falle von Forks zu verwerfen, gibt es weniger âverschwendeteâ Arbeit â was indirekt dazu beitrĂ€gt, die Kosten durch effiziente Ressourcennutzung niedrig zu halten.
- Schnelle BestĂ€tigung und geringe Latenz: In DAG-Ledgern mĂŒssen Transaktionen nicht auf die Aufnahme in einen globalen Block warten, sodass die BestĂ€tigung schneller erfolgen kann. Viele DAG-Systeme erreichen eine schnelle FinalitĂ€t â den Zeitpunkt, an dem eine Transaktion als dauerhaft bestĂ€tigt gilt. Zum Beispiel finalisiert der Konsens von Hedera Hashgraph Transaktionen typischerweise innerhalb weniger Sekunden mit 100 %iger Sicherheit (aBFT-FinalitĂ€t). Nanos Netzwerk sieht Transaktionen oft in <1 Sekunde bestĂ€tigt, dank seines leichten Abstimmungsprozesses. Diese geringe Latenz verbessert die Benutzererfahrung, indem Transaktionen nahezu sofort erscheinen, was fĂŒr reale Zahlungen und interaktive Anwendungen wichtig ist.
- Energieeffizienz: DAG-basierte Netzwerke erfordern oft nicht das intensive Proof-of-Work-Mining, das viele Blockchains verwenden, was sie weitaus energieeffizienter macht. Selbst im Vergleich zu Proof-of-Stake-Blockchains verbrauchen einige DAG-Netzwerke pro Transaktion nur minimale Energie. Zum Beispiel verbraucht eine einzelne Hedera Hashgraph-Transaktion in der GröĂenordnung von 0,0001 kWh (Kilowattstunde) Energie. Dies ist um mehrere GröĂenordnungen weniger als Bitcoin (das Hunderte von kWh pro Transaktion verbrauchen kann) oder sogar viele PoS-Ketten. Die Effizienz ergibt sich aus der Eliminierung verschwenderischer Berechnungen (kein Mining-Wettlauf) und dem Nicht-Verwerfen von Transaktionsversuchen. WĂŒrden Blockchain-Netzwerke universell auf DAG-basierte Modelle umgestellt, könnten die Energieeinsparungen monumental sein. Der CO2-FuĂabdruck von DAG-Netzwerken wie Hedera ist so gering, dass sein gesamtes Netzwerk bei BerĂŒcksichtigung von Offsets CO2-negativ ist. Solche Energieeffizienz ist fĂŒr eine nachhaltige Web3-Infrastruktur zunehmend entscheidend.
- Kein Mining & demokratisierte Validierung: In vielen DAG-Modellen gibt es keine ausgeprĂ€gte Miner-/Validiererrolle, die gewöhnliche Benutzer nicht ausfĂŒhren könnten. Zum Beispiel hilft jeder IOTA-Benutzer, der eine Transaktion ausgibt, auch bei der Validierung zweier anderer, wodurch die Validierungsarbeit im Wesentlichen an die RĂ€nder des Netzwerks dezentralisiert wird. Dies kann den Bedarf an leistungsstarker Mining-Hardware oder dem Staking groĂer Kapitalmengen zur Teilnahme am Konsens reduzieren und das Netzwerk potenziell zugĂ€nglicher machen. (Einige DAG-Netzwerke verwenden jedoch immer noch Validierer oder Koordinatoren â siehe die spĂ€tere Diskussion ĂŒber Konsens und Dezentralisierung.)
- Reibungslose Handhabung von hohem Datenverkehr: Blockchains leiden oft unter Mempool-RĂŒckstĂ€nden und GebĂŒhrenspitzen bei hoher Last (da immer nur ein Block Transaktionen gleichzeitig abwickeln kann). DAG-Netzwerke bewĂ€ltigen aufgrund ihrer parallelen Natur Verkehrsspitzen im Allgemeinen eleganter. Wenn mehr Transaktionen das Netzwerk ĂŒberfluten, erzeugen sie einfach mehr parallele Zweige im DAG, die das System gleichzeitig verarbeiten kann. Es gibt weniger eine harte Obergrenze fĂŒr den Durchsatz (Skalierbarkeit ist eher âhorizontalâ). Dies fĂŒhrt zu einer besseren Skalierbarkeit unter Last, mit weniger Verzögerungen und nur geringfĂŒgigen Erhöhungen der BestĂ€tigungszeiten oder GebĂŒhren, bis zur KapazitĂ€t des Netzwerks und der Verarbeitungsleistung der Knoten. Im Wesentlichen kann ein DAG Transaktionsspitzen absorbieren, ohne so schnell zu verstopfen, was ihn fĂŒr AnwendungsfĂ€lle geeignet macht, die AktivitĂ€tsspitzen beinhalten (z. B. IoT-GerĂ€te, die alle gleichzeitig Daten senden, oder ein virales DApp-Ereignis).
Zusammenfassend versprechen DAG-basierte Ledger schnellere, gĂŒnstigere und skalierbarere Transaktionen als der klassische Blockchain-Ansatz. Sie zielen darauf ab, Massenadaptionsszenarien (Mikrozahlungen, IoT, Hochfrequenzhandel usw.) zu unterstĂŒtzen, mit denen aktuelle Mainstream-Blockchains aufgrund von Durchsatz- und KostenbeschrĂ€nkungen zu kĂ€mpfen haben. Diese Vorteile gehen jedoch mit bestimmten Kompromissen und Implementierungsherausforderungen einher, die wir in spĂ€teren Abschnitten behandeln werden.
Konsensmechanismen in DAG-basierten Plattformenâ
Da DAG-Ledger von Natur aus keine einzelne Kette von Blöcken produzieren, erfordern sie innovative Konsensmechanismen, um Transaktionen zu validieren und sicherzustellen, dass sich alle auf den Ledger-Zustand einigen. Verschiedene Projekte haben unterschiedliche Lösungen entwickelt, die auf ihre DAG-Architektur zugeschnitten sind. Hier skizzieren wir einige bemerkenswerte KonsensansÀtze, die von DAG-basierten Plattformen verwendet werden:
- IOTAâs Tangle â Tip Selection und gewichtetes Voting: IOTAâs Tangle ist ein DAG von Transaktionen, der fĂŒr das Internet der Dinge (IoT) entwickelt wurde. Im ursprĂŒnglichen IOTA-Modell gibt es keine Miner; stattdessen muss jede neue Transaktion einen kleinen Proof of Work durchfĂŒhren und zwei vorherige Transaktionen genehmigen (dies sind die âSpitzenâ des Graphen). Diese Tip Selection erfolgt oft ĂŒber einen Markov Chain Monte Carlo (MCMC)-Algorithmus, der probabilistisch auswĂ€hlt, welche Spitzen genehmigt werden sollen, wobei der schwerste Subtangle bevorzugt wird, um Fragmentierung zu verhindern. Der Konsens im frĂŒhen IOTA wurde teilweise durch dieses kumulative Gewicht der Genehmigungen erreicht â je mehr zukĂŒnftige Transaktionen Ihre indirekt genehmigen, desto âbestĂ€tigterâ wird sie. Um das Netzwerk in seinen AnfĂ€ngen zu sichern, verlieĂ sich IOTA jedoch auf einen temporĂ€ren zentralisierten Koordinator-Knoten, der periodische Meilenstein-Transaktionen ausgab, um das Tangle zu finalisieren. Dies war ein groĂer Kritikpunkt (Zentralisierung) und wird im Upgrade namens âCoordicideâ (IOTA 2.0) entfernt. In IOTA 2.0 wendet ein neues Konsensmodell einen fĂŒhrerlosen Konsens im Nakamoto-Stil auf einem DAG an. Im Wesentlichen fĂŒhren Knoten On-Tangle-Voting durch: Wenn ein Knoten einen neuen Block anhĂ€ngt, stimmt dieser Block implizit ĂŒber die GĂŒltigkeit der von ihm referenzierten Transaktionen ab. Ein Komitee von Validiererknoten (ausgewĂ€hlt ĂŒber einen Staking-Mechanismus) gibt Validierungsblöcke als Stimmen ab, und eine Transaktion wird bestĂ€tigt, wenn sie genĂŒgend gewichtete Genehmigungen (ein Konzept namens Approval Weight) ansammelt. Dieser Ansatz kombiniert die Idee des schwersten DAG (Ă€hnlich der lĂ€ngsten Kette) mit expliziter Abstimmung, um Konsens ohne Koordinator zu erreichen. Kurz gesagt, IOTAs Konsens entwickelte sich von Tip Selection + Koordinator zu einem vollstĂ€ndig dezentralisierten Abstimmen ĂŒber DAG-Zweige durch Knoten, um Sicherheit und schnelle Einigung ĂŒber den Ledger-Zustand zu erreichen.
