Wat is Kaspa’s GhostDAG en hoe werkt het?

Wat is GhostDAG?

GhostDAG (Greedy Heaviest Observed SubTree Directed Acyclic Graph) is een consensusmechanisme dat wordt gebruikt door Kaspa. GhostDAG is ontwikkeld als uitbreiding van het klassieke Proof-of-Work-consensusmodel van Bitcoin, dat is ontwikkeld door Satoshi Nakamoto. Het grootste verschil: GhostDAG wordt toegepast op een Directed Acyclic Graph (DAG) in plaats van een lineaire blockchain. Een Directed Acyclic Graph (DAG) is een datastructuur waarin blokken niet in één rechte keten worden geplaatst, maar als een netwerk van knooppunten met meerdere verbindingen, waarbij elk nieuw blok kan verwijzen naar meerdere eerdere blokken zonder dat er cyclische (terugkerende) verbindingen ontstaan. Als dit wel zou gebeuren, zou een blok indirect weer naar zichzelf verwijzen. Hierdoor wordt het onduidelijk in welke volgorde transacties zijn gebeurd en kan het netwerk geen betrouwbare geschiedenis meer bijhouden.

In traditionele blockchains wordt slechts één blok per tijdseenheid geaccepteerd (ook wel de block time genoemd), terwijl concurrerende blokken worden verworpen als “orphans”. GhostDAG doorbreekt dit model door parallelle blokken toe te staan en te integreren in één gedeelde datastructuur (blockDAG). Hierdoor kan Kaspa hogere transactiesnelheden bereiken met minder rekenkracht en dus energie. Daarnaast blijft de decentralisatie behouden en zelfs versterkt, doordat miners niet langer met elkaar concurreren om één blok te mogen valideren, maar vrijwel alle geproduceerde blokken bijdragen aan het netwerk, waardoor de toetredingsdrempel lager wordt en de macht minder geconcentreerd raakt bij grote mining pools.

Hierdoor vormt GhostDAG een duidelijke andere interpretatie van hoe Proof-of-Work-consensus kan worden toegepast.

Korte samenvatting

• GhostDAG is het huidige consensusprotocol van het Kaspa-netwerk en vormt de basis van de werking.
• Het maakt gebruik van een vaste k-parameter om consensus te bereiken binnen het netwerk.
• Het protocol maakt het mogelijk om meerdere blokken parallel te verwerken binnen een BlockDAG-structuur.
• Hierdoor kan het netwerk sneller en efficiënter transacties verwerken dan traditionele blockchains.
• GhostDAG behoudt een sterk securitymodel, waarbij het netwerk veilig blijft zolang een aanvaller minder dan 50% van de hashpower controleert.
• Het wordt dagelijks in de praktijk gebruikt en heeft zich bewezen als een stabiele en schaalbare oplossing.

Hoe werkt GhostDAG?

GhostDAG werkt op basis van een blockDAG-structuur, waarin blokken meerdere ‘ouders’ (voorgaande blokken) kunnen hebben en gelijktijdig aan het netwerk worden toegevoegd. In plaats van een rechte keten van blokken, ontstaat er een netwerk van blokken die met elkaar verbonden zijn. Dit maakt het mogelijk om veel efficiënter om te gaan met gelijktijdig gevonden blokken.

Dat blokken meerdere voorgaande blokken kunnen hebben, is meteen het grote verschil met traditionele blockchains zoals Bitcoin, Ethereum en Solana. Hier is er altijd maar één volgorde en kan er maar één blok tegelijk worden toegevoegd aan de blockchain.

Voorbeeld: wanneer twee miners tegelijk een blok vinden, ontstaat er een conflict en wordt uiteindelijk één van de twee blokken verworpen (een orphan block).

Bij GhostDAG kunnen meerdere blokken tegelijk bestaan, kunnen nieuwe blokken verwijzen naar meerdere eerdere blokken en worden blokken niet verworpen. Dit zorgt voor een efficiënt systeem waarbij er optimaal gebruik wordt gemaakt van de rekenkracht die wordt ingezet door miners.

Kort samengevat: Een blockDAG en blockchain zijn beide typen distributed ledger, maar verschillen in structuur en verwerking: een blockchain werkt als een lineaire keten van blokken die één voor één worden toegevoegd, terwijl een blockDAG een netwerkstructuur gebruikt waarin meerdere blokken tegelijk en parallel kunnen worden toegevoegd.

