極客丨交易量與效率成正比，超越區塊鏈的分散式賬本：有向無迴圈圖（DAG）技術
一、起源
DAG（Directed Acyclic Graph，有向無環圖）是一種資料結構，最早提出在區塊鏈中加入DAG概念作為演算法，是在2013年的bitcointalk論壇，被稱作為“Ghost協議”，這一提議也是為了解決當時比特幣的擴容問題。後來，在NXT社群，又有人提出了DAG of block，將DAG的拓撲結構用來儲存區塊，解決效率問題。那時對於DAG的應用，還停留在類似於側鏈的一個認識。
眾所周知，擴充套件性是當前區塊鏈技術急需解決的難點之一。談到擴充套件性，首當其衝的便是區塊鏈的擴容問題，當區塊鏈上的交易頻繁時，區塊鏈的效能也會呈線性下滑。參考以太坊的容量，僅僅一個加密貓遊戲就讓區塊鏈不堪重負，造成了巨大擁堵。所以，如何有效地擴容，成為了當下區塊鏈技術的一大重點。
在PoW演算法的區塊鏈中尤其如此，由於PoW機制是將交易資料打包成區塊，在由算力高的節點進行記賬，這種演算法相對於PoS速度較慢，交易量上升更加會影響到整體的確認速度，以比特幣為例，一開始比特幣區塊鏈大小為1M，後來交易量的上升使得社群不得不考慮擴容方案，還因此引發了擴容之爭與分叉事件。
PoS在確認速度上大為改善，但仍然難以跟上需求。
同時，PoW和PoS演算法都有趨向於中心化的理論風險，當擁有的算力或者代幣達到了一定數量時，區塊鏈就會變得中心化。
DAG也是一種分散式賬本技術，與區塊鏈不同。因為區塊鏈是由區塊組成的一條單鏈，而DAG則是由交易組成的網路。但本質上，兩者卻有著很大的相似之處。DAG中的交易，就可以看做是一個個“區塊”，只不過這些區塊也可以作為節點，形成一個複雜交織的網路拓撲結構。
DAG與PoW、PoS相比，DAG有著更加高的效能，甚至可以說交易越多、節點越多，處理速度越快。
二、工作原理
DAG技術如何在作為一個分散式賬本進行應用呢？IOTA是應用DAG技術較為知名的一個專案，它將DAG進行了改進，並提出Tangle（纏結）方案。這裡以IOTA作為例子來說明DAG的執行原理。
在DAG的網路中，每一個節點都可以是交易者和驗證者，因為DAG中的交易處理，正是由交易節點本身來共同完成。
而且，IOTA的Tangle賬本在保證高速處理交易的同時，並不需要支付交易費用。不過，這並不代表上面的交易是免費的，這是因為在這個賬本中，每一筆交易的發起都需要先驗證另外兩筆隨機交易，並將自己發起的交易指向這兩筆交易，這樣在區塊鏈上礦工所承擔的責任就分配給了所有的交易者。
DAG這種處理交易的方式，可稱作為非同步處理模式。
Tangle賬本是建立在DAG網路拓撲結構上的去中心化賬本，利用這一結構，所有點都能成為“礦工”，而且每個節點所承擔的交易數量並不會超負荷，這樣就使得交易量越大效率越高。
如果像IOTA一樣，將其運用於微小交易，那麼可參與的節點將會更多。區塊鏈承擔的交易量每秒可以萬計算，而理論上DAG卻能夠達到每秒以億計算。
三、優缺點
DAG的優點非常明顯，它沒有區塊鏈需要擔憂的擴容問題，因為隨著交易量和使用者的增長，它的處理速度只會更加快速；同時無交易費這一點可以迅速提升交易量，增強去中心化。
更強的效能和更高程度的去中心化，是DAG領先於區塊鏈，以及重大創新的部分。然而，DAG也有著很大的隱患。
在安全性上，DAG要比PoW脆弱得多。在PoW共識機制中，算力達到51%，才能夠發起攻擊；而攻擊DAG，以Tangle為例，發起一筆交易驗證兩筆交易，理論上來說，只要達到34%的算力，就能夠攻擊整個DAG網路了。
而且，因為每個人都能處理交易，如果一個擁有高算力的節點通過發起巨量的交易，從而獲得更多驗證權，就很容易降低DAG網路的效率，甚至發起攻擊；而無交易費使得發起和驗證的成本為零，同時海量的節點更增加了這種攻擊風險。
此外，在掌握高算力的情況下，也很容易出現“雙花”現象，“雙花”即雙重花費，指一筆錢花了兩次。攻擊者可以同時發起兩筆交易，利用非同步處理資料和節點間的資訊差來達到這個目的。
DAG作為區塊鏈的一個有力競爭者，有著極大的創新之處，但同時也具有明顯的缺陷。不過，作為一個年輕的資料結構，DAG可以結合更多的新技術來揚長避短。目前使用這一技術的專案，有知名的“DAG三駕馬車”IOTA、位元組雪球、NANO。
目前，有越來越多的DAG專案正在發展，有樂觀者認為DAG才是真正的區塊鏈3.0，也有人認為區塊鏈才是更加完善的去中心化賬本。不可否認的是，DAG的確是區塊鏈在去中心化和拓展問題上的強勁對手。
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文章作者丨狂歌酒
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