- Hedera Hashgraph â Gossip und virtuelles Voting (aBFT): Hedera Hashgraph verwendet einen DAG von Ereignissen in Verbindung mit einem asynchronen Byzantine Fault-Toleranten (aBFT) Konsensalgorithmus. Die Kernidee ist âGossip ĂŒber Gossipâ: Jeder Knoten verbreitet schnell signierte Informationen ĂŒber Transaktionen und ĂŒber seine Gossip-Historie an andere Knoten. Dies erzeugt einen Hashgraph (den DAG von Ereignissen), in dem jeder Knoten schlieĂlich weiĂ, was jeder andere Knoten verbreitet hat, einschlieĂlich der Struktur, wer was wann gehört hat. Mit diesem DAG von Ereignissen implementiert Hedera virtuelles Voting. Anstatt tatsĂ€chliche Abstimmungsnachrichten zur Anordnung von Transaktionen zu senden, simulieren Knoten einen Abstimmungsalgorithmus lokal, indem sie den Graphen der Gossip-Verbindungen analysieren. Leemon Bairds Hashgraph-Algorithmus kann deterministisch berechnen, wie eine theoretische Abstimmungsrunde zur Transaktionsreihenfolge verlaufen wĂŒrde, indem er die im DAG aufgezeichnete âGossip-Netzwerkâ-Historie betrachtet. Dies liefert einen Konsens-Zeitstempel und eine Gesamtreihenfolge von Transaktionen, die fair und final ist (Transaktionen werden nach der mittleren Zeit geordnet, zu der sie vom Netzwerk empfangen wurden). Der Konsens von Hashgraph ist fĂŒhrerlos und erreicht aBFT, was bedeutet, dass er bis zu 1/3 bösartiger Knoten tolerieren kann, ohne den Konsens zu gefĂ€hrden. In der Praxis wird das Hedera-Netzwerk von einem Satz von 39 bekannten, von Organisationen betriebenen Knoten (dem Hedera Council) regiert, ist also permissioniert, aber geografisch verteilt. Der Vorteil ist ein extrem schneller und sicherer Konsens: Hedera kann FinalitĂ€t in Sekunden mit garantierter Konsistenz erreichen. Der Hashgraph-Konsensmechanismus ist patentiert, wurde aber ab 2024 quelloffen gemacht und zeigt, wie DAG + innovativer Konsens (Gossip & virtuelles Voting) ein traditionelles Blockchain-Protokoll ersetzen kann.
- Fantomâs Lachesis â FĂŒhrerloses PoS aBFT: Fantom ist eine Smart-Contract-Plattform, die einen DAG-basierten Konsens namens Lachesis verwendet. Lachesis ist ein aBFT Proof-of-Stake-Protokoll, das von Hashgraph inspiriert ist. In Fantom setzt jeder Validiererknoten empfangene Transaktionen zu einem Ereignisblock zusammen und fĂŒgt ihn seinem eigenen lokalen DAG von Ereignissen hinzu. Diese Ereignisblöcke enthalten Transaktionen und Referenzen zu frĂŒheren Ereignissen. Validierer verbreiten diese Ereignisblöcke asynchron aneinander â es gibt keine einzelne Sequenz, in der Blöcke produziert oder vereinbart werden mĂŒssen. WĂ€hrend sich Ereignisblöcke verbreiten, identifizieren die Validierer periodisch bestimmte Ereignisse als Meilensteine (oder âRoot-Ereignisblöckeâ), sobald eine Supermehrheit der Knoten sie gesehen hat. Lachesis ordnet dann diese finalisierten Ereignisse und committet sie zu einer finalen Opera Chain (einer traditionellen Blockchain-Datenstruktur), die als Ledger der bestĂ€tigten Blöcke fungiert. Im Wesentlichen ermöglicht der DAG von Ereignisblöcken Fantom, Konsens asynchron und sehr schnell zu erreichen, dann ist das Endergebnis eine lineare Kette fĂŒr die KompatibilitĂ€t. Dies fĂŒhrt zu einer FinalitĂ€t von etwa 1â2 Sekunden fĂŒr Transaktionen auf Fantom. Lachesis hat keine Miner oder Leader, die Blöcke vorschlagen; alle Validierer tragen Ereignisblöcke bei, und das Protokoll ordnet sie deterministisch. Der Konsens wird durch ein Proof-of-Stake-Modell gesichert (Validierer mĂŒssen FTM-Token staken und werden nach Stake gewichtet). Lachesis ist auch aBFT und toleriert bis zu 1/3 fehlerhafte Knoten. Durch die Kombination von DAG-ParallelitĂ€t mit einer finalen Kettenausgabe erreicht Fantom einen hohen Durchsatz (mehrere Tausend TPS in Tests), wĂ€hrend es fĂŒr Smart Contracts EVM-kompatibel bleibt. Es ist ein gutes Beispiel dafĂŒr, wie ein DAG intern zur Leistungssteigerung eingesetzt werden kann, ohne die KomplexitĂ€t eines DAG auf die Anwendungsebene zu ĂŒbertragen (Entwickler sehen am Ende immer noch eine normale Kette von Transaktionen).
- Nanoâs Open Representative Voting (ORV): Nano ist eine Zahlung-KryptowĂ€hrung, die eine einzigartige DAG-Struktur namens Block-Lattice verwendet. In Nano hat jedes Konto seine eigene Blockchain (Account-Chain), die nur der Kontoinhaber aktualisieren kann. All diese einzelnen Ketten bilden einen DAG, da Transaktionen von verschiedenen Konten asynchron verknĂŒpft sind (ein Senden in einer Account-Chain referenziert einen Empfang in einer anderen usw.). Der Konsens in Nano wird ĂŒber einen Mechanismus namens Open Representative Voting (ORV) erreicht. Benutzer benennen einen ReprĂ€sentantenknoten fĂŒr ihr Konto (dies ist eine Gewichtsdelegation, keine Sperrung von Geldern), und diese ReprĂ€sentanten stimmen ĂŒber die GĂŒltigkeit von Transaktionen ab. Jede Transaktion wird einzeln abgewickelt (es gibt keine Blöcke, die mehrere Transaktionen bĂŒndeln) und gilt als bestĂ€tigt, wenn eine Supermehrheit (z. B. >67 %) des Stimmgewichts (von ReprĂ€sentanten) ihr zustimmt. Da ehrliche Kontoinhaber ihre eigenen Gelder nicht doppelt ausgeben werden, sind Forks selten und werden normalerweise nur durch böswillige Versuche verursacht, die ReprĂ€sentanten schnell ablehnen können. FinalitĂ€t wird typischerweise in weniger als einer Sekunde fĂŒr jede Transaktion erreicht. ORV Ă€hnelt Proof-of-Stake, da das Stimmgewicht auf KontostĂ€nden (Stake) basiert, aber es gibt keine Staking-Belohnung oder GebĂŒhr â ReprĂ€sentanten sind freiwillige Knoten. Das Fehlen von Mining und Blockproduktion bedeutet, dass Nano gebĂŒhrenfrei und effizient arbeiten kann. Es ist jedoch auf eine Reihe vertrauenswĂŒrdiger ReprĂ€sentanten angewiesen, die online sind, um abzustimmen, und es gibt eine implizite Zentralisierung, bei der Knoten ein groĂes Stimmgewicht ansammeln (obwohl Benutzer ReprĂ€sentanten jederzeit wechseln können, wodurch die Dezentralisierungskontrolle in den HĂ€nden der Benutzer bleibt). Nanos Konsens ist leichtgewichtig und auf Geschwindigkeit und Energieeffizienz optimiert, was mit seinem Ziel ĂŒbereinstimmt, ein schnelles, gebĂŒhrenfreies digitales Bargeld zu sein.
- Weitere bemerkenswerte AnsĂ€tze: Es existieren mehrere andere DAG-basierte Konsensprotokolle. Hedera Hashgraph und Fantom Lachesis haben wir behandelt; darĂŒber hinaus:
- Avalanche Consensus (Avalanche/X-Chain): Avalanche verwendet einen DAG-basierten Konsens, bei dem Validierer sich in einem randomisierten Prozess wiederholt gegenseitig abfragen, um zu entscheiden, welche Transaktionen oder Blöcke bevorzugt werden sollen. Die Avalanche X-Chain (Exchange Chain) ist ein DAG von Transaktionen (UTXOs) und erreicht Konsens ĂŒber diese Netzwerkerfassungsmethode. Das Avalanche-Protokoll ist probabilistisch, aber extrem schnell und skalierbar â es kann Transaktionen in ~1 Sekunde finalisieren und Berichten zufolge bis zu 4.500 TPS pro Subnetz verarbeiten. Der Ansatz von Avalanche ist einzigartig in der Kombination von DAG-Datenstrukturen mit einem metastabilen Konsens (Snowball-Protokoll) und wird durch Proof-of-Stake gesichert (jeder kann mit ausreichendem Stake ein Validierer sein).
- Conflux Tree-Graph: Conflux ist eine Plattform, die Bitcoins PoW zu einem DAG von Blöcken erweitert hat. Sie verwendet eine Tree-Graph-Struktur, bei der Blöcke nicht nur einen Elternteil, sondern alle bekannten vorherigen Blöcke referenzieren (kein Verwaisten). Dies ermöglicht Conflux, Proof-of-Work-Mining zu verwenden, aber alle Forks als Teil des Ledgers zu behalten, was zu einem viel höheren Durchsatz als eine typische Kette fĂŒhrt. Conflux kann somit theoretisch in der GröĂenordnung von 3â6k TPS erreichen, indem es PoW verwendet und Miner kontinuierlich Blöcke produzieren lĂ€sst, ohne auf eine einzelne Kette zu warten. Sein Konsens ordnet dann diese Blöcke und löst Konflikte nach einer Regel des schwersten Unterbaums. Dies ist ein Beispiel fĂŒr einen hybriden PoW-DAG.