Greedy Heaviest Subtree-algoritme

De logische vraag is dan: hoe bepaalt het netwerk welk blok ‘eerder’ komt als er meerdere blokken tegelijk worden gemaakt?

Dit wordt geregeld door het Greedy Heaviest Subtree-algoritme (GhostDAG). Dit algoritme, dat in de code van Kaspa is ingebouwd, helpt nodes om orde aan te brengen in alle binnenkomende blokken.

In de praktijk werkt dit als volgt: nodes verzamelen alle blokken die ze ontvangen en bekijken vervolgens welke groep van blokken samen de meeste rekenkracht (hashpower) heeft gekost om te maken. Elk blok bevat namelijk een bepaalde hoeveelheid werk (proof-of-work), en door deze bij elkaar op te tellen ontstaat een totaal. Hoe hoger dit totaal, hoe moeilijker het is om die structuur na te maken of aan te vallen, en dus hoe betrouwbaarder deze wordt gezien.

Op basis daarvan bepaalt elke node voor zichzelf wat de beste volgorde van blokken is. Omdat alle nodes dezelfde regels volgen, komen ze uiteindelijk uit op vrijwel dezelfde volgorde. Hierdoor ontstaat er consensus in het netwerk.

Blue set vs red set

Een ander belangrijk onderdeel van GhostDAG is dat blokken worden ingedeeld in twee categorieën, namelijk blue blocks en red blocks:

• Blue blocks: dit zijn blokken die goed passen binnen de hoofdstructuur van het netwerk en voldoende verbonden zijn met andere blokken.
• Red blocks: dit zijn blokken die minder goed aansluiten, bijvoorbeeld doordat ze te ver afwijken of te weinig verbindingen hebben.

In tegenstelling tot traditionele blockchains worden red blocks niet verworpen als orphans, maar blijven ze onderdeel van het netwerk en spelen ze een kleinere rol in de uiteindelijke volgorde van transacties.

Deze indeling helpt het netwerk om snel te bepalen welke blokken ‘betrouwbaar genoeg’ zijn om prioriteit te krijgen, zonder dat er waardevolle informatie verloren gaat.

De GhostDAG whitepaper

De GhostDAG whitepaper vormt de theoretische basis van het consensusmechanisme dat in Kaspa wordt gebruikt en heeft als doel het aanpakken van het blockchain trilemma: de uitdaging om tegelijkertijd schaalbaarheid, veiligheid en decentralisatie te bereiken.

Het bouwt voort op het eerdere PHANTOM-protocol, een academisch voorstel dat als eerste probeerde om een blockDAG veilig te ordenen. Hoewel PHANTOM sterk was op theoretisch vlak, bleek het in de praktijk moeilijk efficiënt te implementeren. GhostDAG is ontwikkeld als een praktisch bruikbare en efficiënte variant, die dezelfde principes behoudt maar beter schaalbaar is in een echt netwerk.

Bereiken van consensus

Een van de belangrijkste bijdragen van de whitepaper is het uitbreiden van het klassieke Nakamoto-consensusmodel, door consensus te bereiken met behulp van een DAG-structuur in plaats van één lineaire keten van blokken. Dit betekent dat meerdere blokken tegelijk kunnen worden geproduceerd, zonder dat er rekenkracht wordt verspild, onder andere door gebruik te maken van zogeheten blue en red blocks. Traditionele blockchains kunnen namelijk maar één blok tegelijkertijd verwerken, waardoor andere gevonden blokken worden verworpen als orphan blocks.

Behoud van betrouwbaarheid van blokken

Een centraal element in GhostDAG is de zogenaamde k-parameter. Deze parameter bepaalt hoeveel gelijktijdige blokken nog als ‘veilig’ en betrouwbaar worden beschouwd binnen het netwerk. Met andere woorden: het geeft aan hoeveel afwijking (door netwerkvertraging of gelijktijdige blockproductie) nog acceptabel is zonder dat de veiligheid in gevaar komt. De keuze van k is afhankelijk van factoren zoals netwerklatentie en blokproductiesnelheid, en speelt een belangrijke rol in de balans tussen snelheid en veiligheid.

