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ブロックチェーンにおける有向非巡回グラフ（DAG）

· 約42分
Dora Noda
Dora Noda
Software Engineer

DAGとは？ブロックチェーンとの違い​

**有向非巡回グラフ（Directed Acyclic Graph, DAG）**は、サイクルを形成しない有向エッジでノードを結んだデータ構造です。分散型台帳の文脈では、DAGベースの台帳はトランザクションやイベントを単一の直線的なチェーンではなく、網目状のグラフとして整理します。つまり、各ブロックが1つの前ブロックのみを参照する（直線的なチェーンを形成する）従来型のブロックチェーンと異なり、DAGでは1つのノードが複数の過去トランザクションやブロックを参照できます。その結果、トランザクションは時間順のブロックに一つずつ詰め込まれるのではなく、並列で承認できるようになります。

ブロックチェーンが多数のトランザクションを含むブロックの鎖に見えるとすれば、DAG型台帳は個々のトランザクションが枝分かれした樹や網のように見えます。DAGでは新しいトランザクションが1つ以上の既存トランザクションに接続（承認）できるため、次のブロックにまとめられるのを待つ必要がありません。この構造的な違いが、次のような要点につながります。

  • 並列検証: ブロックチェーンではマイナーやバリデーターが1ブロックずつ追加するため、トランザクションは新しいブロックごとにバッチで承認されます。DAGでは複数のトランザクション（あるいは小さな“ブロック”）を同時に追加でき、各トランザクションがグラフの別の部分に接続できます。この並列化によって、ネットワークは一本の長いチェーンが伸びるのを待つ必要がなくなります。
  • 全体順序がない: ブロックチェーンはすべてのトランザクションに一意の順番を与えます（各ブロックが直線的なシーケンスに位置づけられる）。対してDAG台帳はトランザクションの部分順序を形成します。“最新のブロック”が存在せず、グラフの先端（tip）が複数同時に存在し拡張されます。最終的にDAG内のトランザクションの順番や正当性を決めるためにコンセンサスプロトコルが必要になります。
  • トランザクションの確定: ブロックチェーンではトランザクションがマイニング（あるいはバリデーション）されたブロックに取り込まれ、そのブロックがチェーンに受け入れられ（さらに追加のブロックが重なる）ことで確定します。DAGシステムでは、新しいトランザクション自身が過去トランザクションを参照することで承認に貢献します。例えばIOTAのTangle（DAG）では各トランザクションが過去2つのトランザクションを承認する必要があり、ユーザー同士が相互に検証する形になります。これにより、ブロックチェーンのマイニングに存在する「トランザクション送信者」と「検証者」の明確な区別がなくなり、トランザクションを発行する参加者が少しずつ検証作業も担います。

重要なのは、ブロックチェーンはDAGの特殊ケースであるという点です。つまりブロックチェーンは、単一チェーンに制約されたDAGと捉えることができます。どちらも分散型台帳技術（DLT）の一種であり、不変性や分散化などの目標を共有します。ただしDAG型台帳は構造的に「ブロックレス」あるいはマルチペアレントであり、実用上の性質が異なります。ビットコインやイーサリアムのような伝統的ブロックチェーンは直列に並ぶブロックを採用し、競合するブロック（フォーク）は破棄するのが普通です。一方DAG台帳は、矛盾しない限り、すべてのトランザクションを取り込んで整理しようとします。この根本的な違いが、後述する性能や設計上の差異を生みます。

技術的比較：DAG vs ブロックチェーン​

DAGとブロックチェーンの違いをより理解するために、アーキテクチャと検証プロセスを比較してみましょう。

  • データ構造: ブロックチェーンはトランザクションをまとめたブロックを線形に連結し、各ブロックがただ1つの直前ブロックを指します。DAG台帳はグラフ構造を採用し、各ノードがトランザクションやイベントブロックを表し、複数の前ノードにリンクできます。この有向グラフは巡回しないため、リンクを「過去」に辿っても元のトランザクションに戻ってくることはありません。この性質が、参照先の後に必ず参照元が現れるようなトポロジカルソートを可能にします。要するに、ブロックチェーンは一次元の鎖、DAGは多次元のグラフです。
  • スループットと並行性: この構造差により、スループットも異なります。ブロックチェーンは理想的な条件下でも1ブロックずつ追加します（しばしば各ブロックがネットワーク全体に検証・伝播されるのを待つ必要があります）。この制約が取引スループットに限界を与えます。例えばビットコインは平均5～7 TPS、クラシックPoWのイーサリアムは15～30 TPS程度です。DAGでは多くの新しいトランザクションやブロックを同時にレジャーへ追加できます。複数の枝が同時に成長し後で合流できるため、潜在的なスループットは劇的に高まります。最新のDAGネットワークでは数千TPSを謳い、従来の決済ネットワークに匹敵または上回る性能を示すものもあります。
  • トランザクション検証プロセス: ブロックチェーンではトランザクションがメモリプールで待機し、マイナー／バリデーターが新ブロックにまとめた後、他のノードがチェーン履歴に照らして検証します。DAGでは検証がより継続的かつ分散的に進みます。新しいトランザクションが過去トランザクションを参照（承認）する検証アクションを担うためです。例えばIOTAのTangleでは、各トランザクションが有効性をチェックした上で小さなPoWを実行し、2つの先行トランザクションを承認します。Nanoのブロックラティス（DAG）では、各アカウントのトランザクションが独自チェーンを形成し、代表ノードによる投票で検証されます。結果的にDAGは検証作業を分散させ、単一のブロックプロデューサーがまとめて検証するのではなく、多数の参加者が並列に検証する構図になります。
  • コンセンサス機構: ブロックチェーンもDAGも、台帳の状態（どのトランザクションが確定し、どの順番か）をネットワーク全体で合意する必要があります。ブロックチェーンではPoWやPoSにより次のブロックを生成し、「最長（あるいは最重）チェーンが勝つ」というルールが一般的です。DAGでは単一チェーンがないため、コンセンサスはより複雑になる傾向があります。ゴシップとバーチャル投票（Hedera Hashgraphなど）や、マルコフ連鎖モンテカルロによるティップ選択（IOTA初期）など、プロジェクトごとにアプローチが異なります。後ほど具体的な方式を紹介します。全般的に、DAGでネットワーク全体の合意を得る方がスループット面では高速になり得ますが、同時並行するトランザクション間のコンフリクト（ダブルスペンドなど）処理が難しくなるため、慎重な設計が不可欠です。
  • フォーク処理: ブロックチェーンでは、ほぼ同時に2つのブロックが生成される「フォーク」が起こると、最終的に一方が勝者チェーンとして残り、もう片方は孤立ブロックとして破棄されます。この際の計算資源は無駄になります。DAGではフォークを追加の枝として受け入れる設計思想です。どちらの分岐もグラフに取り込み、コンセンサスアルゴリズムが最終的にどのトランザクションを確定させるか（競合はどう解決するか）を決めます。これにより、孤立ブロックに費やされた計算が無駄にならず、効率的です。例えばConfluxのTree-Graph（PoW型DAG）は、生成されたブロックを捨てずに全て台帳へ取り込み順序付けします。