- Hashgraph-Varianten und akademische Protokolle: Es gibt zahlreiche akademische DAG-Protokolle (einige in neueren Projekten implementiert): SPECTRE und PHANTOM (Block-DAG-Protokolle, die auf hohen Durchsatz und schnelle BestĂ€tigung abzielen, von DAGlabs), Aleph Zero (ein DAG-aBFT-Konsens, der in der Aleph Zero Blockchain verwendet wird), Parallel Chains / Prism (Forschungsprojekte, die die TransaktionsbestĂ€tigung in parallele Subketten und DAGs aufteilen) und neuere Entwicklungen wie Suiâs Narwhal & Bullshark, die einen DAG-Mempool fĂŒr hohen Durchsatz und einen separaten Konsens fĂŒr die FinalitĂ€t verwenden. Obwohl nicht alle davon groĂflĂ€chige Implementierungen haben, deuten sie auf ein reiches Forschungsfeld hin. Viele dieser Protokolle unterscheiden zwischen VerfĂŒgbarkeit (schnelles Schreiben vieler Daten in einen DAG) und Konsistenz (Einigung auf eine Historie) und versuchen, das Beste aus beiden zu erzielen.
Jede DAG-Plattform passt ihren Konsens an ihre BedĂŒrfnisse an â sei es gebĂŒhrenfreie Mikrotransaktionen, Smart-Contract-AusfĂŒhrung oder InteroperabilitĂ€t. Ein gemeinsames Thema ist jedoch die Vermeidung eines einzelnen seriellen Engpasses: DAG-Konsensmechanismen streben danach, viel gleichzeitige AktivitĂ€t zu ermöglichen und dann clevere Algorithmen (Gossip, Voting, Sampling usw.) zu verwenden, um die Dinge zu klĂ€ren, anstatt das Netzwerk auf einen einzelnen Blockproduzenten gleichzeitig zu beschrĂ€nken.
Fallstudien: Beispiele fĂŒr DAG-basierte Blockchain-Projekteâ
Mehrere Projekte haben DAG-basierte Ledger implementiert, jedes mit einzigartigen Designentscheidungen und ZielanwendungsfÀllen. Im Folgenden untersuchen wir einige prominente DAG-basierte Plattformen:
- IOTA (The Tangle): IOTA ist eine der ersten DAG-basierten KryptowĂ€hrungen, die fĂŒr das Internet der Dinge entwickelt wurde. Ihr Ledger, das Tangle genannt, ist ein DAG von Transaktionen, bei dem jede neue Transaktion zwei vorherige bestĂ€tigt. IOTAs Ziel ist es, gebĂŒhrenfreie Mikrotransaktionen zwischen IoT-GerĂ€ten zu ermöglichen (Zahlung kleiner BetrĂ€ge fĂŒr Daten oder Dienste). Es wurde 2016 gestartet, und um die Sicherheit zu gewĂ€hrleisten, verwendete es einen Koordinator-Knoten (betrieben von der IOTA Foundation), um Angriffe auf das frĂŒhe Netzwerk zu verhindern. IOTA arbeitet an âCoordicideâ, um das Netzwerk vollstĂ€ndig zu dezentralisieren, indem ein Abstimmungskonsens (wie zuvor beschrieben) eingefĂŒhrt wird, bei dem Knoten ĂŒber widersprĂŒchliche Transaktionen unter Verwendung eines fĂŒhrerlosen Nakamoto-Konsenses auf dem schwersten DAG abstimmen. In Bezug auf die Leistung kann IOTA theoretisch einen sehr hohen Durchsatz erreichen (das Protokoll legt keine harte TPS-Grenze fest; mehr AktivitĂ€t hilft tatsĂ€chlich, Transaktionen schneller zu bestĂ€tigen). In der Praxis haben Testnetze Hunderte von TPS demonstriert, und das kommende IOTA 2.0 wird voraussichtlich gut fĂŒr die IoT-Nachfrage skalieren. AnwendungsfĂ€lle fĂŒr IOTA drehen sich um IoT und DatenintegritĂ€t: z. B. Sensor-Datenstreaming mit IntegritĂ€tsnachweisen, Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Zahlungen, Lieferkettenverfolgung und sogar dezentrale IdentitĂ€t (das IOTA Identity Framework ermöglicht die Ausgabe und Verifizierung digitaler Anmeldeinformationen/DIDs im Tangle). IOTA unterstĂŒtzt nativ keine Smart Contracts auf seiner Basisschicht, aber das Projekt hat ein paralleles Smart-Contract-Framework und Token auf einer sekundĂ€ren Schicht eingefĂŒhrt, um komplexere DApp-FunktionalitĂ€t zu ermöglichen. Ein bemerkenswertes Merkmal von IOTA sind seine NullgebĂŒhren, die dadurch ermöglicht werden, dass der Absender einen kleinen PoW durchfĂŒhren muss, anstatt eine GebĂŒhr zu erheben â dies macht es attraktiv fĂŒr Transaktionen mit hohem Volumen und geringem Wert (z. B. ein Sensor, der alle paar Sekunden Daten zu vernachlĂ€ssigbaren Kosten sendet).
- Hedera Hashgraph (HBAR): Hedera ist ein öffentliches Distributed Ledger, das den Hashgraph-Konsensalgorithmus (erfunden von Dr. Leemon Baird) verwendet. Hedera startete 2018 und wird von einem Rat groĂer Organisationen (Google, IBM, Boeing und andere) regiert, die die anfĂ€ngliche Reihe von Knoten betreiben. Im Gegensatz zu den meisten anderen ist Hedera in der Governance permissioniert (nur genehmigte Ratsmitglieder betreiben derzeit Konsensknoten, bis zu 39 Knoten), obwohl jeder das Netzwerk nutzen kann. Sein Hashgraph-DAG ermöglicht sehr hohen Durchsatz und schnelle FinalitĂ€t â Hedera kann unter optimalen Bedingungen ĂŒber 10.000 TPS mit FinalitĂ€t in 3-5 Sekunden verarbeiten. Dies wird mit dem zuvor beschriebenen aBFT-Gossip-basierten Konsens erreicht. Hedera betont Unternehmens- und Web3-AnwendungsfĂ€lle, die ZuverlĂ€ssigkeit in groĂem MaĂstab erfordern: Sein Netzwerk bietet Dienste fĂŒr Tokenisierung (Hedera Token Service), einen Konsensdienst fĂŒr manipulationssichere Ereignisprotokollierung und einen Smart-Contract-Dienst (der EVM-kompatibel ist). Bemerkenswerte Anwendungen auf Hedera umfassen die Herkunftssicherung in Lieferketten (z. B. Avery Dennisonâs Bekleidungsverfolgung), Hochvolumen-NFT-Minting (niedrige GebĂŒhren machen das Minting von NFTs kostengĂŒnstig), Zahlungen und Mikrozahlungen (wie Ad-Tech-Mikrozahlungen) und sogar dezentrale IdentitĂ€tslösungen. Hedera hat eine DID-Methode beim W3C registriert und Frameworks wie Hedera Guardian zur UnterstĂŒtzung ĂŒberprĂŒfbarer Anmeldeinformationen und zur Einhaltung gesetzlicher Vorschriften (z. B. Verfolgung von CO2-Gutschriften). Ein Hauptmerkmal ist Hederas starke Leistung in Kombination mit der behaupteten StabilitĂ€t (der Hashgraph-Algorithmus garantiert keine Forks und mathematisch bewiesene Fairness bei der Reihenfolge). Der Kompromiss besteht darin, dass Hedera weniger dezentral in der Knotenanzahl ist als offene Netzwerke (konstruktionsbedingt, mit seinem Governance-Modell), obwohl die Ratsknoten global verteilt sind und der Plan darin besteht, die Offenheit langfristig zu erhöhen. Zusammenfassend ist Hedera Hashgraph ein Paradebeispiel fĂŒr ein DAG-basiertes DLT, das auf Unternehmensanwendungen abzielt, mit Schwerpunkt auf hohem Durchsatz, Sicherheit und Governance.
- Fantom (FTM): Fantom ist eine Smart-Contract-Plattform (Layer-1-Blockchain), die einen DAG-basierten Konsens namens Lachesis verwendet. Fantom wurde 2019 gestartet und gewann insbesondere im DeFi-Boom von 2021-2022 als Ethereum-kompatible Kette mit viel höherer Leistung an PopularitĂ€t. Fantoms Opera-Netzwerk betreibt den Lachesis-aBFT-Konsens (oben detailliert beschrieben), bei dem Validierer einen lokalen DAG von Ereignisblöcken fĂŒhren und asynchron Konsens erzielen, um dann Transaktionen in einer Hauptkette zu finalisieren. Dies verleiht Fantom eine typische Time-to-Finality von ~1 Sekunde fĂŒr Transaktionen und die FĂ€higkeit, Tausende von Transaktionen pro Sekunde im Durchsatz zu verarbeiten. Fantom ist EVM-kompatibel, was bedeutet, dass Entwickler Solidity-Smart Contracts bereitstellen und dieselben Tools wie Ethereum verwenden können, was seine Akzeptanz in DeFi erheblich förderte. TatsĂ€chlich wurde Fantom zur Heimat zahlreicher DeFi-Projekte (DEXs, Kreditprotokolle, Yield Farms), die von seiner Geschwindigkeit und niedrigen GebĂŒhren angezogen wurden. Es hostet auch NFT-Projekte und Gaming-DApps â im Wesentlichen jede Web3-Anwendung, die von schnellen, gĂŒnstigen Transaktionen profitiert. Ein bemerkenswerter Punkt ist, dass Fantom fĂŒr eine DAG-Plattform einen hohen Grad an Dezentralisierung erreicht hat: Es verfĂŒgt ĂŒber Dutzende unabhĂ€ngiger Validierer, die das Netzwerk sichern (permissionless, jeder kann einen Validierer mit dem Mindest-Stake betreiben), im Gegensatz zu einigen DAG-Netzwerken, die Validierer einschrĂ€nken. Dies positioniert Fantom als glaubwĂŒrdige Alternative zu traditionelleren Blockchains fĂŒr dezentrale Anwendungen, wobei die DAG-Technologie unter der Haube genutzt wird, um den Leistungsengpass zu ĂŒberwinden. Der FTM-Token des Netzwerks wird fĂŒr Staking, Governance und GebĂŒhren verwendet (die nur wenige Cent pro Transaktion betragen, viel niedriger als Ethereum-GasgebĂŒhren). Fantom demonstrierte, dass DAG-basierter Konsens mit Smart-Contract-Plattformen integriert werden kann, um sowohl Geschwindigkeit als auch KompatibilitĂ€t zu erreichen.
