BlockDAG: Erklärung & Anwendungen

💡 BlockDAG: Das Wichtigste in Kürze

• BlockDAG kombiniert Blöcke mit DAG-Struktur
  Anders als klassische Blockchains, in denen Blöcke linear aneinandergereiht sind, ordnet ein BlockDAG Blöcke in einem gerichteten azyklischen Graphen an. Dadurch können mehrere Blöcke gleichzeitig entstehen und verarbeitet werden.
• Unterschied zu normalen DAGs
  Viele Projekte wie IOTA oder Nano nutzen DAGs ohne Blockstruktur – dort ist jede Transaktion ein einzelner Knoten. Bei einem echten BlockDAG bestehen die Knoten hingegen aus ganzen Blöcken mit mehreren Transaktionen.
• Nicht alle DAG-basierten Projekte sind BlockDAGs
  Begriffe wie »DAG« und »BlockDAG« werden oft vermischt. Tatsächlich setzen viele Projekte nur Teile der Technologie um oder nutzen eigene hybride Varianten, z. B. »Transaktions-DAG«, »Lattice« oder »Tree-Graph«.
• Bekannte BlockDAG-Projekte
  Echte BlockDAGs findest du bei Projekten wie Kaspa oder Conflux, während andere wie IOTA oder Fantom eher auf eigene DAG-Interpretationen setzen und keine klassischen Blöcke verwenden.
• BlockDAG Coins kaufen
  Bitvavo und Bitpanda sind die besten Krypto-Börsen, um BlockDAG Kryptowährungen zu kaufen.

Was ist ein BlockDAG? - Definition und Erklärung

BlockDAG steht für Block Directed Acyclic Graph (zu Deutsch: Block-Gerichteter Azyklischer Graph). Es handelt sich um eine Datenstruktur, die in der Blockchain-Technologie Anwendung findet. Im Gegensatz zu traditionellen Blockchains, die auf einer linearen Kette von Blöcken basieren, erlaubt ein BlockDAG eine verzweigte, gerichtete Struktur.

Ein BlockDAG besteht aus einer Vielzahl von Blöcken, die miteinander verbunden sind, aber nicht in einer strengen linearen Abfolge.

Das bedeutet, dass Blöcke nicht nur auf den vorherigen Block, sondern auch auf mehrere vorherige Blöcke verweisen können. Durch diese Struktur können Transaktionen in einem BlockDAG schneller verarbeitet werden. Sie müssen nämlich nicht auf die Bestätigung eines einzelnen Blocks warten.

Wie funktioniert ein BlockDAG?

BlockDAG (Directed Acyclic Graph) ist eine Erweiterung des Blockchain-Konzepts und zielt darauf ab, die Skalierbarkeit und Effizienz zu verbessern, indem mehrere Blöcke gleichzeitig erstellt und miteinander verknüpft werden können. Dazu möchten wir in diesem Abschnitt einige wichtige Begriffe klären:

• Blockerstellung: Miner können gleichzeitig Blöcke erstellen, ohne auf die Bestätigung vorheriger Blöcke warten zu müssen. Jeder neu erstellte Block verweist auf mehrere vorherige Blöcke, nicht nur auf einen Block.
• DAG-Struktur: Die Blöcke werden in einer gerichteten azyklischen Graphstruktur (DAG) organisiert, nicht in einer linearen Kette wie bei traditionellen Blockchains.
• Verweis auf Vorblöcke: Jeder Block enthält Verweise auf seine »Eltern«-Blöcke, wodurch eine Verbindung zwischen den Blöcken hergestellt wird. Durch die Verweise auf Vorblöcke können Konflikte identifiziert und aufgelöst werden.
• Konfliktlösung: Im Falle eines Konflikts, zum Beispiel, wenn zwei Blöcke auf denselben Vorblock verweisen, wird eine Konfliktlösungsstrategie angewendet, um den gültigen Block zu bestimmen.
• Blockbestätigung und Transaktionsverarbeitung: Die Transaktionen werden in den Blöcken gespeichert und die Blöcke werden von den Netzwerkteilnehmern validiert. Sobald ein Block genügend Verweise von nachfolgenden Blöcken erhält, wird er als bestätigt betrachtet und die Transaktionen werden als gültig betrachtet.