まとめると、ブロックチェーンはシンプルで厳密に順序付けされた構造を提供し、検証はブロック単位で進みます。一方、DAGは複雑なグラフ構造によって非同期かつ並列にトランザクションを処理できるようにします。DAGベースの台帳はこの複雑さを管理するため追加のコンセンサスロジックが必要ですが、ネットワーク全体の能力を余すことなく活用できるため、スループットと効率の大幅向上が期待できます。

DAGベースのブロックチェーンシステムの利点​

DAGアーキテクチャは、従来型ブロックチェーンが抱えるスケーラビリティ・速度・コストの制約を克服するために導入されました。主な利点は次の通りです。

  • 高いスケーラビリティとスループット: DAGネットワークは多数のトランザクションを並列処理できるため、高い取引処理性能を発揮します。単一チェーンのボトルネックがないため、TPS（秒間トランザクション数）はネットワーク活動に比例して伸びやすくなります。Hedera Hashgraphはベースレイヤーで1万TPS以上に対応できるとされ、ビットコインやイーサリアムを大幅に上回ります。実際にHederaは約3〜5秒でトランザクションを確定でき、PoWブロックチェーンの数分に比べて圧倒的に速いです。FantomのようなDAG型スマートコントラクトプラットフォームでも、通常負荷で1〜2秒程度の即時性に近いファイナリティを実現しています。こうしたスケーラビリティは、IoTマイクロペイメントやリアルタイムデータ処理など、高トラフィック用途に適しています。
  • 低コスト（無料もしくは極小手数料）: 多くのDAG台帳は手数料がごくわずか、場合によっては完全無料です。一般的にマイナーによるブロック報酬や手数料に頼らない設計であり、IOTAやNanoでは必須手数料がありません。これはIoTのマイクロペイメントや日常利用に不可欠です。手数料が存在する場合（例：HederaやFantom）でも、ネットワークが高負荷でもブロックスペースの入札競争が起こりにくいため、非常に低く予測可能です。Hederaの送金手数料は約0.0001ドル（1万分の1ドル）とされ、従来チェーンの手数料と比べると桁違いに安いです。フォークによる無駄が少ないことも、間接的に低コスト維持に寄与します。
  • 高速確定と低レイテンシ: DAGではトランザクションがグローバルなブロックに含まれるのを待つ必要がないため、確定が早くなります。多くのDAGは迅速なファイナリティを実現します。Hedera HashgraphはABFTコンセンサスにより数秒で100%確定します。Nanoでは代表ノードによる軽量投票のおかげで1秒未満で確定することが多いです。低レイテンシはユーザー体験を大きく向上させ、現実世界の支払いにも適しています。
  • エネルギー効率: 多くのDAGネットワークはPoWマイニングのような計算集約型のプロセスを必要としないため、非常に低い電力で運用できます。PoSチェーンと比べても消費電力が少ないケースがあります。Hederaのトランザクション1件あたりの消費電力は約0.0001 kWhとされ、ビットコイン（1件あたり数百kWh）や多くのPoSチェーンより桁違いに少ないです。計算の無駄がなく、トランザクションが破棄されないことが効率化の要因です。DAGが広く採用されれば、大幅なエネルギー削減につながる可能性があります。Hederaのようにカーボンネガティブを宣言するプロジェクトもあり、持続可能なWeb3インフラとして注目されています。
  • マイニング不要と検証の民主化: 多くのDAGでは一般ユーザーでも検証プロセスに参加できます。IOTAではトランザクションを発行するユーザーが他の2件を承認するため、検証作業がネットワークの末端まで分散します。高価なマイニング装置や大規模ステーキングが不要で、参加障壁が低いと言えます（ただしネットワークによってはバリデーターやコーディネーターを採用している場合もあります）。
  • 高トラフィックへの対応力: ブロックチェーンでは高負荷時にメモリプールが溢れ、手数料が急騰します。DAGネットワークは並列性により、大量のトランザクションが流入しても複数の枝を広げて同時処理できるため、高負荷時もスムーズです。ハードキャップが緩く、横方向のスケールが可能です。そのためIoTデバイスの一斉通信やバイラルなDAppイベントなどでも遅延や手数料上昇が抑えられます。

