[블록체인 용어 사전] DAG란?

방향성 비순환 그래프

(DAG; Directed Acyclic Graph)

블록체인을 깊게 공부하다 보면, 대그(DAG)라는 표현을 접하신 적이 있으실 겁니다. 유향 비순환 그래프라고도 하며, 직역하면 방향은 있지만, 순환은 하지 않는 그래프를 의미하죠.

방향성 비순환 그래프는, 개별 요소들이 특정한 방향을 향하고 있으며, 서로 순환하지 않는 구조로 짜인 그래프를 의미합니다.

​방향성 비순환 그래프에서 순환은 

자기 자신에서 출발해 다시 자신에게 돌아오는 경로를 말하는데, 비순환 그래프이기 때문에 이러한 경로가 없는 그래프를 의미합니다.

블록체인의 특징을 생각해 보면, 처음 블록에 다음 블록이 이어지는 구조가 일반적입니다. 

A라는 블록 다음에 연결된 B 블록이 있다면, 그다음 블록인 C는, 무조건 B 뒤에 붙는 방식이죠. 

즉, 기존의 블록체인은 여러 개의 트랜잭션을 하나의 블록으로 묶어서 연결을 했던 것입니다.

이 틀을 깨고, A라는 블록이 B 블록에도 연결되고, C 블록에도 연결되는 방식을 합의 알고리즘으로 만든 것이 방향성 비순환 그래프라고 쉽게 생각해 보는 것도 좋을 것 같습니다.

방향성 비순환 그래프는 여러 개의 트랜잭션을 하나의 블록으로 묶지 않고, 각 개별 요소들끼리 상호 연결하게 됩니다.

블록체인에서 방향성 비순환 그래프의 검증

방향성 비순환 그래프는 이전 트랜잭션의 만들어진 시간 이후 트랜잭션이 검증하는 구조로 되어 있습니다.

최초의 거래내역이 있으면, 그 뒤의 거래내역이 최초의 거래내역을 검증합니다. 

그 뒤에 또 새로운 거래내역이 최초의 거래내역을 검증한 거래내역을 검증하죠. 마지막에 검증한 거래내역은 최초의 거래내역을 간접적으로 검증했다고 볼 수 있습니다.

위의 이미지에서 최초의 거래내역이 A라고 한다면, E, F는 A를 간접적으로 검증했다고 보는 겁니다.

이렇게 꼬리에 꼬리를 물며 추가되는 트랜잭션들이 앞의 트랜잭션들을 직접, 간접적으로 검증하게 되면서 네트워크가 형성되는 방식이 방향성 비순환 그래프(DAG) 방식입니다. 

방향성 비순환 그래프의 특징

방향성 비순환 그래프(DAG)는 블록체인 3.0 단계의 기술이라고 보는 사람도 많습니다. 

이 분류에 따르면 

통화나 화폐로 목적을 수행하기 위해 논의가 이루어지는 단계인 비트코인이 블록체인 1.0 단계로 보고 

금융 경제 분야에서 변화를 가져오는 스마트 계약을 활용하는 이더리움이 블록체인 2.0 단계, 

의료, 운송, 스포츠, 예술 등 다양한 분야에서 블록체인 기술을 활용하는 블록체인 3.0단계라고 분류하죠.

블록체인 3.0 단계를 활용하려면, 확장성, 속도도 무척 중요한 요소 중 하나가 될 겁니다. 

기존의 기술적 한계를 깨고, 확장성(속도)을 높일 수 있는 방향성 비순환 그래프(DAG)를 블록체인 3.0 단계의 기술이라고 설명하는 것이죠.

블록체인에는 다 이룰 수 없는 3가지 요소, 블록체인 트릴레마가 존재합니다. 

탈중앙화, 보안성, 확장성이죠. 

하나의 블록이 체인처럼 얽혀있을 때 이 3가지 요소를 모두 가져가는 것은 불가능합니다. 

하지만 방향성 비순환 그래프처럼 접근을 다르게 해서 

다음 트랜잭션이 이전 트랜잭션을 검증한다는 구조로 탈중앙화를 약화시키지 않고 확장성을 잡을 수 있게 되어 트릴레마를 극복할 수 있게 되는 것이죠.