Wie entstehen Blöcke in einem BlockDAG?

Die Erzeugung von Blöcken in einem BlockDAG erfolgt auf eine Weise, die sich vom klassischen Blockchain-Modell unterscheidet. Hier kommt ein fortschrittlicher Konsensmechanismus ins Spiel.

Bei diesem Ansatz bestätigen die neuen Transaktionen indirekt zwei vorherige Transaktionen. Dieser Prozess schafft eine webartige Struktur, in der Transaktionen miteinander verknüpft sind. Das bedeutet, je mehr Transaktionen bestätigt werden, desto robuster und sicherer wird das Netzwerk, da Manipulationsversuche immer komplexer werden.

Wie erfolgt die Bestätigung von Transaktionen?

Die Bestätigung von Transaktionen in einem BlockDAG ist ein wichtiger Aspekt, der eng mit der Netzwerksicherheit verbunden ist. Durch die indirekte Bestätigung von vorherigen Transaktionen und die wachsende Verknüpfung von Transaktionsketten entsteht eine robuste Sicherheitsstruktur.

Dieses Prinzip, das oft als »Quantensicherheit« bezeichnet wird, stärkt die Integrität des Netzwerks und macht es widerstandsfähiger gegenüber Blockchain Angriffen. Dies wiederum trägt zur Vertrauensbildung und Akzeptanz der Technologie bei.

BlockDAG vs. Blockchain

Um die Einzigartigkeit eines BlockDAGs zu verstehen, ist es wichtig, die Unterschiede zur herkömmlichen Blockchain-Technologie zu kennen. In einer Blockchain werden Transaktionen in Blöcken linear angeordnet und aneinander gereiht. Dadurch entsteht eine strenge Abfolge.

Ein BlockDAG hingegen erlaubt eine parallele Anordnung von Transaktionen in einem gerichteten azyklischen Graphen, was die Skalierbarkeit und Geschwindigkeit erhöht.

Statt auf einen einzigen Hauptzweig angewiesen zu sein, ermöglicht ein BlockDAG, mehrere Transaktionsketten gleichzeitig zu validieren und zu bestätigen. Das verbessert die Effizienz und die Widerstandsfähigkeit gegenüber Manipulationen.

Hier ist eine übersichtliche Vergleichstabelle zwischen Blockchain, BlockDAG und verschiedenen DAG-Varianten, wie sie in der Krypto-Welt vorkommen:

Vorteile eines BlockDAGs

Nachdem wir nun die Funktionsweise eines BlockDAGs beleuchtet haben, lass uns die Vorteile dieser Technologie genauer betrachten.

Skalierbarkeit im Vergleich zur traditionellen Blockchain

BlockDAGs bieten im Vergleich zu traditionellen Blockchains eine verbesserte Skalierbarkeit. Während in Blockchains alle Knoten am gleichen Block arbeiten und nur ein Block an die Kette angehängt wird, ermöglichen BlockDAGs die parallele Bestätigung mehrerer Transaktionen. Das führt zu einer höheren Transaktionsdurchsatzrate​.

Geringe Transaktionskosten und Energieeffizienz

BlockDAGs nutzen den natürlichen Fluss von Transaktionen, um indirekte Bestätigungen zu ermöglichen. Das verringert den Bedarf an aufwendigen Miningressourcen. Dies führt zu geringeren Transaktionskosten und einer umweltfreundlicheren Technologie, was sowohl Nutzern als auch der globalen Umwelt zugutekommt.

Widerstandsfähigkeit gegenüber Angriffen

BlockDAGs könnten auch eine erhöhte Widerstandsfähigkeit gegenüber Angriffen bieten, da ihre Struktur die Wahrscheinlichkeit von Waisenblöcken reduziert und zusätzliche Regeln für die Transaktionskonsistenz implementiert werden können​.

Kryptowährungen mit BlockDAG oder DAG

Nun, da wir die Vorteile von BlockDAGs betrachtet haben, ist es an der Zeit, ihre Anwendungsmöglichkeiten genauer zu untersuchen. Dazu schauen wir uns einige Beispiele von Kryptowährungen mit BlockDAG oder DAG an.