要するに、DAG台帳は従来ブロックチェーンが苦手としてきた高速・低コスト・高スケールなトランザクション処理を実現します。ただし、その裏には特有のトレードオフや課題も存在し、後ほど詳しく触れます。

DAG型プラットフォームのコンセンサスメカニズム​

DAG台帳は単一のブロックチェーンを自然に生成しないため、トランザクションを検証し、ネットワーク全体の合意を得るための新しいコンセンサス機構が求められます。以下に代表的なアプローチを紹介します。

  • IOTA Tangle：ティップ選択と加重投票: IOTAのTangleはIoT向けに設計されたトランザクションのDAGです。マイナーが存在せず、各トランザクションが小さなPoWを実行して過去2つのトランザクションを承認します。ティップ（未承認トランザクション）の選択にはマルコフ連鎖モンテカルロ（MCMC）が採用され、最も重いサブタングルを優先して断片化を防ぎます。初期のIOTAでは、後続トランザクションからの累積的な承認によって確率的に確定していました。ただし、ネットワーク初期のセキュリティを確保するため、IOTA財団が運営する中央集権的なCoordinatorがマイルストーントランザクションを発行しファイナリティを担保していました。批判を受けたこの仕組みは「Coordicide」（IOTA 2.0）で廃止予定です。IOTA 2.0ではリーダーレスなナカモト型コンセンサスをDAG上で実現し、ノードがDAG上で投票を行います。ノードが新たなブロックを接続すると、そのブロックは参照するトランザクションの有効性に暗黙の投票を行います。ステーキングで選出されたバリデータ委員会がvalidation blockを発行し、十分な加重承認（approval weight）を得たトランザクションが確定します。つまりIOTAはティップ選択+Coordinatorから、DAG分岐に対する完全分散型投票へと進化し、安全性と迅速な合意形成を目指しています。
  • Hedera Hashgraph：ゴシップとバーチャル投票（aBFT）: Hedera HashgraphはイベントのDAGと非同期ビザンチン耐性（aBFT）コンセンサスを組み合わせています。中核となるアイデアは“gossip about gossip”です。各ノードがトランザクション情報だけでなく、自身のゴシップ履歴を署名付きで他ノードに広めます。これにより、誰がどの情報をいつ受け取ったかを含むハッシュグラフ（イベントのDAG）が形成されます。このグラフを基にHederaはバーチャル投票を実施します。トランザクション順序を決めるための実際の投票メッセージを送信する代わりに、ノードはハッシュグラフの構造を解析して仮想的な投票をローカルでシミュレーションします。これによりコンセンサスタイムスタンプと完全なトランザクション順序が得られ、公正かつ確定的（受信時間の中央値で順序付け）な結果が保証されます。Hashgraphのコンセンサスはリーダーレスで、1/3までの悪意あるノードを許容するaBFTを実現します。実際にはHederaは39社の評議会ノードが運営する許可型ネットワークですが、地理的には分散しています。秒単位で最終確定する高速・高安全なコンセンサスが特徴です。アルゴリズムは特許化されていましたが2024年にオープンソース化され、DAG+革新的コンセンサス（ゴシップとバーチャル投票）の可能性を示しています。
  • Fantom Lachesis：リーダーレスPoS aBFT: FantomはDAGベースのコンセンサスLachesisを採用したスマートコントラクトプラットフォームです。Hashgraphに着想を得たaBFT PoSプロトコルで、各バリデーターが受信したトランザクションをイベントブロックとしてまとめ、自身のローカルDAGに追加します。イベントブロックは過去イベントへの参照を含み、非同期にゴシップされます。バリデーターは、スーパー多数のノードが認識したイベントをマイルストーン（root event）として識別し、最終的にOpera Chain（線形なブロックチェーン）へコミットします。つまりDAGで高速非同期コンセンサスを実現し、最終結果を互換性の高い線形チェーンに変換する仕組みです。Fantomのトランザクションは1～2秒程度でファイナリティを得られ、ベンチマークでは数千TPSも可能とされます。Lachesisにはマイナーやリーダーが存在せず、全バリデーターがイベントブロックを生成しプロトコルが決定的に順序付けます。PoSによって安全性が担保され、aBFT特性により1/3のノード障害に耐えます。開発者にとってはEVM互換の通常のチェーンとして扱えるため、内部的にDAGを使いながら複雑さを隠蔽した好例です。
  • NanoのOpen Representative Voting（ORV）: Nanoはブロックラティスと呼ばれるDAG構造を用いた決済特化の暗号資産です。各アカウントに固有のブロックチェーン（アカウントチェーン）が存在し、所有者だけが更新できます。これらの個別チェーンがDAGを形成し、アカウント間の送金は非同期的にリンクされます（送金側の送信ブロックと受信側の受信ブロック）。コンセンサスはOpen Representative Voting（ORV）で達成され、ユーザーが残高重みを代表ノードに委任し、代表がトランザクションの有効性に投票します。各トランザクションは個別に処理され（複数Txをまとめたブロックは存在しない）、投票重みの過半数（例：67%以上）が賛成すると確定します。正直なアカウント所有者は二重支出しないため、フォークは稀で悪意の試みに限られます。代表が迅速に否決できるため、1秒未満でファイナリティを得られることが多いです。ORVはPoSに似ており、投票重みが残高に比例しますが、ステーキング報酬や手数料がありません。マイニングもブロック生成も不要で、Nanoは無料かつ効率的に動作します。ただし代表ノードのオンライン状態に依存し、大きな投票重みが特定ノードに集中する傾向があり、ある種の中央集権リスクは存在します（ユーザーが代表を変更できるため、最終的な統制はコミュニティ側にあるとされています）。
  • その他のアプローチ: ここまでに挙げた以外にもDAGベースのコンセンサスが存在します。
    • Avalancheコンセンサス（Avalanche/X-Chain）: AvalancheはDAGを活用したコンセンサスで、バリデーターがランダムに相互サンプリングを繰り返し、優先するトランザクション／ブロックを決めます。AvalancheのX-Chain（交換チェーン）はUTXOのDAGで、このサンプリングによって合意に達します。確率的ながら非常に高速かつスケーラブルで、トランザクションは約1秒で確定し、サブネットあたり4,500 TPSまで対応可能とされています。Snowballプロトコルと呼ばれるメタスタブルコンセンサスとDAG構造を組み合わせた独自の仕組みで、十分なステークがあれば誰でもバリデーターになれます。
    • Conflux Tree-Graph: ConfluxはビットコインのPoWをDAGブロックに拡張したプラットフォームです。ブロックが単一の親だけでなく既知のすべての過去ブロックを参照するTree-Graph構造を採用し、孤立ブロックを排除します。これによりPoWを利用しながらも、フォークを全て台帳に取り込み高いスループットを実現します。理論上は3,000～6,000 TPSに達するとされ、マイナーがチェーンの成長を待たず継続的にブロックを生成できます。ヘビエストサブツリー規則で順序付けと競合解決を行うPoW型DAGの代表例です。
    • 学術系プロトコル: SPECTREやPHANTOM（DAGlabsによる高速確定志向のblockDAG）、Aleph Zero（Aleph Zeroチェーンで使われるDAG aBFT）、Parallel Chains / Prism（並列サブチェーンとDAGでトランザクション確定を分担）、SuiのNarwhal & Bullshark（高スループットのDAGメモリプール＋独立した最終合意）など、研究段階や実装初期のDAGプロトコルも多数存在します。可用性と整合性を分離する設計が多く見られ、高速書き込みと一貫性の両立を狙っています。

