有向非巡回グラフ（DAG）

有向非循環グラフ（ダイレクテッド・アサイクリック・グラフ、DAG）は、循環する経路を持たない有向グラフ構造であり、従来型チェーン構造に代わるものとしてブロックチェーン技術分野で注目されています。従来のブロックチェーンでは、取引を連続するブロックに線形に並べますが、DAGでは複数のノードが同時にネットワークへ取引を追加でき、各ノードが複数の前のノードを参照することで多方向に拡張するネットワークが形成されます。この構造により、取引処理は単一ブロックの容量制約から解放され、システムのスループットが大幅に向上するとともに、取引確定時間や手数料の削減が実現されます。高頻度のマイクロトランザクションを必要とする場面に特に適したアーキテクチャです。

DAGの起源

数学的な概念としてのダイレクテッド・アサイクリック・グラフはグラフ理論の研究に端を発し、すべての辺が方向を持ち、頂点から出発して最終的に自身へ戻る経路が存在しない（非循環）特殊なグラフ構造を示します。この概念はコンピューターサイエンス分野で依存関係やタスクスケジューリングなどの問題を表現する手法として広く活用されています。

ブロックチェーン分野でのDAG技術応用は2015年頃から始まり、BitcoinやEthereumなどの従来型ブロックチェーンが深刻なスケーラビリティ問題に直面していました。IOTAプロジェクトが2016年に導入したTangleは、分散型台帳技術におけるDAG実装の先駆けとなり、その後Byteball（現Obyte）やNanoなどもDAG構造を分散型台帳システムに採用しています。

DAG技術の発展は、従来型ブロックチェーンのスループットの限界、取引遅延、高額な手数料といった課題を解決しつつ、分散性とセキュリティ特性を維持することが目的です。IoTやマイクロペイメントへの需要増加に伴い、DAG構造はマイクロトランザクション処理の効率性から注目をさらに高めています。

ワークメカニズム：DAGの動作原理

ブロックチェーンシステムにおけるダイレクテッド・アサイクリック・グラフの動作原理は、従来型ブロックチェーンとは根本的に異なります。

DAG構造では、新しい取引が複数の過去取引を直接または間接的に検証し、相互参照のネットワークを形成します。新規取引は十分に確認されていない未承認取引（チップス）を選択・検証し、それらを参照点としてグラフに参加します。この仕組みにより、取引の確定は協調的なプロセスとなり、ネットワーク参加者全員がコンセンサス形成に貢献します。

DAGシステムでは、重みの累積によって取引の有効性を判断する方式が一般的です。取引が後続の取引に直接または間接的に多く参照されるほど、その重みが増加し、確定度が高まります。重みが所定の閾値を超えると、その取引は「確定」となります。

各DAGプロジェクトは独自のメカニズムを実装しています。

IOTAのTangleは「マルコフ連鎖モンテカルロ」アルゴリズムを利用して検証対象の取引を選択し、IOTAにおける「累積重み」メカニズムでネットワークのセキュリティを確保しています。

Nanoは「ブロックラティス」構造を採用し、各アカウントが独自のチェーンを持ち、取引を「send（送信）」「receive（受信）」の操作に分割してDAG構造を形成します。

Confluxは「ツリーグラフ」DAG構造を採用し、「プルーフ・オブ・ワーク」と「ゴーストプロトコル」を組み合わせて競合の解決を実現しています。

DAGのリスクと課題

DAG技術は従来型ブロックチェーンのスケーラビリティ問題解決に大きな可能性を示す一方で、独自のリスクや課題にも直面しています。

セキュリティ懸念：DAGシステムは取引量が少ない状況下で攻撃を受けやすく、ネットワーク活動が低下した場合、攻撃者が十分な計算能力を集めてコンセンサス形成に影響を与えるリスクがあります。初期のIOTAなど一部プロジェクトは攻撃防止のため中央協調者を導入しており、分散性に関する議論が生じました。

検証の複雑性：DAG構造では、取引の最終性の判断や競合の解決が複雑化します。取引同士の参照関係が複雑になるため、DAG全体の状態の整合性検証には高度なアルゴリズムが必要です。

コンセンサスの課題：DAGシステムでは、グローバルな状態や取引順序の決定が従来型ブロックチェーンより難しく、競合取引が存在する場合は特に複雑です。各プロジェクトが様々な手法でこの課題に対応していますが、完全な解決策はまだ確立されていません。

成熟度の問題：従来型ブロックチェーン技術が10年以上にわたり検証されてきたのに対し、DAGベースのシステムは歴史が浅く、長期・大規模な運用実績が乏しい状況です。理論的なセキュリティ保証にも実践的な検証が必要です。

高い技術障壁：DAGシステムの実装や理解は従来型ブロックチェーンよりも難解であり、開発者や監査者、一般ユーザーにとって技術的障壁が高くなります。

ダイレクテッド・アサイクリック・グラフ技術は、ブロックチェーンアーキテクチャの重要な進化経路を示し、ブロックチェーンのトリレンマ（分散性・セキュリティ・スケーラビリティ）の潜在的な解決策となります。DAG技術は依然として開発段階にあり多くの課題に直面していますが、高スループットやマイクロトランザクション用途における独自の優位性から、ブロックチェーン技術領域に不可欠な構成要素であり、今後の分散型台帳技術の主流となる可能性を持っています。