Kaspa (KAS)

Kaspa (KAS) nutzt BlockDAGs durch die Implementierung des GHOSTDAG-Protokolls, das auf einem Proof-of-Work-Mechanismus basiert. Dies ermöglicht eine parallele Blockerstellung und hohe Blockraten, wodurch eine BlockDAG anstelle einer linearen Kette entsteht​​.

Im Gegensatz zu traditionellen Blockchains verwirft GHOSTDAG keine parallel erstellten Blöcke, sondern ermöglicht es ihnen, zu koexistieren und sie in einen Konsens zu ordnen​. Diese Art der Konsensfindung gewährleistet die Betriebssicherheit. Gleichzeitig ermöglicht sie sehr hohe Blockraten und minimale Bestätigungszeiten, die hauptsächlich durch Internet-Latenzzeiten beeinflusst werden.

IOTA (IOTA)

IOTA wird häufig im Zusammenhang mit alternativen Blockchain-Strukturen genannt, basiert jedoch nicht auf einem BlockDAG, sondern auf einem speziellen Konzept namens Tangle. Der Tangle ist eine Form eines gerichteten azyklischen Graphen (DAG), bei dem jede Transaktion direkt zwei vorherige Transaktionen bestätigt. Es gibt dabei keine Blöcke, wie sie in BlockDAGs verwendet werden.

BlockDAGs verbinden Gruppen von Transaktionen zu Blöcken, die sich in einer graphenartigen Struktur organisieren. Im Gegensatz dazu arbeitet IOTA mit einzelnen Transaktionen, die sich ohne Blöcke direkt miteinander vernetzen.

Trotz dieser Unterschiede wird IOTA in diesem Artikel erwähnt, weil es eines der bekanntesten DAG-basierten Krypto-Projekte ist. Die Struktur und das Validierungsmodell von IOTA zeigen eindrucksvoll, wie sich DAG-Systeme grundsätzlich von klassischen Blockchains unterscheiden – auch wenn es technisch gesehen kein BlockDAG im engeren Sinn ist. Damit liefert IOTA ein wichtiges Beispiel für die Vielfalt der Technologien, die auf DAG-Strukturen basieren.

Conflux (CFX)

Conflux (CFX) nutzt eine besondere Architektur, die auf einer Kombination aus Blockchain und DAG basiert. Dieses System nennt sich Tree-Graph. Dabei werden neue Blöcke ebenfalls nicht strikt in einer linearen Kette angeordnet, sondern in einem gerichteten azyklischen Graphen organisiert.

Der Konsensmechanismus sorgt dafür, dass trotz paralleler Blockerstellung eine eindeutige Reihenfolge der Transaktionen gewährleistet ist. Dieser Ansatz unterscheidet sich deutlich von reinen Blockchains und auch von Projekten wie IOTA, bei denen gar keine Blöcke existieren.

Fantom (FTM)

Fantom (FTM) nutzt eine DAG-basierte Struktur, unterscheidet sich dabei jedoch von klassischen BlockDAG-Projekten wie Kaspa. Anstelle von Blöcken mit Transaktionen verwendet Fantom das sogenannte Lachesis-Protokoll, ein asynchrones byzantinisch fehlertolerantes Konsensverfahren (aBFT), das auf einer Transaktions-DAG basiert.

In dieser Struktur werden Transaktionen als einzelne Ereignisse im DAG gespeichert, wobei jeder neue Knoten auf mehrere vorherige verweist. Dadurch entsteht ein Netzwerk von Ereignissen, das nicht linear, sondern in einem gerichteten Graphen aufgebaut ist.

Trotz der DAG-Grundlage ist Fantom kein BlockDAG im engeren Sinn, da keine Blöcke verarbeitet werden. Vielmehr steht die schnelle Konsensfindung über unabhängige Validatoren im Vordergrund.

Aleph Zero (AZERO)

Aleph Zero (AZERO) nutzt einen hybriden Ansatz, bei dem ein gerichteter azyklischer Graph (DAG) mit einem separaten Konsensmechanismus kombiniert wird. Die DAG-Struktur dient dabei vor allem zur effizienten Vorverarbeitung und Ordnung eingehender Transaktionen.