このようにDAGプラットフォームは用途に合わせてコンセンサス設計を最適化しています。共通するテーマは、単一のシリアルボトルネックを避けることです。ゴシップ、投票、サンプリングなどの巧妙なアルゴリズムで並列活動を整序し、ネットワークを「一列のブロック生産者」に縛らない工夫がなされています。

ケーススタディ：主要なDAG型プロジェクト​

DAG型台帳を実装したプロジェクトは数多くあり、それぞれ設計思想や用途が異なります。代表的な例を見てみましょう。

  • IOTA（The Tangle）: IOTAはIoT向けに設計された初期のDAG型暗号通貨の1つです。台帳であるTangleは各トランザクションが2件の過去トランザクションを承認するDAGで、手数料ゼロのマイクロペイメントをIoTデバイス間で可能にします。2016年にローンチされ、初期は攻撃防止のためIOTA財団がCoordinatorノードを運営していました。現在は投票型コンセンサスを導入し、完全分散化（Coordicide）を目指しています。理論上はトランザクションが多いほど速く確定する性質があり、テストネットでは数百TPSを確認済み。IOTA 2.0ではIoT需要に応じてスケールする見込みです。ユースケースはIoTとデータの完全性が中心で、センサーのデータストリーミング、車車間決済、サプライチェーン追跡、DID（IOTA Identity）などがあります。基盤レイヤーではスマートコントラクトを持たず、別レイヤーで対応する構造です。送信者が小さなPoWを行うことでトランザクションを無料化しているため、高頻度・低額の送受信に向いています。
  • Hedera Hashgraph（HBAR）: HederaはHashgraphコンセンサス（Leemon Baird博士が発明）を採用したパブリックDLTです。2018年に開始され、GoogleやIBM、Boeingなど大企業からなる評議会がノードを運営します。ガバナンスは許可制で、現在は最大39ノードがコンセンサスを担当しますが、誰でもネットワークを利用可能です。HashgraphのDAGにより、最適条件で1万TPS超・3〜5秒のファイナリティを達成します。トークンサービス（HTS）、イベントログのためのコンセンサスサービス、EVM互換のスマートコントラクトなど、企業やWeb3ユースケースにフォーカスしています。Avery Dennisonによるサプライチェーン証跡、手数料の安さを活かしたNFT大量発行、広告テックでのマイクロペイメント、DIDソリューションなどが稼働中です。Hashgraphはフォークが発生せず、公平な順序決定を数学的に保証する点も特徴です。ノード数は限定されているものの、地理的分散と将来的なオープン化が計画されています。
  • Fantom（FTM）: FantomはDAGコンセンサスLachesisを採用したレイヤー1スマートコントラクトプラットフォームです。2019年にローンチし、2021～2022年のDeFiブームでイーサリアム互換ながら高速・低コストである点が注目されました。OperaネットワークがLachesis aBFTを実行し、バリデーターがローカルDAGでイベントブロックを保持して合意に達し、最終的に線形チェーンへ確定させます。その結果、約1秒のファイナリティと数千TPS規模のスループットが可能です。FantomはEVM互換で、Solidityのスマートコントラクトや既存ツールをそのまま使えるため、DeFiプロジェクトの移植が進みました。DEX、レンディング、イールドファーミングなど多数のDAppに利用されており、NFTやゲームも展開されています。DAGプラットフォームとしては珍しく、数十の独立したバリデーターがネットワークを保護しており、許可不要で誰でもステーキング可能です。FTMトークンはステーキング、ガバナンス、手数料に使われ、取引コストは数セント以下とされています。