- Nano (XNO): Nano ist eine leichte KryptowĂ€hrung, die 2015 (ursprĂŒnglich als RaiBlocks) eingefĂŒhrt wurde und eine DAG-Block-Lattice-Struktur verwendet. Nanos Hauptaugenmerk liegt auf Peer-to-Peer-Digitalgeld: sofortige, gebĂŒhrenfreie Transaktionen mit minimalem Ressourcenverbrauch. In Nano hat jedes Konto seine eigene Transaktionskette, und Ăbertragungen zwischen Konten werden ĂŒber einen Sendeblock in der Kette des Senders und einen Empfangsblock in der Kette des EmpfĂ€ngers abgewickelt. Dieses asynchrone Design bedeutet, dass das Netzwerk Transaktionen unabhĂ€ngig und parallel verarbeiten kann. Der Konsens wird durch Open Representative Voting (ORV) erreicht, bei dem die Community ReprĂ€sentantenknoten durch Delegation des Bilanzgewichts ernennt. ReprĂ€sentanten stimmen ĂŒber widersprĂŒchliche Transaktionen ab (die selten sind, normalerweise nur bei Double-Spend-Versuchen), und sobald ein Quorum (67 % Gewicht) zustimmt, wird die Transaktion zementiert (unumkehrbar bestĂ€tigt). Nanos typische BestĂ€tigungszeiten liegen weit unter einer Sekunde, wodurch es sich im tĂ€glichen Gebrauch sofort anfĂŒhlt. Da es keine Mining-Belohnungen oder GebĂŒhren gibt, ist der Betrieb eines Nano-Knotens oder ReprĂ€sentanten eine freiwillige Anstrengung, aber das Design des Netzwerks minimiert die Last (jede Transaktion ist nur 200 Byte groĂ und kann schnell verarbeitet werden). Nanos DAG-Ansatz und Konsens ermöglichen es, extrem energieeffizient zu sein â es wird ein winziger PoW von den Sendern durchgefĂŒhrt (hauptsĂ€chlich als Anti-Spam-MaĂnahme), aber er ist trivial im Vergleich zu PoW-Blockchains. Die AnwendungsfĂ€lle fĂŒr Nano sind konstruktionsbedingt einfach: Es ist fĂŒr WĂ€hrungstransfers gedacht, von alltĂ€glichen EinkĂ€ufen bis hin zu Ăberweisungen, bei denen Geschwindigkeit und NullgebĂŒhren die Verkaufsargumente sind. Nano unterstĂŒtzt keine Smart Contracts oder komplexe Skripte; es konzentriert sich darauf, eine Sache sehr gut zu machen. Eine Herausforderung fĂŒr Nanos Modell ist, dass es auf der ehrlichen Mehrheit der ReprĂ€sentanten beruht; da es keine monetĂ€ren Anreize gibt, basiert das Sicherheitsmodell auf der Annahme, dass groĂe Token-Inhaber im besten Interesse des Netzwerks handeln werden. Bisher hat Nano einen ziemlich dezentralen Satz von HauptreprĂ€sentanten beibehalten und wurde bei HĂ€ndlerzahlungen, Trinkgeldern und anderen Mikrozahlungsszenarien online eingesetzt.
- Hedera vs. IOTA vs. Fantom vs. Nano (Auf einen Blick): Die folgende Tabelle fasst einige Hauptmerkmale dieser DAG-basierten Projekte zusammen:
| Projekt (Jahr) | Datenstruktur & Konsens | Leistung (Durchsatz & FinalitÀt) | Bemerkenswerte Funktionen / AnwendungsfÀlle |
|---|---|---|---|
| IOTA (2016) | DAG von Transaktionen (âTangleâ); jede Transaktion genehmigt 2 andere. UrsprĂŒnglich koordinatorgesichert; Umstellung auf dezentralen fĂŒhrerlosen Konsens (Abstimmung ĂŒber schwersten DAG, keine Miner). | Theoretisch hoher TPS (skaliert mit AktivitĂ€t); ~10s BestĂ€tigung in aktivem Netzwerk (schneller bei zunehmender Last). Laufende Forschung zur Verbesserung der FinalitĂ€t. GebĂŒhrenfreie Transaktionen. | IoT-Mikrozahlungen und DatenintegritĂ€t (gebĂŒhrenfreie Mikrotransaktionen), Lieferkette, Sensordaten, Auto, dezentrale IdentitĂ€t (IOTA Identity DID-Methode). Keine Smart Contracts auf Basisschicht (separate Schichten dafĂŒr). |
| Hedera Hashgraph (2018) | DAG von Ereignissen (Hashgraph); Gossip-ĂŒber-Gossip + virtuelles Voting Konsens (aBFT), betrieben von ~29â39 Ratsknoten (PoS gewichtet). Keine Miner; Zeitstempel zur Anordnung. | ~10.000 TPS max; FinalitĂ€t 3-5 Sekunden fĂŒr Transaktionen. Extrem niedriger Energieverbrauch pro Transaktion (~0,0001 kWh). Sehr niedrige feste GebĂŒhren (~0,0001 US-Dollar pro Ăbertragung). | Unternehmens- und Web3-Anwendungen: Tokenisierung (HTS), NFTs und Content-Dienste, Zahlungen, Lieferkettenverfolgung, Gesundheitsdaten, Gaming usw. Rats-Governance durch groĂe Unternehmen; Netzwerk ist EVM-kompatibel fĂŒr Smart Contracts (Solidity). Fokus auf hohen Durchsatz und Sicherheit fĂŒr Unternehmen. |
| Fantom (FTM) (2019) | DAG von Validierer-Ereignisblöcken; Lachesis aBFT PoS-Konsens (fĂŒhrerlos). Jeder Validierer erstellt DAG von Ereignissen, die bestĂ€tigt und zu einer finalen Blockchain (Opera Chain) zusammengefĂŒgt werden. | Empirisch einige Hundert TPS im DeFi-Einsatz; typisch 1-2 Sekunden FinalitĂ€t. In Benchmarks Tausende von TPS möglich. Niedrige GebĂŒhren (Bruchteile eines Cents). | DeFi und Smart Contracts auf einer Hochgeschwindigkeits-L1. EVM-kompatibel (fĂŒhrt Solidity DApps aus). UnterstĂŒtzt DEXs, Lending, NFT-MarktplĂ€tze (schneller Handel, gĂŒnstiges Minting). DAG-Konsens hinter einer entwicklerfreundlichen Blockchain-OberflĂ€che verborgen. Staking fĂŒr jedermann verfĂŒgbar (dezentraler Validierer-Satz). |
| Nano (XNO) (2015) | DAG von Account-Chains (Block-Lattice); jede Transaktion ist ein eigener Block. Open Representative Voting fĂŒr Konsens (dPoS-Ă€hnliches Voting bei Konflikten). Kein Mining, keine GebĂŒhren. | ~Hunderte von TPS machbar (hauptsĂ€chlich durch Netzwerk-I/O begrenzt). <1s BestĂ€tigung fĂŒr typische Transaktionen. Keine GebĂŒhren ĂŒberhaupt (gebĂŒhrenfrei). Extrem geringer Ressourcenverbrauch (effizient fĂŒr IoT/Mobil). | Digitales Geld fĂŒr Sofortzahlungen. Ideal fĂŒr Mikrozahlungen, Trinkgelder, Einzelhandelstransaktionen, wo GebĂŒhren und Latenz minimal sein mĂŒssen. Nicht fĂŒr Smart Contracts konzipiert â konzentriert sich auf einfache Ăbertragungen. Sehr geringer Stromverbrauch (grĂŒne KryptowĂ€hrung). Von der Community betriebene ReprĂ€sentanten (keine zentrale AutoritĂ€t). |
(Tabelle: Vergleich ausgewÀhlter DAG-basierter Ledger-Projekte und ihrer Merkmale. TPS = Transaktionen pro Sekunde.)
Andere DAG-basierte Projekte, die oben nicht detailliert wurden, umfassen Obyte (Byteball) â ein DAG-Ledger fĂŒr bedingte Zahlungen und Datenspeicherung, IoT Chain (ITC) â ein IoT-fokussiertes DAG-Projekt, Avalanche â das wir als DAG-Nutzung in seinem Konsens besprochen haben und zu einer wichtigen DeFi-Plattform geworden ist, Conflux â ein Hochdurchsatz-PoW-DAG in China, und akademische Prototypen wie SPECTRE/PHANTOM. Jedes erforscht den Designraum von DAG-Ledgern auf unterschiedliche Weise, aber die vier oben genannten Beispiele (IOTA, Hedera, Fantom, Nano) veranschaulichen die Vielfalt: von gebĂŒhrenfreien IoT-Transaktionen ĂŒber Unternehmensnetzwerke bis hin zu DeFi-Smart-Contract-Ketten, die alle DAG-Strukturen nutzen.