Transaktionen werden zunächst in einem DAG gesammelt und sortiert, bevor sie durch das sogenannte AlephBFT-Protokoll final bestätigt werden. Dieses Konsensprotokoll basiert auf einer byzantinischen Fehlertoleranz (BFT) und ist so konzipiert, dass es auch bei hoher Netzwerklast sicher und schnell bleibt.

Aleph Zero ist also kein klassischer BlockDAG, sondern nutzt einen DAG als Zwischenschicht zur Vorstrukturierung der Daten.

Radix (XRD)

Radix (XRD) verfolgt einen eigenen technischen Ansatz, der sich stark von klassischen Blockchains oder BlockDAGs unterscheidet. Im Zentrum steht das Cerberus-Protokoll, ein spezielles Konsensverfahren, das auf einer shardbaren DAG-ähnlichen Struktur basiert. Anders als bei einem echten BlockDAG, in dem mehrere Blöcke gleichzeitig verarbeitet und im Netzwerk verteilt werden, nutzt Radix keine globalen Blöcke, sondern setzt auf sogenannte Atom-Transaktionen, die über ein verteiltes Netzwerk von Shards abgewickelt werden.

Diese Struktur erlaubt es, viele Transaktionen gleichzeitig in unterschiedlichen Shards zu verarbeiten – ohne zentrale Koordination. Der DAG-Charakter zeigt sich dabei in der Verbindung und Abhängigkeit einzelner Transaktionen innerhalb des Systems. Jede Transaktion bezieht sich auf frühere Zustände und reiht sich dadurch logisch in ein Netzwerk gerichteter Beziehungen ein. Ein globaler Zustand entsteht erst durch die Kombination aller lokalen Vorgänge.

Auch hier gilt: Radix ist kein klassischer BlockDAG, sondern verwendet eine hochgradig spezialisierte DAG-Logik zur Verwaltung von Zuständen und zur Koordination zwischen Shards.

Dezentrale Anwendungen (DApps) und Smart Contracts

BlockDAGs bieten nicht nur Vorteile im Bereich der Kryptowährungen, sondern sie haben auch das Potenzial, dezentrale Anwendungen (DApps) und Smart Contracts zu verbessern.

Smart Contracts, die auf einem BlockDAG ausgeführt werden, können ebenfalls von der erhöhten Sicherheit und Widerstandsfähigkeit gegenüber Angriffen profitieren. Dies führt zu verlässlichen und transparenten Vertragsabwicklungen.

Herausforderungen für BlockDAGs

Nachdem wir die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten von BlockDAGs betrachtet haben, ist es an der Zeit, auch die Herausforderungen zu beleuchten. Zudem werfen wir einen Blick in die Zukunft dieser Technologie:

Skalierbarkeit

• BlockDAGs versuchen, die Skalierbarkeit durch parallele Blockbestätigungen zu verbessern, doch mit der Zunahme der Blöcke kann das System langsamer werden​.
• Die erhöhte Transaktionsgeschwindigkeit und der höhere Durchsatz von BlockDAGs setzen eine leistungsfähige Netzwerk- und Recheninfrastruktur voraus.
• Mit mehr Benutzern im Netzwerk steigt der Bedarf an schnelleren Transaktionsgeschwindigkeiten und höherem Durchsatz, was die Skalierbarkeit zu einer ständigen Herausforderung macht​.

Transaktionskollisionen

• In BlockDAGs sind Transaktionskollisionen möglich, wenn Blöcke parallel erstellt werden, da alle parallel erstellten Blöcke als gültig betrachtet werden​.
• Transaktionskollisionen können die Effektivität und Sicherheit des Netzwerks beeinträchtigen, wenn nicht ordnungsgemäß gehandhabt.
• Die Handhabung von Transaktionskollisionen erfordert zusätzliche Protokollregeln und Validierungsprozesse, die die Komplexität des Systems erhöhen können.

Fazit und Ausblick für BlockDAGs

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass BlockDAGs eine aufregende Weiterentwicklung der Blockchain-Technologie darstellen. Durch ihre einzigartige Struktur bieten sie eine Lösung für Skalierbarkeitsprobleme, reduzieren Transaktionskosten und erhöhen die Sicherheit. Die Anwendungsmöglichkeiten reichen von Kryptowährungen bis hin zu dezentralen Anwendungen und Smart Contracts.