O que é um directed acyclic graph (DAG)?

A tecnologia directed acyclic graph (DAG) constitui uma inovação marcante no domínio dos registos distribuídos, apresentando uma alternativa à arquitetura tradicional de blockchain. Apesar de a tecnologia blockchain ter transformado o setor financeiro ao assegurar um processamento de transações descentralizado, transparente e seguro, o DAG surgiu como uma evolução resultante do universo fintech. Compreender o que é um DAG enquanto estrutura de dados e a sua aplicação em sistemas de criptomoedas é fundamental para quem aprofunda as tecnologias modernas de registos distribuídos. Este artigo apresenta os princípios fundamentais da tecnologia DAG, os seus mecanismos operacionais e a comparação com sistemas blockchain convencionais.

DAG vs tecnologia blockchain

Um directed acyclic graph (DAG) é uma ferramenta de modelação e estruturação de dados adotada por determinadas criptomoedas como alternativa à tecnologia blockchain. Para perceber o que é um DAG em termos de dados, importa reconhecer que a arquitetura DAG distingue-se radicalmente da blockchain na sua própria estrutura. Em vez de dispor os dados em blocos sequenciais, o DAG utiliza uma estrutura baseada em grafos, composta por círculos e linhas. Cada círculo, denominado vértice, representa uma atividade ou transação individual a integrar na rede. As linhas, denominadas arestas, indicam o fluxo direcional e a ordem de aprovação das transações.

A expressão "directed acyclic graph" advém de duas características essenciais desta arquitetura. É "directed" porque as ligações entre vértices seguem apenas um sentido, assegurando uma ordem cronológica inequívoca das transações. É "acyclic" porque os vértices não formam ciclos nem retornam ao ponto de origem, impedindo dependências circulares. Esta estrutura permite uma modelação eficiente dos dados e possibilita aos utilizadores analisar as relações entre múltiplas variáveis e como estas se influenciam mutuamente.

No domínio das criptomoedas, a arquitetura DAG permite que projetos alcancem consenso em redes distribuídas sem recorrer à criação tradicional de blocos nem à mineração. As transações são construídas diretamente umas sobre as outras, sem agrupamento em blocos, o que potencia velocidades de transação e eficiência de rede superiores face aos sistemas blockchain tradicionais.

Qual a diferença entre um DAG e uma blockchain?

Embora DAGs e blockchains desempenhem funções semelhantes no setor das criptomoedas, diversas diferenças estruturais separam estas tecnologias. Ao analisar o que é um DAG em arquitetura de dados, a distinção mais clara reside na sua composição. As blockchains agrupam transações em blocos sequenciais, ligados entre si por criptografia e formando uma cadeia visual. Em contrapartida, os DAG não criam blocos: as transações ligam-se diretamente umas às outras e formam um grafo.

A representação gráfica destas tecnologias é também distinta. As blockchains assemelham-se a uma cadeia linear de blocos ligados, enquanto os DAG apresentam grafos complexos, com múltiplos nós interligados e arestas direcionais. Esta diferenciação estrutural repercute-se no modo como as transações são processadas, validadas e adicionadas à rede. A ausência de blocos nos sistemas DAG elimina intervalos temporais entre blocos, permitindo um processamento de transações mais flexível e, potencialmente, mais rápido.

Como funciona a tecnologia DAG?

O funcionamento da tecnologia DAG é simultaneamente simples e altamente eficiente. Para compreender o que é um DAG em operações de dados, é determinante perceber que um sistema baseado em DAG integra vértices (círculos) e arestas (linhas), sendo que cada vértice representa uma transação. Quando um utilizador pretende submeter uma nova transação à rede, tem de confirmar previamente uma ou mais transações submetidas antes da sua. Estas transações ainda não confirmadas designam-se por "tips".

O processo de confirmação decorre da seguinte forma: antes de submeterem uma transação, os utilizadores têm de validar as tips existentes na rede. Após confirmarem estas tips e submeterem a sua própria transação, esta passa a ser a nova tip, aguardando confirmação de utilizadores seguintes. Este modelo cria um sistema autossustentado, em que a comunidade vai construindo sucessivas camadas de transações e a rede cresce organicamente pela participação dos utilizadores.

Para evitar ataques de double-spending, a tecnologia DAG inclui um mecanismo de validação que rastreia todo o histórico transacional. Ao confirmar transações antigas, os nós avaliam o percurso completo até à transação inicial. Este processo de verificação garante que os saldos das contas são suficientes e todas as transações anteriores são legítimas. Utilizadores que tentem construir sobre um percurso inválido arriscam-se a ver as suas transações ignoradas pela rede, mesmo que sejam legítimas, já que o sistema detetará inconsistências no saldo devido a transações inválidas anteriores.

Para que serve o DAG?

Compreender o que é um DAG nas aplicações de dados evidencia vários casos de uso relevantes no ecossistema das criptomoedas. A principal aplicação reside no processamento de transações com maior eficiência do que os sistemas blockchain convencionais. A ausência de blocos elimina tempos de espera ligados à criação e mineração de blocos, permitindo o envio contínuo de transações. O único requisito é a confirmação de transações anteriores antes de novas submissões, fomentando um processo de validação participativo.

A eficiência energética constitui uma vantagem adicional da tecnologia DAG. Ao contrário das blockchains baseadas em algoritmos de consenso Proof of Work (PoW), com elevada exigência computacional, as criptomoedas que utilizam DAG consomem apenas uma fração dessa energia. Se bem que alguns sistemas DAG possam ainda recorrer a PoW, os seus requisitos energéticos são bastante inferiores aos da mineração tradicional em blockchain.