AnwendungsfĂ€lle der DAG-Technologie im Web3-Ăkosystemâ
DAG-basierte Blockchain-Systeme erschlieĂen bestimmte AnwendungsfĂ€lle besonders gut, dank ihrer hohen Leistung und einzigartigen Eigenschaften. Hier sind einige aktuelle und potenzielle AnwendungsfĂ€lle, in denen DAGs im Web3 Wirkung zeigen:
- Internet der Dinge (IoT): IoT umfasst Millionen von GerĂ€ten, die Daten ĂŒbertragen und potenziell miteinander Transaktionen durchfĂŒhren (Maschine-zu-Maschine-Zahlungen). DAG-Ledger wie IOTA wurden explizit fĂŒr dieses Szenario entwickelt. Mit gebĂŒhrenfreien Mikrotransaktionen und der FĂ€higkeit, hohe Frequenzen kleiner Zahlungen zu verarbeiten, kann ein DAG-Ledger IoT-GerĂ€ten ermöglichen, Dienste oder Bandbreite spontan zu bezahlen. Zum Beispiel könnte ein intelligentes Elektroauto automatisch eine Ladestation ein paar Cent Strom bezahlen, oder Sensoren könnten Daten in Echtzeit an eine Plattform verkaufen. IOTAs Tangle wurde in Smart-City-Pilotprojekten, IoT-Integrationen in Lieferketten (Verfolgung von GĂŒtern und Umweltbedingungen) und dezentralen DatenmarktplĂ€tzen eingesetzt, wo Sensordaten unverĂ€nderlich protokolliert und gehandelt werden. Die Skalierbarkeit von DAGs bewĂ€ltigt das enorme Volumen, das weit verbreitete IoT-Netzwerke erzeugen, und ihre geringen Kosten passen zur Ăkonomie von Mikrozahlungen.
- Dezentrale Finanzen (DeFi): DeFi-Anwendungen wie dezentrale Börsen (DEXs), Kreditplattformen und Zahlungsnetzwerke profitieren von hohem Durchsatz und geringer Latenz. DAG-basierte Smart-Contract-Plattformen (z. B. Fantom und in gewissem MaĂe Avalanches X-Chain fĂŒr einfache VermögensĂŒbertragungen) bieten den Vorteil, dass Trades schneller abgewickelt werden können und die GebĂŒhren auch bei hoher Nachfrage niedrig bleiben. Im Jahr 2021 erlebte Fantom einen Anstieg der DeFi-AktivitĂ€ten (Yield Farming, Automated Market Maker usw.) und konnte diese mit viel geringerer Ăberlastung als Ethereum zu dieser Zeit bewĂ€ltigen. DarĂŒber hinaus reduziert die schnelle FinalitĂ€t von DAG-Netzwerken das Risiko von Unsicherheiten bei der HandelsausfĂŒhrung (auf langsamen Ketten warten Benutzer viele Blöcke auf FinalitĂ€t, was bei schnelllebigen HandelsgeschĂ€ften Risiken bergen kann). Ein weiterer Aspekt sind dezentrale Zahlungsnetzwerke â Nano zum Beispiel kann als Teil des DeFi-Spektrums angesehen werden, das Peer-to-Peer-Ăbertragungen ermöglicht und potenziell eine Mikrozahlungsschiene fĂŒr Layer-2 anderer Systeme sein kann. Die Leistung von DAG könnte auch den Hochfrequenzhandel oder komplexe mehrstufige DeFi-Transaktionen reibungsloser unterstĂŒtzen.
- Non-Fungible Tokens (NFTs) und Gaming: Der NFT-Boom hat den Bedarf an kostengĂŒnstigem Minting und Ăbertragungen deutlich gemacht. Auf Ethereum wurde das Minting von NFTs teuer, als die GasgebĂŒhren in die Höhe schnellten. DAG-Netzwerke wie Hedera und Fantom wurden als Alternativen vorgeschlagen, bei denen das Minting eines NFT einen winzigen Bruchteil eines Cents kostet, was sie fĂŒr In-Game-Assets, SammlerstĂŒcke oder groĂ angelegte Drops praktikabel macht. Hederas Token Service ermöglicht die native Ausgabe von Token und NFTs mit den niedrigen, vorhersehbaren GebĂŒhren des Netzwerks und wurde von Content-Plattformen und sogar Unternehmen (z. B. MusikkĂŒnstlern, die Token ausgeben, oder UniversitĂ€ten, die AbschlĂŒsse verfolgen) verwendet. Im Gaming, wo Mikrotransaktionen ĂŒblich sind, könnte ein schnelles DAG-Ledger hĂ€ufige Asset-Trades oder Belohnungsverteilungen abwickeln, ohne das Spiel zu verlangsamen oder Spieler durch GebĂŒhren zu ruinieren. Der hohe Durchsatz stellt sicher, dass selbst wenn ein beliebtes Spiel oder eine NFT-Sammlung Millionen von Benutzern anzieht, das Netzwerk die Last bewĂ€ltigen kann (wĂ€hrend wir in der Vergangenheit gesehen haben, wie Spiele auf Ethereum das Netzwerk verstopften). Zum Beispiel kann ein NFT-basiertes Spiel auf Fantom den Zustand schnell genug aktualisieren, um eine nahezu Echtzeit-ReaktionsfĂ€higkeit zu bieten.
- Dezentrale IdentitĂ€t (DID) und Anmeldeinformationen: IdentitĂ€tssysteme profitieren von einem unverĂ€nderlichen Ledger, um IdentitĂ€ten, Anmeldeinformationen und BestĂ€tigungen zu verankern. DAG-Netzwerke werden dafĂŒr erforscht, weil sie Skalierbarkeit fĂŒr potenziell Milliarden von IdentitĂ€tstransaktionen (jeder Login, jede Zertifikatsausstellung usw.) und geringe Kosten bieten, was entscheidend ist, wenn beispielsweise die ID-Interaktionen jedes BĂŒrgers aufgezeichnet wĂŒrden. IOTA Identity ist ein Beispiel: Es bietet eine DID-Methode
did:iota, bei der IdentitĂ€tsdokumente im Tangle referenziert werden. Dies kann fĂŒr selbstsouverĂ€ne IdentitĂ€t verwendet werden: Benutzer kontrollieren ihre IdentitĂ€tsdokumente, und Verifizierer können Nachweise aus dem DAG abrufen. Hedera ist auch im DID-Bereich aktiv â es hat eine DID-Spezifikation und wurde in Projekten wie der Sicherung manipulationssicherer Protokolle von HochschulabschlĂŒssen, COVID-Impfzertifikaten oder Lieferketten-Compliance-Dokumenten (ĂŒber den Hedera Consensus Service als ID-Ankerdienst) eingesetzt. Die Vorteile von DAGs hier sind, dass das Schreiben von Daten gĂŒnstig und schnell ist, sodass das Aktualisieren eines IdentitĂ€tszustands (wie das Rotieren von SchlĂŒsseln, das HinzufĂŒgen einer Anmeldeinformation) nicht den Kosten- oder VerzögerungshĂŒrden einer ausgelasteten Blockchain gegenĂŒbersteht. DarĂŒber hinaus können die FinalitĂ€ts- und Ordnungsgarantien fĂŒr Audits wichtig sein (Hashgraph bietet zum Beispiel eine vertrauenswĂŒrdige Zeitstempelreihenfolge von Ereignissen, die bei der Compliance-Protokollierung nĂŒtzlich ist). - Lieferkette und DatenintegritĂ€t: Ăber die IdentitĂ€t hinaus kann jeder Anwendungsfall, der die Protokollierung eines hohen Volumens von DateneintrĂ€gen beinhaltet, DAG-DLTs nutzen. Die Lieferkettenverfolgung ist ein bemerkenswerter Fall â Produkte, die sich durch eine Lieferkette bewegen, erzeugen viele Ereignisse (hergestellt, versandt, geprĂŒft usw.). Projekte haben Hedera und IOTA verwendet, um diese Ereignisse in einem DAG-Ledger fĂŒr UnverĂ€nderlichkeit und Transparenz zu protokollieren. Der hohe Durchsatz stellt sicher, dass das Ledger auch dann kein Engpass wird, wenn jeder Artikel in einem groĂen Liefernetzwerk gescannt und aufgezeichnet wird. DarĂŒber hinaus bedeuten die niedrigen oder null GebĂŒhren, dass Sie selbst geringwertige Ereignisse On-Chain aufzeichnen können, ohne hohe Kosten zu verursachen. Ein weiteres Beispiel ist die IoT-DatenintegritĂ€t: Energienetze oder Telekommunikationsunternehmen könnten GerĂ€temesswerte in einem DAG-Ledger protokollieren, um spĂ€ter zu beweisen, dass Daten nicht manipuliert wurden. Das DAG von Constellation Network (ein weiteres DAG-Projekt) konzentriert sich auf die Big-Data-Validierung fĂŒr Unternehmen und Regierungen (wie die IntegritĂ€t von US Air Force Drohnendaten) â was hervorhebt, wie ein skalierbarer DAG groĂe Datenströme auf vertrauenswĂŒrdige Weise verarbeiten kann.