  • Nano（XNO）: Nanoは2015年にRaiBlocksとして登場した軽量暗号通貨で、ブロックラティス構造のDAGを採用しています。主眼は即時・無料のP2Pデジタルキャッシュです。各アカウントが専用チェーンを持ち、送信者が自分のチェーンで送金ブロック、受信者が自分のチェーンで受信ブロックを発行します。非同期設計によりトランザクションを独立かつ並列に処理できます。Open Representative Voting（ORV）により、ユーザーが代表ノードを指名し、その投票で競合トランザクションを解決します。フォークは主に悪意の二重支出試行に限られ、代表が迅速に却下します。通常、1秒未満で確定します。マイニングや手数料がないため、代表ノードの運用はボランティアベースですが、取引サイズが小さく処理も軽量なので負担は小さく済みます。NanoはIoTやモバイルでも扱いやすい低消費電力で、主な用途は決済、オンラインチップ、海外送金などです。スマートコントラクトは備えていませんが、「支払いに特化して一つのことを突き詰める」設計になっています。
  • Hedera vs IOTA vs Fantom vs Nano の比較表:
プロジェクト（年）データ構造 & コンセンサス性能（スループット & ファイナリティ）主な特徴・ユースケース
IOTA (2016)トランザクションDAG（Tangle）。各Txが2件を承認。初期はCoordinatorで保護、リーダーレス合意へ移行中（最重DAG投票、マイナー不要）。活動量に応じて理論上高TPS。アクティブなネットワークで約10秒確定（負荷が高いほど高速化）。ファイナリティ改善を継続研究中。手数料はゼロ。IoTマイクロペイメントとデータ整合性、サプライチェーン、センサー、車載、DID（IOTA Identity）。ベースレイヤーにスマートコントラクトはなく、別レイヤーで対応。
Hedera Hashgraph (2018)イベントDAG（Hashgraph）。gossip-about-gossip＋バーチャル投票（aBFT）。約29～39の評議会ノード（PoS重み）。マイナーなし。タイムスタンプで順序付け。最大約10,000 TPS。トランザクションのファイナリティ3～5秒。トランザクションあたり消費電力約0.0001 kWh。固定手数料約0.0001ドル。エンタープライズ＆Web3アプリ：トークン化（HTS）、NFTとコンテンツ配信、決済、サプライチェーン追跡、ヘルスケアデータ、ゲーム等。大企業によるガバナンス。EVM互換。
Fantom (FTM) (2019)バリデータのイベントブロックDAG。Lachesis aBFT PoS（リーダーレス）。各バリデータがDAGを構築し、最終的に線形チェーン（Opera Chain）へ。実運用で数百TPS（DeFi利用時）。ファイナリティ約1～2秒。ベンチマークでは数千TPS。手数料は数セント未満。高速L1のDeFi & スマートコントラクト。EVM互換でSolidity DAppをそのまま利用。DEX、レンディング、NFTマーケットなどに最適。誰でもステーキング可能で分散バリデータ。
Nano (XNO) (2015)アカウントチェーンのDAG（ブロックラティス）。各Txが独立ブロック。Open Representative Voting（コンフリクト解決のdPoS型投票）。マイニング・手数料なし。ネットワークI/O次第で数百TPS。通常1秒未満で確定。手数料は完全無料。極めて低いリソース消費（IoT/モバイル向け）。即時決済向けデジタル通貨。マイクロペイメント、チップ、リテール決済に最適。スマートコントラクトは非対応。非常に省電力。コミュニティ運営の代表ノード。

（表：主要なDAG型台帳プロジェクトの比較。TPS＝Transactions Per Second）

このほかにも、条件付き支払い・データ保存に焦点を当てたObyte（Byteball）、IoT向けのIoT Chain (ITC)、コンセンサスにDAGを活用する大型DeFiプラットフォームAvalanche、中国発の高スループットPoW DAGであるConflux、学術プロトタイプのSPECTRE/PHANTOMなど、多彩なDAG系プロジェクトが存在します。ここで挙げた4例（IOTA, Hedera, Fantom, Nano）は、ゼロ手数料IoTからエンタープライズ用途、DeFiスマートコントラクトチェーンまで、DAG構造が幅広い目的で活用されていることを示しています。

Web3エコシステムにおけるDAG技術のユースケース​

DAGベースのブロックチェーンは、その高性能と特異な性質から、特定のユースケースに特に適しています。以下はWeb3で注目される代表的および将来有望なユースケースです。