Veiligheid

Net als bij Bitcoin blijft het beveiligingsmodel van GhostDAG gebaseerd op de aanname dat een aanvaller minder dan 50% van de totale rekenkracht (hashpower) controleert. Zolang deze voorwaarde geldt, is het voor een aanvaller extreem moeilijk om de volgorde van transacties te manipuleren of het netwerk te herschrijven.

Throughput verbetering

Een belangrijk doel van GhostDAG is het verhogen van de throughput (het aantal blokken en transacties dat per seconde verwerkt kan worden). Doordat blokken niet langer met elkaar concurreren maar worden gecombineerd, kan het netwerk veel sneller blokken produceren.

In tegenstelling tot traditionele blockchains leidt een hogere blokfrequentie hier niet automatisch tot meer forks of verspilde blokken. Hierdoor kan GhostDAG een aanzienlijk hogere schaalbaarheid bereiken zonder concessies te doen aan veiligheid.

Verschil tussen GhostDAG en DAGKnight

DAGKnight kan worden gezien als de volgende evolutie van GhostDAG. Waar GhostDAG gebruikmaakt van een vaste k-parameter (gebaseerd op aannames zoals netwerklatentie), is DAGKnight ontworpen zonder vaste parameter en past het zich dynamisch aan aan de actuele netwerkcondities.

Hierdoor is DAGKnight flexibeler en beter bestand tegen schommelingen in het netwerk, zoals vertragingen of pieken in activiteit. Beide protocollen behouden hetzelfde securitymodel, waarbij het netwerk veilig blijft zolang een aanvaller minder dan 50% van de totale hashpower controleert.

Op dit moment vormt GhostDAG de actieve basis van het Kaspa-netwerk en wordt het dagelijks gebruikt om transacties te verwerken en consensus te bereiken. DAGKnight bevindt zich nog in ontwikkeling en wordt gezien als een toekomstige upgrade van het protocol.

Kort samengevat: GhostDAG is de huidige motor van Kaspa, terwijl DAGKnight wordt ontwikkeld als een flexibelere en schaalbaardere opvolger die zich dynamisch aanpast aan netwerkcondities.

Welke rol speelt GhostDAG binnen Kaspa?

1. Core infrastructuur:
GhostDAG vormt de basis van het Kaspa-netwerk en bepaalt hoe alles werkt. Het zorgt ervoor dat transacties in de juiste volgorde worden gezet, valideert nieuwe blokken en zorgt ervoor dat alle nodes in het netwerk het met elkaar eens worden (consensus).

2. Hoge snelheid en schaalbaarheid:
Dankzij GhostDAG kunnen meerdere blokken tegelijk worden verwerkt, waardoor Kaspa meerdere blokken per seconde kan produceren. Dit leidt tot een hoge verwerkingssnelheid (throughput) zonder dat het netwerk gecentraliseerd raakt.

3. Geen verspilde mining:
In tegenstelling tot traditionele blockchains worden blokken niet weggegooid als ze tegelijk worden gevonden. Vrijwel alle blokken worden gebruikt binnen de blockDAG, waardoor de gebruikte rekenkracht (hashpower) efficiënter wordt benut.

4. Behoud van Proof-of-Work-principes:
GhostDAG zorgt ervoor dat Kaspa de belangrijkste eigenschappen van Proof-of-Work behoudt, zoals decentralisatie, veiligheid gebaseerd op hashpower en een open (permissionless) netwerk. Tegelijkertijd voegt het de schaalbaarheid van een DAG-structuur toe.

Conclusie

GhostDAG vormt de kern van het Kaspa-netwerk en laat zien hoe een BlockDAG-structuur in de praktijk efficiënt en veilig kan functioneren. Door gebruik te maken van een vaste k-parameter weet het protocol een goede balans te vinden tussen snelheid, veiligheid en consensus, zelfs in een netwerk met veel gelijktijdige blokken.

Hoewel er nieuwe ontwikkelingen zoals DAGKnight in opkomst zijn, bewijst GhostDAG momenteel al dat het een robuuste en schaalbare oplossing is voor het verwerken van transacties. Het vormt daarmee een belangrijke stap in de evolutie van gedistribueerde netwerken en legt de basis voor verdere innovaties binnen het Kaspa-ecosysteem.