- Zahlungen und Ăberweisungen: Schnelle und gebĂŒhrenfreie Transaktionen machen DAG-KryptowĂ€hrungen wie Nano und IOTA gut geeignet fĂŒr Zahlungsanwendungen. Nano wurde in Szenarien wie Online-Trinkgeldern (wo ein Benutzer sofort ein paar Cent an einen Content Creator senden kann) und internationalen Ăberweisungen (wo Geschwindigkeit und NullgebĂŒhren einen groĂen Unterschied machen im Vergleich zum stundenlangen Warten und Zahlen von prozentualen GebĂŒhren) angenommen. DAG-Netzwerke können als Hochgeschwindigkeits-Zahlungsschienen fĂŒr die Integration in Point-of-Sale-Systeme oder mobile Zahlungs-Apps dienen. Zum Beispiel könnte ein CafĂ© eine DAG-basierte Krypto fĂŒr Zahlungen verwenden und sich keine Sorgen um Latenz oder Kosten machen (die Benutzererfahrung kann mit kontaktlosen Kreditkartenzahlungen mithalten). Hederas HBAR wird auch in einigen Zahlungstests verwendet (aufgrund seiner schnellen FinalitĂ€t und niedrigen GebĂŒhren ziehen einige Fintech-Anwendungen es fĂŒr die Abwicklung in Betracht). ZusĂ€tzlich, weil DAG-Netzwerke oft eine höhere KapazitĂ€t haben, können sie ihre Leistung auch bei globalen Einkaufsereignissen oder Nutzungsspitzen aufrechterhalten, was fĂŒr die ZahlungszuverlĂ€ssigkeit wertvoll ist.
- Echtzeit-Datenfeeds und Orakel: Orakel (Dienste, die externe Daten an Blockchain-Smart Contracts liefern) erfordern das Schreiben vieler Datenpunkte in ein Ledger. Ein DAG-Ledger könnte als Hochdurchsatz-Orakelnetzwerk fungieren, das Preisfeeds, Wetterdaten, IoT-Sensormesswerte usw. mit einer Garantie fĂŒr Reihenfolge und Zeitstempel aufzeichnet. Der Hedera Consensus Service wird beispielsweise von einigen Orakel-Anbietern verwendet, um Daten mit Zeitstempel zu versehen, bevor sie in andere Ketten eingespeist werden. Die Geschwindigkeit stellt sicher, dass die Daten aktuell sind, und der Durchsatz bedeutet, dass selbst schnelle Datenströme verarbeitet werden können. In dezentralen Web3-Analysen oder Werbung, wo jeder Klick oder jede Impression zur Transparenz protokolliert werden könnte, kann ein DAG-Backend das Ereignisvolumen bewĂ€ltigen.
In all diesen AnwendungsfĂ€llen ist der gemeinsame Nenner, dass DAG-Netzwerke darauf abzielen, die Skalierbarkeit, Geschwindigkeit und Kosteneffizienz bereitzustellen, die den Umfang dessen erweitern, was wir dezentralisieren können. Sie sind besonders nĂŒtzlich, wo hochfrequente oder hochvolumige Transaktionen auftreten (IoT, Mikrotransaktionen, Maschinendaten) oder wo die Benutzererfahrung schnelle, nahtlose Interaktionen erfordert (Gaming, Zahlungen). Es ist jedoch zu beachten, dass nicht jeder Anwendungsfall auf DAG-basierte Ledger migrieren wird â manchmal ĂŒberwiegen die Reife und Sicherheit traditioneller Blockchains oder einfach Netzwerkeffekte (z. B. Ethereums riesige Entwicklerbasis) die reinen Leistungsanforderungen. Nichtsdestotrotz erobern DAGs eine Nische im Web3-Stack fĂŒr Szenarien, die konventionelle Ketten belasten.
EinschrĂ€nkungen und Herausforderungen von DAG-basierten Netzwerkenâ
WÀhrend DAG-basierte Distributed Ledger verlockende Vorteile bieten, gehen sie auch mit Kompromissen und Herausforderungen einher. Es ist wichtig, diese EinschrÀnkungen kritisch zu untersuchen:
- Reife und Sicherheit: Die Mehrheit der DAG-Konsensalgorithmen ist relativ neu und weniger praxiserprobt im Vergleich zu den gut untersuchten Blockchain-Protokollen von Bitcoin oder Ethereum. Dies kann bedeuten, dass unbekannte SicherheitslĂŒcken oder Angriffsvektoren existieren könnten. Die KomplexitĂ€t von DAG-Systemen eröffnet potenziell neue Angriffswege â zum Beispiel könnte ein Angreifer versuchen, den DAG mit widersprĂŒchlichen Subtangles zu spammen oder zu ĂŒberladen, oder die parallele Struktur nutzen, um Double-Spending zu betreiben, bevor das Netzwerk Konsens erreicht. Akademische Analysen stellen fest, dass erhöhte KomplexitĂ€t ein breiteres Spektrum an Schwachstellen einfĂŒhrt im Vergleich zu einfacheren linearen Ketten. Einige DAG-Netzwerke hatten Probleme: z. B. musste das IOTA-Netzwerk in seinen AnfĂ€ngen einige Male aufgrund von UnregelmĂ€Ăigkeiten/Hacks pausiert werden (ein Vorfall im Jahr 2020 betraf gestohlene Gelder, und der Koordinator wurde vorĂŒbergehend abgeschaltet, um das Problem zu lösen). Diese VorfĂ€lle unterstreichen, dass die Sicherheitsmodelle noch verfeinert werden. DarĂŒber hinaus ist die FinalitĂ€t in einigen DAGs probabilistisch â z. B. hatte IOTA vor Coordicide keine absolute FinalitĂ€t, sondern nur eine zunehmende BestĂ€tigungssicherheit â was fĂŒr bestimmte Anwendungen schwierig sein kann (obwohl neuere DAGs wie Hashgraph und Fantom sofortige FinalitĂ€t mit aBFT-Garantien bieten).
- KonsenskomplexitĂ€t: Das Erreichen von Konsens in einem DAG beinhaltet oft komplizierte Algorithmen (Gossip-Protokolle, virtuelles Voting, zufĂ€llige Stichproben usw.). Diese KomplexitĂ€t kann zu gröĂeren Codebasen und komplizierteren Implementierungen fĂŒhren, was das Risiko von Softwarefehlern erhöht. Es macht das System auch fĂŒr Entwickler schwerer verstĂ€ndlich. Die LĂ€ngste-Kette-Regel einer Blockchain ist konzeptionell einfach, wĂ€hrend beispielsweise Hashgraphs virtuelles Voting oder Avalanches wiederholte zufĂ€llige Stichproben nicht sofort intuitiv sind. Die KomplexitĂ€t kann die Akzeptanz verlangsamen: Entwickler und Unternehmen zögern möglicherweise, einem System zu vertrauen, das sie schwerer verstehen oder prĂŒfen können. Wie eine Studie feststellte, erfordern partiell geordnete Systeme (DAGs) mehr Aufwand, um sie in bestehende Infrastrukturen und EntwicklermentalitĂ€ten zu integrieren. Tools und Bibliotheken fĂŒr DAG-Netzwerke sind in vielen FĂ€llen ebenfalls weniger ausgereift, was bedeutet, dass die Entwicklererfahrung möglicherweise rauer ist als auf Ethereum oder Bitcoin.
- Kompromisse bei der Dezentralisierung: Einige aktuelle DAG-Implementierungen opfern ein gewisses MaĂ an Dezentralisierung, um ihre Leistung zu erreichen. Zum Beispiel bedeutet Hederas AbhĂ€ngigkeit von einem festen Rat von 39 Knoten, dass das Netzwerk nicht fĂŒr jeden offen ist, um am Konsens teilzunehmen, was trotz seiner technischen StĂ€rken Kritik hervorgerufen hat. IOTA verlieĂ sich lange Zeit auf einen zentralen Koordinator, um Angriffe zu verhindern, was einen Single Point of Failure/Control darstellte. Nanos Konsens beruht auf einer kleinen Anzahl von HauptreprĂ€sentanten, die den gröĂten Teil des Stimmgewichts halten (Stand 2023 kontrollieren die obersten ReprĂ€sentanten oft einen groĂen Teil des Online-Stimmgewichts), was als Machtkonzentration angesehen werden könnte â obwohl dies etwas analog zu Mining-Pools in PoW ist. Im Allgemeinen werden Blockchains derzeit als leichter weitgehend dezentralisierbar (Tausende von Knoten) wahrgenommen als einige DAG-Netzwerke. Die GrĂŒnde sind vielfĂ€ltig: Einige DAG-Algorithmen könnten höhere Knoten-Bandbreitenanforderungen haben (was es fĂŒr viele Knoten schwieriger macht, vollstĂ€ndig teilzunehmen), oder das Design des Projekts könnte absichtlich eine permissionierte Struktur beibehalten. Dies ist keine inhĂ€rente EinschrĂ€nkung von DAGs per se, sondern eher spezifischer Implementierungen. Es ist möglich, ein hoch dezentralisiertes DAG-Netzwerk zu haben, aber in der Praxis haben viele noch nicht die Knotenanzahl groĂer Blockchains erreicht.
- Bedarf an Volumen (Sicherheit vs. Durchsatz): Einige DAG-Netzwerke benötigen paradoxerweise ein hohes Transaktionsvolumen, um optimal zu funktionieren. Zum Beispiel wird IOTAs Sicherheitsmodell robust, wenn viele ehrliche Transaktionen sich stĂ€ndig gegenseitig bestĂ€tigen (wodurch das kumulative Gewicht ehrlicher Subtangles erhöht wird). Wenn die NetzwerkaktivitĂ€t sehr gering ist, kann der DAG unter TrĂ€gheit leiden â Spitzen werden nicht schnell genehmigt, oder ein Angreifer findet es leichter, Teile des DAG zu ĂŒberschreiben. Im Gegensatz dazu benötigt eine traditionelle Blockchain wie Bitcoin keine Mindestanzahl von Transaktionen, um sicher zu bleiben (selbst wenn wenige Transaktionen stattfinden, konkurrieren Miner immer noch darum, die Kette zu erweitern). Daher gedeihen DAGs oft unter Last, könnten aber bei geringer Nutzung stagnieren, es sei denn, es werden spezielle MaĂnahmen ergriffen (wie IOTAs Koordinator oder Hintergrund-âWartungsâ-Transaktionen). Dies bedeutet, dass die Leistung inkonsistent sein kann â groĂartig bei hoher Nutzung, aber möglicherweise langsamere BestĂ€tigung in Nebenzeiten oder bei geringer Nutzung.