  • IoT（モノのインターネット）: IoTでは多数のデバイスがデータを送信し、機器同士で支払いを行うケースが想定されます。IOTAなどのDAG台帳はまさにこのシナリオを念頭に設計されました。手数料ゼロのマイクロペイメントと高頻度の小額取引処理能力により、デバイスが動的に帯域やサービス料金を支払えます。例として、電気自動車が充電スタンドへ自動で少額決済したり、センサーがデータマーケットでリアルタイムに情報を販売したりできます。IOTAのTangleはスマートシティ実証やサプライチェーンIoT統合、センサーデータの検証付きストリーミングなどで活用されています。大規模IoTネットワークが発生させる膨大なトランザクションを捌けるスケーラビリティと低コストが大きな魅力です。
  • DeFi（分散型金融）: DEX、レンディング、決済ネットワークなどのDeFiアプリケーションは高スループットと低レイテンシを求めます。DAG型スマートコントラクトプラットフォーム（例：Fantom、シンプルな資産転送に特化したAvalancheのX-Chainなど）は、混雑時でもトレードを高速・低コストで決済できる利点があります。2021年にはFantomがDeFiの活況を迎え、イーサリアムほどの混雑・高手数料に悩まされませんでした。迅速なファイナリティにより、取引不確実性（遅いチェーンでブロック確定を待つ間のリスク）も減少します。また、NanoのようなDAG通貨はピアツーピア送金やL2マイクロペイメントレールとしてDeFiの一端を担う可能性があります。高頻度トレードや複雑なDeFiトランザクションを滑らかに処理できる点も魅力です。
  • NFTとゲーム: NFTブームでは、ミントや送付にかかる高額手数料が問題となりました。DAGネットワーク（HederaやFantomなど）では、NFTミントにかかるコストが数分の1セントに抑えられるため、ゲーム内アイテムやコレクティブル、大規模配布に向いています。Hedera Token Serviceは低コストでネイティブトークン・NFTを発行でき、コンテンツプラットフォームや大学証明書などで活用されています。ゲームではマイクロトランザクションが多発するため、遅延や手数料負担が少ないDAGは報酬配布やアイテム取引を高速化できます。人気ゲームやNFTコレクションが数百万人を集めてもネットワークが耐えられる高スループットは大きな武器です。
  • 分散型ID（DID）と認証: IDシステムは不変の台帳でアイデンティティや資格情報をアンカーする必要があります。DAGは潜在的に数十億件規模のIDトランザクションを低コストで処理できるため有望です。IOTA Identityはdid:iotaメソッドを提供し、本人が管理するIDドキュメントをTangle上に参照できます。検証者はDAGから証明を取得できます。HederaもDID領域に注力し、大学の学位証明やワクチン証明、サプライチェーンのコンプライアンスログ（Hedera Consensus Service）などで利用されています。DAGは書き込みが安価で高速であり、鍵のローテーションや資格付与といったID状態の更新にも適します。Hashgraphのように秩序立ったタイムスタンプを提供する仕組みは、監査やコンプライアンスの記録にも有用です。
  • サプライチェーンとデータ完全性: サプライチェーンでは商品が製造・輸送・検品など多くのイベントを生成します。HederaやIOTAはこれらイベントをDAG台帳へ記録し、改ざん耐性と透明性を提供します。高スループットのおかげで、巨大サプライネットワークの全品目スキャンにも耐えられます。低コストなので低価値イベントでも記録可能です。エネルギー網や通信などのIoTデータ完全性にも適しており、DAGにログを残して後から改ざんされていないことを証明できます。Constellation NetworkのDAGは大規模データ検証（米空軍のドローンデータなど）に焦点を当て、信頼性の高い大容量データ処理を実現しています。
  • 決済と送金: 即時かつ無料のトランザクションは、NanoやIOTAのようなDAG通貨を決済用途に適しています。Nanoはオンラインチップや海外送金などで採用例があり、数セント単位の支払いも即座に行えます。DAGネットワークは高速決済レールとしてPOSシステムやモバイルアプリと統合できます。実店舗でのコーヒー代の支払いでも、遅延やコストを気にせずに済みます。HederaのHBARも高速・低手数料を活かした決済実証が進んでいます。高いキャパシティにより、ショッピングイベントなどのピーク時でも性能を維持できる点が利点です。
  • リアルタイムデータフィードとオラクル: オラクルは外部データをスマートコントラクトに提供するため、大量のデータポイントを台帳に書き込む必要があります。DAG台帳は高スループットで、価格情報や天候データ、IoTセンサー読み取りなどをタイムスタンプ付きで記録できます。Hedera Consensus Serviceはオラクルプロバイダがデータを他チェーンへ供給する前にタイムスタンプを付ける用途で利用されています。データが鮮度を保ち、高速なストリームにも対応可能です。分散型Web3分析や広告でクリック・インプレッションを透明に記録する際も、DAGバックエンドが活躍します。

これらのユースケースに共通するのは、DAGネットワークがスケーラビリティ・スピード・コスト効率を提供し、分散化できる領域を拡大する点です。トランザクション頻度が高い場面（IoT、マイクロペイメント、機械データ）や、ユーザー体験として高速かつスムーズなやり取りが求められる場面（ゲーム、決済）で特に強みを発揮します。ただし、すべてのユースケースがDAGへ移行するわけではありません。既存ブロックチェーンの成熟度やセキュリティ、ネットワーク効果（例：Ethereumの巨大な開発者コミュニティ）が勝る場合もあります。それでもDAGは、従来チェーンが苦手とするシナリオで独自のポジションを築きつつあります。