A tecnologia DAG é especialmente indicada para micropagamentos. Os sistemas blockchain convencionais apresentam dificuldades nestes contextos, pois as taxas de transação podem superar o valor do pagamento. Nos sistemas DAG, este constrangimento é ultrapassado ao eliminar ou reduzir significativamente as taxas de processamento, requerendo apenas taxas mínimas de nó. Mesmo em situações de congestionamento da rede, estas taxas mantêm-se baixas e estáveis, tornando o DAG atrativo para aplicações que exijam transações frequentes de baixo valor.

Quais criptomoedas utilizam DAG?

Embora a eficiência do DAG seja amplamente reconhecida no setor das criptomoedas, apenas um número restrito de projetos a adota atualmente. A IOTA é um dos exemplos mais conhecidos. Lançada há vários anos, a IOTA (MIOTA) retira o seu nome de "Internet of Things Application". O projeto é reconhecido pela rapidez das transações, escalabilidade, segurança, privacidade e integridade dos dados.

A IOTA utiliza uma estrutura própria denominada Tangle, composta por nós e tangles — combinações de múltiplos nós utilizados na validação de transações. O sistema obriga os utilizadores a validar duas outras transações antes de a sua transação ser aprovada. Este mecanismo assegura a participação de todos no algoritmo de consenso, mantendo a descentralização da rede.

A Nano é outro projeto que recorre à tecnologia DAG, optando por uma abordagem híbrida que conjuga elementos de DAG e blockchain. Toda a transmissão de dados ocorre por via de nós e cada utilizador detém a sua própria carteira, que utiliza tecnologia blockchain. As transações requerem validação por parte tanto do remetente como do destinatário. A Nano consolidou uma reputação de rapidez, escalabilidade, segurança, privacidade e, sobretudo, transações sem custos.

A BlockDAG também aposta na arquitetura DAG, oferecendo rigs de mineração eficientes e uma aplicação móvel para mineração de tokens BDAG. Ao contrário do ciclo de halving do Bitcoin, de quatro anos, o BDAG implementa um calendário de halving anual.

Vantagens e desvantagens do DAG

Como qualquer tecnologia, o DAG apresenta benefícios e limitações que importa ponderar ao avaliar a sua utilização em sistemas de gestão de dados.

Entre as principais vantagens da tecnologia DAG destaca-se a elevada velocidade de transação. Sem restrições de tempo de bloco, os utilizadores podem processar transações a qualquer momento, sem esperar por criação de blocos. Não existe limite ao volume de transações, bastando confirmar transações anteriores. As taxas de transação são outro benefício relevante: sem mineração, não há necessidade de recompensas para mineiros. A maioria dos sistemas DAG não impõe taxas, sendo que alguns apenas exigem taxas mínimas de nó para operações específicas. Esta estrutura é especialmente vantajosa para micropagamentos.

A eficiência energética distingue o DAG das soluções blockchain tradicionais. Ao dispensar operações de mineração PoW intensivas, a tecnologia DAG reduz drasticamente o consumo energético e a pegada carbónica. A escalabilidade é naturalmente superior, já que a ausência de tempos de bloco elimina atrasos e congestionamentos que afetam redes blockchain.

Contudo, a tecnologia DAG enfrenta desafios. Em alguns protocolos DAG, existem problemas de descentralização devido à introdução de elementos centralizados como soluções transitórias para dinamizar as redes. Estes sistemas ainda não provaram a capacidade de funcionar sem intervenções de terceiros, e a sua eliminação pode expô-los a ataques. Adicionalmente, a tecnologia DAG permanece pouco testada em larga escala, não tendo atingido a adoção observada noutras soluções blockchain, como as tecnologias Layer-2, o que deixa em aberto a questão da sua viabilidade a longo prazo.

Conclusão

Os directed acyclic graphs constituem uma tecnologia inovadora e promissora, com potencial significativo no universo dos registos distribuídos. Compreender o que é um DAG enquanto estrutura de dados evidencia as vantagens desta tecnologia face aos sistemas blockchain tradicionais, como taxas de transação reduzidas, maior escalabilidade, menor consumo energético e maior rapidez no processamento. Estas características tornam o DAG especialmente indicado para casos como micropagamentos e aplicações Internet of Things.

No entanto, a tecnologia DAG encontra-se ainda numa fase embrionária e deparam-se-lhe desafios que impedem a sua substituição integral dos sistemas blockchain. Questões de centralização e ausência de testes em grande escala são limitações que importa colmatar. O desenvolvimento da tecnologia permanece em curso, com muitas potencialidades e restrições por explorar.

Ao invés de se afirmar como "blockchain killer", o DAG deve ser encarado como tecnologia complementar, fornecendo soluções alternativas para casos específicos. Com a evolução do ecossistema das criptomoedas, blockchain e DAG deverão coexistir, respondendo a finalidades e aplicações distintas. O setor cripto acompanha atentamente a evolução da tecnologia DAG e os novos casos de utilização que possam surgir à medida que amadurece e demonstra capacidade em cenários reais. O domínio do conceito de DAG em arquitetura de dados tornar-se-á cada vez mais relevante, à medida que a tecnologia evolui e encontra novas aplicações em sistemas distribuídos.

FAQ

O que significa DAG?

DAG corresponde a Directed Acyclic Graph. É uma estrutura de dados empregue em tecnologias de blockchain e criptomoedas.

O que é uma base de dados DAG?

Uma base de dados DAG é uma estrutura de directed acyclic graph utilizada para armazenar e organizar dados. Esta estrutura permite consultas eficientes e o tratamento de relações complexas, sendo adequada para sistemas blockchain e distribuídos.