- Reihenfolge und KompatibilitĂ€t: Da DAGs eine partielle Reihenfolge von Ereignissen erzeugen, die schlieĂlich konsistent sein muss, können die Konsensalgorithmen recht kompliziert sein. In Smart-Contract-Kontexten ist eine vollstĂ€ndige Reihenfolge von Transaktionen erforderlich, um Double-Spending zu vermeiden und eine deterministische AusfĂŒhrung aufrechtzuerhalten. DAG-Systeme wie Fantom lösen dies durch den Aufbau einer Ordnungsschicht (der finalen Opera Chain), aber nicht alle DAG-Systeme unterstĂŒtzen komplexe Smart Contracts problemlos. Das Zustandsmanagement und das Programmiermodell können auf einem reinen DAG eine Herausforderung darstellen. Wenn beispielsweise zwei Transaktionen nicht in Konflikt stehen, können sie parallel auf einem DAG bestĂ€tigt werden â das ist in Ordnung. Wenn sie jedoch in Konflikt stehen (z. B. zwei Transaktionen, die denselben Output ausgeben, oder zwei Trades auf derselben Order), muss das Netzwerk eine entscheiden und die andere verwerfen. Sicherzustellen, dass alle Knoten die gleiche Entscheidung dezentral treffen, ist ohne eine einzige Kette, die alles ordnet, schwieriger. Aus diesem Grund vermieden viele DAG-Projekte zunĂ€chst Smart Contracts oder globalen Zustand und konzentrierten sich auf Zahlungen (wo Konflikte einfacher ĂŒber UTXOs oder KontostĂ€nde zu erkennen sind). Die Schnittstelle von DAG-Ledgern mit bestehenden Blockchain-Ăkosystemen kann ebenfalls nicht trivial sein; zum Beispiel erforderte die Verbindung einer EVM mit einem DAG, dass Fantom einen Mechanismus zur Linearisierung des DAG f ĂŒr die EVM-AusfĂŒhrung schuf. Diese KomplexitĂ€ten bedeuten, dass nicht jeder Anwendungsfall sofort auf einem DAG ohne sorgfĂ€ltiges Design implementiert werden kann.
- Speicherung und Synchronisation: Ein potenzielles Problem ist, dass, wenn ein DAG-Ledger ein hohes Volumen paralleler Transaktionen zulĂ€sst, das Ledger schnell wachsen kann. Effiziente Algorithmen zum Beschneiden des DAG (Entfernen alter Transaktionen, die fĂŒr die Sicherheit nicht mehr benötigt werden) sind wichtig, ebenso wie die Ermöglichung des Betriebs von Light Nodes (Light Clients benötigen Möglichkeiten, Transaktionen zu bestĂ€tigen, ohne den gesamten DAG zu speichern). Die Forschung hat die Erreichbarkeitsproblematik identifiziert: Sicherstellen, dass neue Transaktionen effizient frĂŒhere erreichen und referenzieren können, und herausfinden, wie die Historie in einem DAG sicher gekĂŒrzt werden kann. WĂ€hrend Blockchains auch Wachstumsprobleme haben, könnte die Struktur des DAG Dinge wie die Berechnung von Salden oder Nachweisen fĂŒr den partiellen Zustand erschweren, da das Ledger keine einfache Liste von Blöcken ist. Dies ist gröĂtenteils eine technische Herausforderung, die angegangen werden kann, aber sie erhöht den Aufwand beim Entwurf eines robusten DAG-Systems.
- Wahrnehmung und Netzwerkeffekte: Abgesehen von rein technischen Problemen stehen DAG-Projekte vor der Herausforderung, sich in einem von Blockchains dominierten Raum zu beweisen. Viele Entwickler und Benutzer fĂŒhlen sich einfach wohler mit Blockchain-L1s, und Netzwerkeffekte (mehr Benutzer, mehr DApps, mehr Tools auf bestehenden Ketten) können schwer zu ĂŒberwinden sein. DAGs werden manchmal mit kĂŒhnen Behauptungen (âBlockchain-Killerâ usw.) vermarktet, was Skepsis hervorrufen kann. Zum Beispiel könnte ein Projekt unbegrenzte Skalierbarkeit beanspruchen â aber Benutzer werden warten, bis dies unter realen Bedingungen demonstriert wird. Solange DAG-Netzwerke keine âKiller-Appsâ oder groĂe Benutzerbasen hosten, könnten sie als experimentell angesehen werden. DarĂŒber hinaus ist die Listung an Börsen, Verwahrungslösungen, Wallets â die gesamte Infrastruktur, die bereits groĂe Blockchains unterstĂŒtzt â eine fortlaufende Anstrengung fĂŒr jede neue DAG-Plattform. Es gibt also eine Bootstrapping-Herausforderung: Trotz technischer Verdienste kann die Akzeptanz aufgrund der Ăkosystem-TrĂ€gheit zurĂŒckbleiben.
Zusammenfassend lĂ€sst sich sagen, dass DAG-basierte Ledger Einfachheit gegen Leistung eintauschen, und das bringt Wachstumsschmerzen mit sich. Die KomplexitĂ€t des Konsenses, potenzielle Zentralisierung in einigen Implementierungen und die Notwendigkeit, Vertrauen zu gewinnen, das dem Ă€lterer Blockchain-Systeme entspricht, sind HĂŒrden, die es zu ĂŒberwinden gilt. Die Forschungsgemeinschaft untersucht diese Probleme aktiv â zum Beispiel stellt ein 2024er Systematisierung-des-Wissens-Papier zu DAG-Protokollen die zunehmende Vielfalt der Designs und die Notwendigkeit eines ganzheitlichen VerstĂ€ndnisses ihrer Kompromisse fest. Wenn DAG-Projekte reifen, können wir erwarten, dass viele dieser Herausforderungen (wie die Entfernung von Koordinatoren, offene Teilnahme, bessere Entwicklertools) angegangen werden, aber sie sind wichtig zu berĂŒcksichtigen, wenn man DAG vs. Blockchain fĂŒr eine bestimmte Anwendung bewertet.
Adoptionstrends und Zukunftsaussichtenâ
Die Akzeptanz der DAG-basierten Blockchain-Technologie befindet sich im Vergleich zur weit verbreiteten Nutzung traditioneller Blockchains noch in einem frĂŒhen Stadium. Stand 2025 verwenden nur eine Handvoll öffentlicher Distributed Ledger DAGs in groĂem MaĂstab â bemerkenswerte sind Hedera Hashgraph, IOTA, Fantom, Nano, Avalanche (fĂŒr einen Teil seines Systems) und einige andere. Blockchains (lineare Ketten) bleiben die dominante Architektur in implementierten Systemen. Das Interesse an DAGs hat jedoch sowohl in der Industrie als auch in der Wissenschaft stetig zugenommen. Wir können einige Trends und die Aussichten fĂŒr DAGs in der Blockchain identifizieren:
- Wachsende Anzahl von DAG-Projekten und Forschung: Es gibt einen sichtbaren Anstieg der Anzahl neuer Projekte, die DAG- oder Hybridarchitekturen erforschen. Zum Beispiel verwenden neuere Plattformen wie Aleph Zero (ein datenschutzorientiertes Netzwerk) einen DAG-Konsens fĂŒr schnelle Ordnung, und Sui und Aptos (Move-Sprachketten) integrieren DAG-basierte Mempools oder parallele AusfĂŒhrungs-Engines, um die Leistung zu skalieren. Die akademische Forschung zu DAG-basiertem Konsens floriert â Protokolle wie SPECTRE, PHANTOM, GhostDAG und neuere verschieben die Grenzen, und umfassende Analysen (SoK-Papiere) werden veröffentlicht, um DAG-AnsĂ€tze zu klassifizieren und zu bewerten. Dies deutet auf eine gesunde Erforschung und das Aufkommen von Best Practices hin. Wenn die Forschung Lösungen fĂŒr frĂŒhere SchwĂ€chen identifiziert (zum Beispiel, wie man Fairness erreicht, wie man DAGs beschneidet, wie man DAGs unter dynamischen Bedingungen sichert), werden wir diese Innovationen wahrscheinlich in Implementierungen einflieĂen sehen.
- Hybridmodelle im Mainstream-Einsatz: Ein interessanter Trend ist, dass sogar traditionelle Blockchains DAG-Konzepte ĂŒbernehmen, um die Leistung zu verbessern. Avalanche ist ein Paradebeispiel fĂŒr einen Hybriden: Es prĂ€sentiert sich als Blockchain-Plattform, verwendet aber im Kern einen DAG-Konsens. Es hat eine signifikante Akzeptanz in DeFi- und NFT-Kreisen gefunden, was zeigt, dass Benutzer manchmal ein DAG-basiertes System ĂŒbernehmen, ohne es ĂŒberhaupt zu merken, solange es ihre BedĂŒrfnisse erfĂŒllt (schnell und gĂŒnstig). Dieser Trend könnte sich fortsetzen: DAG als interner Motor, der eine vertraute Blockchain-Schnittstelle exponiert, könnte eine erfolgreiche Strategie sein, die Entwicklern den Einstieg erleichtert. Fantom hat dies mit seiner Opera-Kette getan, und andere Projekte könnten diesem Beispiel folgen, wodurch die DAG-Technologie effektiv zu einem unsichtbaren RĂŒckgrat fĂŒr Ketten der nĂ€chsten Generation wird.