DAGネットワークの課題​

利点が多い一方で、DAGベースの台帳には固有の課題も存在します。主要なものを確認しましょう。

  • 成熟度と安全性: 多くのDAGコンセンサスアルゴリズムは比較的新しく、ビットコインやイーサリアムのように長年検証されたわけではありません。そのため未知の脆弱性や攻撃ベクトルが潜む可能性があります。複雑な構造が攻撃の余地を広げることも指摘されています。例えばDAGに大量の分岐（サブタングル）を注入して混乱させたり、並行構造を悪用して合意前にダブルスペンドを仕掛けたりする攻撃が考えられます。実際、IOTAは初期に不正送金事件が起こり、Coordinatorを一時停止した事例もあります。モデルの洗練が進む一方で、完全な安全性を証明するには時間が必要です。また、一部のDAG（Coordicide前のIOTAなど）は確率的ファイナリティしか提供しておらず、絶対確定までに不確実性が残る点が課題でした（HashgraphやFantomのように瞬時ファイナリティを提供する例もあります）。
  • コンセンサスの複雑さ: DAGで合意を取るには、ゴシッププロトコルやバーチャル投票、ランダムサンプリングなど複雑なアルゴリズムが必要になります。その結果、コードベースが大きく複雑になり、バグのリスクが増加します。開発者が理解・監査しづらく、導入に慎重になる要因にもなります。チェーン最長規則のような単純明快さはなく、Hashgraphの仮想投票やAvalancheのランダムサンプルなどは直感的に理解しにくい部分があります。開発者ツールやライブラリもブロックチェーンに比べ成熟しておらず、開発体験はやや厳しいという指摘もあります。
  • 分散性とのトレードオフ: 現状のDAG実装では、性能を優先するあまり分散性が犠牲になっている例があります。Hederaのように評議会ノードが固定されているケースでは、誰でもバリデータ参加できるわけではなく、中央集権的と批判されることがあります。IOTAは長らく中央Coordinatorに依存していました。Nanoでは大口保有者が代表ノードとして大きな投票権を持つことが多く（PoWチェーンにおけるマイニングプール集中に似ています）、権力集中リスクがあります。理論的には高度に分散したDAGネットワークも可能ですが、実際に大規模チェーン並みのノード数を確保できている例はまだ少数です。
  • トラフィック依存性（安全性 vs スループット）: 一部のDAGネットワークは高いトランザクション量を前提に安全性を維持する設計です。IOTAでは多数の正直なトランザクションが相互に承認し合うことで、悪意ある分岐を押しのける「重さ」を獲得します。ネットワーク活動が低いと、ティップが承認されにくくなったり、攻撃者がグラフの一部を書き換えやすくなったりする恐れがあります。対照的にビットコインなどのブロックチェーンは、トランザクション数が少なくてもマイナーがブロックを拡張する限り安全性は維持されます。つまりDAGは高負荷時に強いが、低負荷時には性能や安全性が安定しない可能性があり、維持には工夫が要ります（IOTAのCoordinatorやバックグラウンドの維持トランザクションなど）。
  • 順序決定と互換性: DAGは部分順序を生むため、最終的に決定的な順序を得るには複雑な処理が必要です。スマートコントラクトのように状態を持つシステムでは、トランザクションに完全な順序が必要で、並行に承認された取引がコンフリクトを起こす場合に全ノードで同一の結論を出す必要があります。Fantomのように最終的に線形チェーンを構築してEVMに対応する例もありますが、純粋なDAG上で状態管理を行うのは難しく、当初は支払い用途に焦点を絞ったプロジェクトが多かった理由でもあります。既存ブロックチェーンとの連携（例：DAGとEVMの接続）も非自明で、互換性確保には追加の仕組みが必要です。
  • ストレージと同期: DAGが大量の並列トランザクションを許容すると、台帳サイズが急速に増大します。不要になった古いトランザクションを安全に剪定（プルーニング）するアルゴリズムや、全体を保持せずに検証できるライトクライアントの仕組みが必要です。研究分野では到達可能性の課題として、新規トランザクションが効率的に過去のトランザクションに接続できるか、履歴を安全に短縮できるかが議論されています。ブロックチェーンもデータ肥大化の問題は抱えますが、DAGの構造は残高計算や部分的な証明生成を複雑にする場合があります。
  • 認知とネットワーク効果: 技術以外の面でも、DAGプロジェクトはブロックチェーンが支配する市場で実績を示す必要があります。多くの開発者・ユーザーはブロックチェーンに慣れ親しんでおり、既存チェーンのユーザーベースやツール、インフラの充実が参入障壁になります。DAGが「ブロックチェーンキラー」といった誇張的な宣伝をすると懐疑的な目で見られることもあります。実際に大規模ユーザーを獲得し、目に見える価値を証明するまで時間がかかります。取引所上場やカストディ対応、ウォレットサポートなど、エコシステム全体の整備も必要で、これは従来チェーンでも大きな課題です。

このように、DAGは性能向上の代わりに複雑さを受け入れていると言えます。コンセンサスの複雑化、一部実装での中央集権性、既存チェーンに匹敵する信頼の獲得など、多くの課題があります。研究コミュニティではこれらの問題が活発に議論されており、2024年のSoK論文ではDAGプロトコルの多様化とトレードオフの理解が進んでいることが示されています。プロジェクトの成熟に伴い、Coordinator撤廃やオープン参加、開発ツール改善などが期待されますが、DAGを採用する際にはこれらの点を考慮する必要があります。

採用動向と今後の展望​

DAGベースのブロックチェーン技術は、伝統的なブロックチェーンに比べればまだ普及の初期段階にあります。2025年時点で大規模にDAGを採用するパブリックDLTは、Hedera Hashgraph、IOTA、Fantom、Nano、Avalanche（一部コンポーネント）、その他数件に限られます。一方、チェーン型ブロックチェーンは依然として主流です。しかし、業界と学術界の双方でDAGへの関心が着実に高まっています。主なトレンドを整理します。

