2018-05-30

区块链、 DAG都out了，哈希图（Hashgraph）才是它的接班人

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下面介绍分布式账本和一致性的替代方法。

一种替代方法就是有向无环图（DAG），几家初创公司正在实施DAG。另一种替代方法名为哈希图（Hashgraph），它是Swirlds开发的一种已申请专利的解决方案。

本文中详细地阐述它们与区块链有何不同，它们又如何有望解决每秒交易/事务数量高得多的系统存在的吞吐量问题。

区块链这项独立技术的概念在2015年开始流行起来。在此之前，公众只知道它是比特币技术的一种底层数据结构。在中本聪的白皮书中，“区块”（block）和“链”（chain）这两个词一块出现。

那时它只是叫作“a chain of blocks”。后来比特币迅速崛起，比特币因此被分类成是区块链1.0。

随着以太坊大行其道（这种去中心化平台面向完全按编程方式来运行的应用程序），越来越多的人开始将以太坊分类成区块链2.0。

与此同时，由于以太坊养猫游戏《Cryptokitties》风靡一时，我们目睹了以太坊区块链的局限性。现在市场争斗正酣，竞相成为所谓的区块链3.0。

一些初创公司甚至声称要打造区块链4.0或5.0，当然这是可笑的营销噱头。

你应该意识到这一点：大多数人使用的“区块链”这个术语与“分布式账本技术”（DLT）可互换；其实严格来说并不正确，因为DLT不需要是a chain of blocks。区块链只是DLT的一个类别。然而区块链这个词已获得了超高的人气，以至于我们现在热议区块链3.0，不过区块链3.0很可能不会是区块链。

有向无环图（DAG）：

DAG是一种使用拓扑排序（https://en.wikipedia.org/wiki/Topological_sorting）的有向图形数据结构。序列只能从早到晚。DAG常常用来解决与数据处理、调度、寻找最佳导航路线和数据压缩有关的问题。由于工作证明（POW）系统，比特币区块链一直效率低下。区块无法同时创建。链接的存储结构允许整个网络上只有一条链。大约同时发生的所有交易/事务都保存在同一个区块中。矿工（miner）然后争夺区块验证。大概每10分钟只创建一个区块。NXT是最先提出将链式存储结构变成区块DAG这个想法的社区。如果挖掘的时间保持不变，可以同时用网络上的X个区块将存储扩展X倍。

区块DAG的结构：

结合DAG的区块链仍来自链这个概念，即所谓的侧链（side-chain）。不同类型的交易/事务同时在不同的链上运行。区块DAG仍依赖区块概念。IoT Chain（ITC）、IOTA、Nano（之前的Raiblocks）和Byteball是目前市场上大放异彩的几个无区块项目。如果是比特币或以太坊，区块创建速度是个瓶颈。比特币每10分钟生成一个新的区块。以太坊比较快，但需要大约15秒至20秒来验证区块。但为什么我们需要区块？在比特币网络上，许多交易被挖掘成区块，交易顺序由区块之间的预哈希（prehash）来维护。如果将区块和交易组合起来，会怎么样？使每个交易直接参与顺序维护。交易完成后，你可以跳过挖矿过程。这让它无区块、更高效。

DAG没有挖矿，没有区块，没有交易费。网络的安全和一致性并不在矿工、验证者和用户之间划分。网络用户验证许多旧的交易（通过工作证明来验证），目的是为了能够进行自己的交易。没人获得回报，也没人要支付交易费。因此，像比特币或以太坊网络中的矿工－集中化是不可能的。

DAG应用领域局限于物联网，这是为工业设备确保数据完整性的技术。今后可应用于按需支付、小额支付、机器对机器通信（比如传感器技术）、智慧城市和自适应系统等。作为清算层，它旨在实现许多现有系统之间的互操作性。常见的区块链无法针对免费的结算层来加以调整，因为交易费有意整合进来，作为矿工的货币激励，因而作为网络的保护机制。由于DAG的设计以及实现方法，可扩展性接近无限。与基于区块链的网络（用户数量增加后速度变慢）相比较，随着用户群不断庞大，DAG实际上变得更快。这是由于越来越多的用户导致验证时间更短。在DAG网络上交易需要的哈希能力较低，这也是促使新用户使用DAG的另一个诱因。

Swirlds的哈希图：

哈希图的一致性算法为分布式一致性提供了一个新的平台。通常用于引用或描述区块链的一些属性有：分布式的、透明的、基于一致性的、事务性的和灵活的。哈希图具备所有这些特性。然而，它是一种比区块链快速得多、公平得多、安全得多的数据结构和一致性算法。它使用两种特殊技术来获得快速、公平、安全的一致性：互相传播基本上意味着，向该传播内容（Gossip）附加一小部分额外信息，这是含有最后两个人谈论的内容的两个哈希。使用该信息，可以在每个节点上构建哈希图，并且传播更多信息时，可定期更新哈希图。

一旦哈希图准备就绪，很容易知道节点的投票对象，因为我们知道每个节点拥有的信息以及何时知道它。因此，这些数据可以用作投票算法的输入，找出哪些交易迅速达成一致性。描述的这个过程名为虚拟投票。

区块链vs哈希图

事实证明，不像其他DLT，哈希图是完全异步的拜占庭容错（aBFT）。这意味着它并不对消息在互联网上传递有多快做任何假设。该功能使得它能够抵御DDoS攻击、僵尸网络和防火墙。比如比特币不是BFT，即使在糟糕的假设下也不是。在比特币中，你永远不知道自己拥有一致性。

结论：

随着时间的推移，我们确实看到了区块链的一些问题。虽然区块链仍提供去中心和不可变性，但出现的一大问题是交易时间问题，这归咎于区块链工作原理的性质。采用新技术的新玩家已登台亮相，那就是DAG，它为解决区块链存在的问题提供了一种方案。

DAG和哈希图使用的技术基本相同，当然细微之处不一样，不过那就好比描述Mac OS X Sierra与Mac OS X High Sierra之间的区别。

决定性因素也许是商业层面上的。哈希图拥有已申请专利的专有技术，这与大多数DAG解决方案采用的开源方法恰好相反。已申请专利的专有技术方法非常适合企业许可网络，那是个庞大的市场，哈希图实际上是Ripple、R3或Hyperledger等解决方案的替代技术。预计像SWIFT这样的大型企业间网络会考虑哈希图DAG，作为企业区块链解决方案的替代技术。

真正让私有许可系统有别于公共非许可系统的是内置在网络中的激励机制。

私有许可系统不需要外部激励体系。节点归拥有一种商业模式的公司所有。

DAG得到了更广泛的应用，它确实在几乎每个层面都比区块链具有一些优势。随着区块链系统内不断涌现出问题，用户可能尝试换成一种技术上更先进的系统，比如DAG。这会是DLT的未来出路吗？目前下结论为时尚早，不过眼下小瞧任何一种技术恐怕不明智。不过我们知道，DAG（非许可）尚未在实际环境下得到大规模测试。

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