有向无环图（DAG）技术：超越区块链的分布式账本

一、起源

 

DAG（Directed Acyclic Graph，有向无环图）是一种数据结构，最早提出在区块链中加入DAG概念作为算法，是在2013年的bitcointalk论坛，被称作为“Ghost协议”，这一提议也是为了解决当时比特币的扩容问题。后来，在NXT社区，又有人提出了DAG of block，将DAG的拓扑结构用来存储区块，解决效率问题。那时对于DAG的应用，还停留在类似于侧链的一个认识。

 

众所周知，扩展性是当前区块链技术急需解决的难点之一。谈到扩展性，首当其冲的便是区块链的扩容问题，当区块链上的交易频繁时，区块链的性能也呈会线性下滑。参考以太坊的容量，仅仅一个加密猫游戏就让区块链不堪重负，造成了巨大拥堵。所以，如何有效地扩容，成为了当下区块链技术的一大重点。

 

在PoW算法的区块链中尤其如此，由于PoW机制是将交易数据打包成区块，在由算力高的节点进行记账，这种算法相对于PoS速度较慢，交易量上升更加会影响到整体的确认速度，以比特币为例，一开始比特币区块链大小为1M，后来交易量的上升使得社区不得不考虑扩容方案，还因此引发了扩容之争与分叉事件。

 

PoS在确认速度上大为改善，但仍然难以跟上需求。

 

同时，PoW和PoS算法都有趋向于中心化的理论风险，当拥有的算力或者代币达到了一定数量时，区块链就会变得中心化。

 

DAG也是一种分布式账本技术，与区块链不同。因为区块链是由区块组成的一条单链，而DAG则是由交易组成的网络。但本质上，两者却有着很大的相似之处。DAG中的交易，就可以看做是一个个“区块”，只不过这些区块也可以作为节点，形成一个复杂交织的网络拓扑结构。

 

DAG与PoW、PoS相比，DAG有着更加高的性能，甚至可以说交易越多、节点越多，处理速度越快。

 

• 工作原理

 

DAG技术如何在作为一个分布式账本进行应用呢？IOTA是应用DAG技术较为知名的一个项目，它将DAG进行了改进，并提出Tangle（缠结）方案。这里以IOTA作为例子来说明DAG的运行原理。

 

在DAG的网络中，每一个节点都可以是交易者和验证者，因为DAG中的交易处理，正是由交易节点本身来共同完成。

 

而且，IOTA的Tangle账本在保证高速处理交易的同时，并不需要支付交易费用。不过，这并不代表上面的交易时免费的，这是因为在这个账本中，每一笔交易的发起都需要线验证另外两笔随机交易，并将自己发起的交易指向这两笔交易，这样在区块链上矿工所承担的责任就分配给了所有的交易者。

 

DAG这种处理交易的方式，可称作为异步处理模式。

 

Tangle账本是建立在DAG网络拓扑结构上的去中心化账本，利用这一结构，所有点都能成为“矿工”，而且每个节点所承担的交易数量并不会超负荷，这样就使得交易量越大效率越高。

 

如果像IOTA一样，将其运用于微小交易，那么可参与的节点将会更多。区块链承担的交易量每秒可以万计算，而理论上DAG却能够达到每秒以亿计算。

 

• 优缺点

 

DAG的优点非常明显，它没有区块链需要担忧的扩容问题，因为随着交易量和用户的增长，它的处理速度只会更加快速；同时无交易费这一点可以迅速提升交易量，增强去中心化。

 

更强的性能和更高程度的去中心化，是DAG领先于区块链，以及重大创新的部分。然而，DAG也有着很大的隐患。

 

在安全性上，DAG要比PoW脆弱得多。在PoW共识机制中，算力达到51%，才能够发起攻击；而攻击DAG，以Tangle为例，发起一笔交易验证两笔交易，理论上来说，只要达到34%的算力，就能够攻击整个DAG网络了。

 

而且，因为每个人都能处理交易，如果一个拥有高算力的节点通过发起巨量的交易，从而获得更多验证权，就很容易降低DAG网络的效率，甚至发起攻击；而无交易费使得发起和验证的成本为零，同时海量的节点更增加了这种攻击风险。

 

此外，在掌握高算力的情况下，也很容易出现“双花”现象，“双花”即双重花费，指一笔钱花了两次。攻击者可以同时发起两笔交易，利用异步处理数据和节点间的信息差来达到这个目的。

 

DAG作为区块链的一个有力竞争者，有着极大的创新之处，但同时也具有明显的缺陷。不过，作为一个年轻的数据结构，DAG可以结合更多的新技术来扬长避短。目前使用这一技术的项目，有知名的“DAG三驾马车”IOTA、字节雪球、NANO。

 

目前，有越来越多的DAG项目正在发展，有乐观者认为DAG才是真正的区块链3.0，也有人认为区块链才是更加完善的去中心化账本。不可否认的是，DAG的确是区块链在去中心化和拓展问题上的强劲对手。

 

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