  • プロジェクト数と研究の増加: DAGやハイブリッドアーキテクチャを探る新プロジェクトが増えています。例えばAleph Zeroはプライバシー志向のネットワークで高速な順序決定にDAGコンセンサスを採用し、SuiやAptos（Move言語チェーン）はDAGベースのメモリプールや並列実行エンジンを導入しています。学術研究も活発で、SPECTRE、PHANTOM、GhostDAGなど新プロトコルの提案や、包括的な分析（SoK論文）が進んでいます。公平性確保、DAGの剪定、動的環境でのセキュリティなど、既存の弱点を克服する成果が今後の実装に取り入れられるでしょう。
  • ハイブリッドモデルの主流化: 興味深い傾向として、従来型ブロックチェーンが内部的にDAGの概念を取り入れ性能を高める動きがあります。Avalancheは外見上ブロックチェーンですが、コアではDAGコンセンサスを用いており、DeFiやNFTで広く採用されています。ユーザーは基盤がDAGであると意識せずに利用でき、ニーズ（高速・低コスト）を満たせばDAGが自然に受け入れられることが示されました。FantomがOpera ChainでDAGを内蔵しつつ開発者には従来チェーンのインターフェースを提供したように、今後も内部エンジンとしてDAGを使いながら、表面はチェーン型に見せる戦略が増えるかもしれません。
  • 企業・特定分野での採用: 高スループットやコスト予測性を求め、許可型ネットワークに抵抗の少ない企業はDAG台帳を検討する傾向があります。Hederaの評議会モデルは大手企業を惹き付け、金融資産のトークン化やソフトウェアライセンス管理などのユースケースを推進しています。電気通信の決済、広告インプレッション管理、銀行間送金などの業界コンソーシアムもDAGベースDLTを模索しています。IOTAはEU資金によるインフラプロジェクトやデジタルID、産業IoTでの試験導入に参加しており、これらが成功すれば業種横断的な採用につながる可能性があります。
  • コミュニティと分散化の前進: 初期に批判された中央集権的要素は徐々に改善されつつあります。IOTAのCoordicideが成功すれば、ステーキングとコミュニティ主導のバリデーターによる完全分散化が実現します。Hederaもコードをオープンソース化し、長期的にはさらなるガバナンス分散を示唆しています。Nanoコミュニティも代表ノードの分散化を促進しています。こうした動きはDAGネットワークの信頼性向上に不可欠であり、Web3コミュニティとの親和性を高めるでしょう。
  • 相互運用性とレイヤー2: DAGはスケーリングレイヤーや相互運用ネットワークとして活用される可能性もあります。たとえば、高速なレイヤー2としてDAGを用い、一定間隔でイーサリアムに結果をアンカーする方法が考えられます。あるいはDAGネットワークと既存ブロックチェーンをブリッジで接続し、資産を最も安価な場所に移して取引するアーキテクチャもあり得ます。ユーザー体験がシームレスであれば、高速DAG上で取引しつつ、最終的なセキュリティや決済をベースチェーンに依存するという使い分けが可能です。
  • 将来展望：当面は補完的存在: 擁護者も認めるように、DAGはブロックチェーンを完全に置き換えるものではなく、補完的な選択肢として位置づけられています。当面はブロックチェーンとDAGが共存する異種ネットワーク環境が続き、それぞれが得意分野を担うでしょう。DAGはマイクロトランザクションやデータ記録など高頻度のバックボーンを担い、ブロックチェーンは高価値決済やシンプルで堅牢な用途に適している、といった棲み分けが想定されます。長期的には、DAGが十分なセキュリティと分散性を実証し続ければ、分散台帳の主流パラダイムになり得るという見方もあります。エネルギー効率の高さは、持続可能性を重視する規制環境にも合致するため、採用が後押しされるかもしれません。
  • コミュニティの期待感: Web3コミュニティの一部では、「DAGこそ次世代DLT」という強い期待があります。「DAGは未来であり、ブロックチェーンはやがてダイヤルアップ回線のように古めかしく感じられる」という声も聞かれます。とはいえ、現実的な成果で証明する必要があります。分散性と安全性を犠牲にせず、スピードを両立できることをDAGが示さなければなりません。

総じて見ると、DAGの将来は慎重ながらも明るいと言えます。現状ではブロックチェーンが主流ですが、DAGプラットフォームは特定領域で存在感を高めており、研究の進展に伴って両者の優れた点を取り入れたハイブリッドな発展が期待されます。ブロックチェーンがDAG的な改良を取り入れ、DAGがブロックチェーンのガバナンスやセキュリティの知見を学ぶことで、相互補完的なエコシステムが形成されていくでしょう。スケーラビリティ・セキュリティ・分散性のトリレンマ解決に向け、DAGは重要な選択肢として注目すべき領域です。

Hederaの言葉を借りれば、DAG型台帳は「デジタル通貨と分散型テクノロジーの進化における有望な一歩」です。ブロックチェーンを完全に置き換える銀の弾丸ではなく、相互に刺激し合いながらDLT全体を前進させる重要なイノベーションとして位置づけられています。

参考文献: 本レポートの情報は、DAGコンセンサスに関する学術研究、IOTA・Hedera Hashgraph・Fantom・Nanoといったプロジェクトの公式ドキュメント／ホワイトペーパー、DAGとブロックチェーンの比較を扱った技術ブログや記事に基づいています。これらの資料が本稿の比較分析や利点、ケーススタディを支えています。Web3研究コミュニティにおける継続的な議論からも、スケーラビリティ・セキュリティ・分散性のトリレンマ解決に向けてDAGが重要なテーマであり続けることが示唆されています。