区块链DAG(有向无环图)技术

DAG是面向未来的新一代区块链，从单链进化到树状和网状、从区块粒度细化到交易粒度、从单点跃迁到并发写入，这是区块链从容量到速度的一次革新。

01、什么是DAG？

DAG：Directed Acyclic Graph，中文意为「有向无环图」。

DAG原本是计算机领域一种常用数据结构，因为独特的拓扑结构所带来的优异特性，经常被用于处理动态规划、导航中寻求最短路径、数据压缩等多种算法场景。

再看传统区块链和DAG的区别，简单的说：

1）单元：区块链组成单元是Block，DAG组成单元是TX（交易）； 

2）拓扑：区块链是由Block区块组成的单链，只能按出块时间同步依次写入，好像单核单线程CPU；DAG是由交易单元组成的网络，可以异步并发写入交易，好像多核多线程CPU；

3）粒度：区块链每个区块单元记录多个用户的多笔交易，DAG每个单元记录单个用户交易。

传统区块链技术存在的几个问题：

1）效率问题：传统区块链技术基于Block区块，比特币的效率一直比较低，由于BlockChain链式的存储结构，整个网络同时只能有一条单链，基于POW共识机制出块无法并发执行；例如比特币每十分钟出一个块，6个出块才能确认，大约需要一个小时；以太坊大幅改善，出块速度也要十几秒。

2）确定性问题：比特币和以太坊存在51%算力攻击问题，基于POW共识的最大问题隐患，就是没有一个确定的不可更改的最终状态；如果某群体控制51%算力，并发起攻击，比特币体系一定会崩溃；考虑到现实世界中的矿工集团，以及正在快速发展量子计算机的逆天算力，这种危险现实存在。

3） 中心化问题：基于区块的POW共识中，矿工一方面可以形成集中化的矿场集团，另一方面，获得打包交易权的矿工拥有巨大权力，可以选择哪些交易进入区块，哪些交易不被处理，甚至可以只打包符合自己利益的交易，这样的风险目前已经是事实存在。

4）能耗问题：由于传统区块链基于POW算力工作量证明，达成共识机制，比特币的挖矿能耗已经与阿根廷一个国家耗电量持平，IMF和多国政府对虚拟货币挖矿能源消耗持批评态度。

02、DAG起源

Nxt社区提出的DAG of blocks。

有人提出用DAG的拓扑结构来存储区块，解决区块链的效率问题。区块链只有一条单链，打包出块无法并发执行。如果改变区块的链式存储结构，变成DAG的网状拓扑可以并发写入。在区块打包时间不变的情况下，网络中可以并行打包N个区块，网络中的交易就可以容纳N倍。

此时DAG跟区块链的结合依旧停留在类似侧链的解决思路，交易打包可以并行在不同的分支链条进行，达到提升性能的目的。此时DAG还是有区块的概念。

 

DagCoin的思路，让每一笔交易都直接参与维护全网的交易顺序。交易发起后，直接广播全网，跳过打包区块阶段，达到所谓的Blockless。这样省去了打包交易出块的时间。如前文提到的，DAG最初跟区块链的结合就是为了解决效率问题，现在不用打包确认，交易发起后直接广播网络确认，理论上效率得到了质的飞跃。DAG进一步演变成了完全抛弃区块链的一种解决方案。

03、小结

凡事有利必有弊，DAG的速度快，吞吐量高，但作为一个很年轻的数据结构，安全性和一致性还有待更多验证和认可，应用场景也还不像传统区块链那么广泛；但DAG技术的优势和创新速度已经崭露头角，越来越多后继基于DAG的创新项目和DAPP正源源不断的迅速涌现。