- Unternehmens- und Nischenakzeptanz: Unternehmen, die hohen Durchsatz, vorhersehbare Kosten benötigen und mit stĂ€rker permissionierten Netzwerken vertraut sind, neigen dazu, DAG-Ledger zu erforschen. Hederas Governing Council-Modell zog groĂe Unternehmen an; diese wiederum treiben AnwendungsfĂ€lle wie die Asset-Tokenisierung fĂŒr Finanzdienstleistungen oder die Verfolgung von Softwarelizenzen usw. auf Hedera voran. Wir sehen, dass Konsortien DAG-basierte DLT fĂŒr Dinge wie Telekommunikationsabrechnungen, die Verfolgung von Werbeimpressionen oder InterbankenĂŒberweisungen in Betracht ziehen, wo das Volumen hoch ist und sie FinalitĂ€t benötigen. IOTA war an von der EuropĂ€ischen Union finanzierten Projekten fĂŒr Infrastruktur, digitale IdentitĂ€tspiloten und industrielles IoT beteiligt â dies sind lĂ€ngerfristige Adoptionspfade, aber sie zeigen, dass DAGs ĂŒber die Krypto-Community hinaus auf dem Radar sind. Wenn sich einige dieser Tests als erfolgreich und skalierbar erweisen, könnten wir eine sektorspezifische Akzeptanz von DAG-Netzwerken sehen (z. B. ein IoT-Konsortium, das alle ein DAG-Ledger zur gemeinsamen Nutzung und Monetarisierung von Daten verwendet).
- Fortschritte bei Community und Dezentralisierung: FrĂŒhe Kritik an DAG-Netzwerken (zentrale Koordinatoren, permissionierte Validierer) wird allmĂ€hlich angegangen. IOTAs Coordicide wird, falls erfolgreich, den zentralen Koordinator entfernen und IOTA in ein vollstĂ€ndig dezentrales Netzwerk mit einer Form von Staking und von der Community betriebenen Validierern ĂŒberfĂŒhren. Hedera hat seinen Code quelloffen gemacht und PlĂ€ne angedeutet, die Governance langfristig weiter zu dezentralisieren (ĂŒber den anfĂ€nglichen Rat hinaus). Nanos Community arbeitet kontinuierlich an der Dezentralisierung der ReprĂ€sentantenverteilung (ermutigt mehr Benutzer, ReprĂ€sentanten zu betreiben oder ihre Delegationen aufzuteilen). Diese Schritte sind wichtig fĂŒr die GlaubwĂŒrdigkeit und das Vertrauen in DAG-Netzwerke und bringen sie stĂ€rker mit dem Ethos der Blockchain in Einklang. Mit zunehmender Dezentralisierung werden wahrscheinlich mehr krypto-native Benutzer und Entwickler bereit sein, auf DAG-Projekten aufzubauen oder dazu beizutragen, was das Wachstum beschleunigen kann.
- InteroperabilitĂ€t und Layer-2-Nutzung: Wir könnten auch sehen, dass DAGs als Skalierungsschichten oder interoperable Netzwerke anstatt als eigenstĂ€ndige Ăkosysteme verwendet werden. Zum Beispiel könnte ein DAG-Ledger als Hochgeschwindigkeits-Layer-2 fĂŒr Ethereum dienen, das periodisch gebĂŒndelte Ergebnisse zur Sicherheit an Ethereum verankert. Alternativ könnten DAG-Netzwerke ĂŒber BrĂŒcken mit bestehenden Blockchains verbunden werden, sodass Vermögenswerte dorthin flieĂen können, wo Transaktionen am gĂŒnstigsten sind. Wenn die UX nahtlos gestaltet werden kann, könnten Benutzer auf einem DAG-Netzwerk Transaktionen durchfĂŒhren (und die hohe Geschwindigkeit genieĂen), wĂ€hrend sie sich weiterhin auf eine Basis-Blockchain fĂŒr die Abwicklung oder Sicherheit verlassen â und so das Beste aus beiden Welten erhalten. Einige Projekte ziehen diese Art von geschichtetem Ansatz in Betracht.
- Zukunftsaussichten â ErgĂ€nzung, nicht Ersatz (vorerst): Es ist bezeichnend, dass selbst BefĂŒrworter oft sagen, dass DAG eine âAlternativeâ oder ErgĂ€nzung zur Blockchain ist und kein vollstĂ€ndiger Ersatz. In naher Zukunft können wir heterogene Netzwerke erwarten: einige werden Blockchain-basiert sein, einige DAG-basiert, jeweils optimiert fĂŒr verschiedene Szenarien. DAGs könnten das Hochfrequenz-RĂŒckgrat von Web3 antreiben (die Schwerstarbeit von Mikrotransaktionen und Datenprotokollierung erledigen), wĂ€hrend Blockchains fĂŒr die Abwicklung, extrem hochwertige Transaktionen oder dort, wo Einfachheit und Robustheit von gröĂter Bedeutung sind, bevorzugt bleiben könnten. Auf lĂ€ngere Sicht, wenn DAG-basierte Systeme sich weiterhin bewĂ€hren und wenn sie gleiche oder gröĂere Sicherheit und Dezentralisierung demonstrieren können, ist es denkbar, dass sie zum dominanten Paradigma fĂŒr Distributed Ledger werden könnten. Der Aspekt der Energieeffizienz bringt DAGs auch gut mit globalen Nachhaltigkeitsdruck in Einklang, was sie langfristig politisch und sozial akzeptabler machen könnte. Die CO2-FuĂabdruck-Vorteile von DAG-Netzwerken, kombiniert mit ihren Leistungsvorteilen, könnten ein wichtiger Treiber sein, wenn regulatorische Umgebungen grĂŒne Technologie betonen.
- Community-Stimmung: Es gibt ein Segment der Krypto-Community, das sehr begeistert von DAGs ist â sie sehen sie als den nĂ€chsten evolutionĂ€ren Schritt der DLT. Man hört oft SĂ€tze wie âDAGs sind die Zukunft; Blockchains werden irgendwann als das Einwahl-Internet im Vergleich zum Breitband von DAG angesehen werden.â Dieser Enthusiasmus muss mit praktischen Ergebnissen in Einklang gebracht werden, aber er deutet darauf hin, dass Talente und Investitionen in diesen Bereich flieĂen. Andererseits bleiben Skeptiker, die darauf hinweisen, dass Dezentralisierung und Sicherheit nicht fĂŒr Geschwindigkeit geopfert werden sollten â daher mĂŒssen DAG-Projekte zeigen, dass sie das Beste aus beiden Welten haben können.
Zusammenfassend lĂ€sst sich sagen, dass die Zukunftsaussichten fĂŒr DAG in der Blockchain vorsichtig optimistisch sind. Derzeit dominieren Blockchains immer noch, aber DAG-basierte Plattformen erobern ihren Raum und beweisen ihre FĂ€higkeiten in spezifischen Bereichen. Wenn die Forschung aktuelle Herausforderungen löst, werden wir wahrscheinlich eine stĂ€rkere Konvergenz von Ideen sehen â wobei Blockchains DAG-inspirierte Verbesserungen ĂŒbernehmen und DAG-Netzwerke die Lehren von Blockchains in Bezug auf Governance und Sicherheit ĂŒbernehmen. Web3-Forscher und -Entwickler tĂ€ten gut daran, die DAG-Fortschritte im Auge zu behalten, da sie einen bedeutenden Zweig des DLT-Evolutionsbaums darstellen. Die kommenden Jahre könnten ein vielfĂ€ltiges Ăkosystem interoperabler Ledger sehen, in dem DAGs eine entscheidende Rolle bei der Skalierung und bei speziellen Anwendungen spielen und uns der Vision eines skalierbaren, dezentralen Webs nĂ€herbringen.
In den Worten einer Hedera-Publikation: DAG-basierte Ledger sind âein vielversprechender Schritt nach vornâ in der Entwicklung digitaler WĂ€hrungen und dezentraler Technologie â keine Patentlösung, um Blockchains vollstĂ€ndig zu ersetzen, sondern eine wichtige Innovation, die nebenher arbeiten und Verbesserungen in der gesamten Distributed-Ledger-Landschaft inspirieren wird.
Quellen: Die Informationen in diesem Bericht stammen aus einer Vielzahl glaubwĂŒrdiger Quellen, darunter akademische Forschung zu DAG-basiertem Konsens, offizielle Dokumentationen und Whitepapers von Projekten wie IOTA, Hedera Hashgraph, Fantom und Nano sowie technische Blogs und Artikel, die Einblicke in die Unterschiede zwischen DAG und Blockchain geben. Diese Referenzen unterstĂŒtzen die oben diskutierten vergleichenden Analysen, Vorteile und Fallstudien. Der fortgesetzte Dialog in der Web3-Forschungsgemeinschaft deutet darauf hin, dass DAGs ein heiĂes Thema bleiben werden, wĂ€hrend wir versuchen, das Trilemma von Skalierbarkeit, Sicherheit und Dezentralisierung in der nĂ€chsten Generation der Blockchain-Technologie zu lösen.