이 기술의 허점이 없는지, 또는 실생활에 쓸 수 있는지, 팬텀 코인이나 로커스 체인, 아이오타 등 다양한 방향성 비순환 그래프 기술이 활용된 블록체인 프로젝트가 나오면서 검증, 발전되고 있습니다.

방향성 비순환 그래프(DAG)를 사용하면, 사용자가 많아질수록 오히려 속도가 빨라질 수 있습니다.

탈중앙화 기술이니 블록체인이라고 하지만, 말이 블록체인이지 DAG 알고리즘은 블록이 없는 알고리즘이기 때문에 채굴자들의 트랜잭션 승인을 기다릴 필요가 없는 것이죠.

블록 생성 없이 트랜잭션이 다른 트랜잭션을 검증하기 때문에 매우 빠른 속도로 절차가 병렬적으로 수행되며 검증이 이루어질 수 있는 겁니다.

​또한 수수료가 없다는 특징이 있습니다.

작업 증명 방식(PoW)의 코인이 전송하는데 드는 수수료는 대체로 채굴에 대한 보상, 즉 검증에 대한 보상으로 발생하게 됩니다. 

그리고 지분 증명 방식(PoS)는 지분 예치에 대한 보상이 필요해 작업 증명 방식보다는 적지만, 수수료가 필요하죠.

하지만, 블록의 개념이 없는 DAG 방식은 채굴자가 없어서 기본적으로 수수료가 발생할 필요가 없게 됩니다.

DAG 기술은 사용자가 많아지면 빨라지고, 수수료도 없으니 확장성 문제가 없게 됩니다. 

반대로 생각해 보면, 사용자가 없으면 검증이 늦어지거나, 신뢰도가 낮아질 수 있겠죠?

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방향성 비순환 그래프의 고려 사항

그렇다면, 방향성 비순환 그래프(DAG)는 만능으로, 모든 탈중앙화 프로젝트는 이런 방식으로 변경되어야 할까요? 

방향성 비순환 그래프에도 단점이 있는데, 대표적으로 알려진 것이 확정 합의가 어렵다는 것이죠.

DAG를 이용한 거래 장부는 모든 순서를 가지고 있는 방식(total ordering)이 아닌, 부분적으로 가지고 있기 때문에(partial ordering) 서로 연결된 트랜잭션끼리만 그 쓰인 순서를 정의할 수 있습니다.

동시다발적으로 발생하고 있는 트랜잭션을 각 노드가 추가하고 있어서 현재의 전체 원장 상태라는 것이 존재할 수 없는 것이죠.

확정 합의, 즉 탈중앙화 서비스가 온전한 최신 상태라고 정의하기 위해서는 모든 노드 혹은 대부분의 노드가 동일한 상태를 가지고 있어야 하는데 

새로운 트랜잭션 생성을 멈추고, 모든 네트워크에 현재 상태가 전파되기까지 기다리지 않는 이상 DAG에서는 불가능합니다. 

이 과정을 집어넣으면 또 빠른 속도라는 특징이 망가지게 되겠죠.

​따라서 DAG를 이용한 많은 프로젝트는 비확정 합의를 채택하게 되는데, 이렇게 되면 언제든지 거래 결과가 뒤집어질 수 있는 가능성이 열리게 됩니다.

예를 들어 새로운 트랜잭션이 이전 트랜잭션을 검증한 다음, 이 트랜잭션을 검증하는 트랜잭션부터 수차례 악의적인 트랜잭션으로 검증 단계를 쌓아간다면 

어느 시점부터 거래가 조작될 가능성이 생기는 것이죠.

블록체인이 실생활에 범용적으로 사용되기 위해서는 반드시 확정 합의가 필요하게 됩니다.

DAG 상에서 비잔틴 장애 허용(BFT) 확정 합의 구현에 성공한 프로젝트로 알려진 프로젝트는 로커스 체인 등이 있다고 알려져 있습니다. 

계속 새로운 기술이 발견되고, 만들어지고, 발전하면서 블록체인은 새로운 시대를 만들어가고 있는 것 같습니다.

블록을 이용한 기술이 발전하면서, 체인에서 그래프로 넘어가니, 블록체인이라고 부르기도 애매해지고 있는 것 같네요. 

이제는 탈중앙화 프로젝트라고 하는 것이 맞을까요?

감사합니다.