科普園地24 | 區塊鏈的衍生技術：DAG有向無環圖_比特幣

我們說區塊鏈目前還不成熟，有各種各樣的問題，比如說處理速度慢、手續費高昂、存在安全隱患等等，這些都是用戶最直觀的體驗，體驗不是太好。區塊鏈還有一個問題，那就是高并發問題。

高并發問題是怎么回事呢，我們簡單說一下。高并發是計算機領域的問題，簡單來講，高并發問題就是系統無法順利同時運行多個任務。很多任務同時運行，一大堆用戶涌進來，系統承受不住這么多的任務，會出現高并發問題，你的系統就卡住了，就好比春運時候，12306系統總是卡住，有可能就是高并發問題造成的。

傳統互聯網尚且存在高并發問題，區塊鏈網絡自然也存在這個問題，畢竟區塊鏈的成熟程度比起傳統互聯網，還有很大的差距。但是，如果沒有安全、可靠和高效的公鏈，整個區塊鏈產業的發展都將受到嚴重制約，應用落地也是空談。在這種背景下，DAG技術就被提出來了，DAG的全稱是“DirectedAcyclicGraph”，中文翻譯為“有向無環圖”。

IMF今日發布的加密貨幣科普視頻實為兩年前舊聞，且存在諸多疏漏:國際貨幣基金組織IMF今日在推特上發布了一條關于加密貨幣的科普視頻，這段時長兩分鐘的視頻最初發布于2018年6月。該視頻稱加密貨幣是“貨幣進化的下一步”，但沒有特別提到DLT、區塊鏈，甚至是代幣名稱等術語。BTC、XRP和ETH只出現在說明加密交易的圖形中。盡管這段視頻到目前為止已經獲得了超過13.7萬的點擊量和2900個贊，但來自加密社區的許多反應都是批評的，他們指出了信息中的漏洞和似乎具有誤導性的措辭。

Reddit用戶nanooverbtc稱：“他們犯了很多錯誤，比如把私鑰稱為密碼。”該視頻也沒有討論挖礦或加密貨幣供應。Kraken策略師Pierre Rochard等知名人士表示：“可證明的稀缺性是比特幣有趣的原因，你忘了提這一點。”（Cointelegraph）[2020/8/24]

DAG有向無環圖是怎么回事呢，它到底能起到什么作用呢？我們下面解釋一下。

聲音 | CNBC主持人：加密貨幣最大的缺點之一就是難以向外行快速科普:CNBC主持人Ran NeuNer近期發推稱，加密貨幣最大的缺點之一就是很難向外行快速解釋。當人們要求我向他們解釋比特幣時，我知道他們至少需要一個小時才能真正理解。[2019/9/10]

一、DAG：一個新型的數據結構

DAG，中文名字叫“有向無環圖”，從字面意思看，“有向"就是說它是有方向的，“無環”就是說它是沒有環路的、不能形成閉環的。所以，DAG其實是一種新型的數據結構，這個數據結構是有方向的，同時又是不能形成閉環的。

傳統的區塊鏈結構：

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DAG有向無環圖結構：

動態 | 美國演說家Anthony Robbins開始科普什么是比特幣:美國演說家安東尼·羅賓（Anthony Robbins）在自己的網站上發布了一篇比特幣的科普文章，并在推特上向自己的粉絲介紹什么是比特幣，目前他的推特賬戶共有粉絲304萬人。[2019/1/1]

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傳統區塊來講，我們總是以“區塊”為單位，一個區塊里往往包含了多筆交易信息。而在DAG中，沒有區塊的概念，而是以“單元”為單位，每個單元記錄的是單個用戶的交易，組成的單元不是區塊，而是一筆筆的交易，這樣一來，可以省去打包出塊的時間。

簡單來說，區塊鏈和DAG有向無環圖最大的區別就是：區塊鏈是一個接一個的區塊來存儲和驗證交易的分布式賬本，而DAG則是把每筆交易都看成一個區塊，每一筆交易都可以鏈接到多個先前的交易來進行驗證。

中科院自動化研究所將面向大中小學生開展區塊鏈等主題的科普講座:5月21日，新華網訊，今年，中國科學院自動化研究所將舉辦第十四屆“自動化之光”公眾科學開放日活動。屆時，自動化所將面向大中小學生分別開展《腦與智能》、《區塊鏈技術與平行智能》、《大數據時代的視覺智能》、《動畫真奇妙》等4個主題報告，用實例和生動的演示深入淺出地為大家揭示智能技術的原理和奧妙。[2018/5/21]

二、DAG的工作原理

傳統區塊鏈上，就拿比特幣來講，它是單鏈式的結構，區塊與區塊之間按照時間戳的先后順序排列開來，數據記錄在一條主鏈上。用不太恰當的比喻來講，這個“單鏈式”結構是一條一字排列的鏈。區塊鏈只有一條單鏈，打包出塊就無法并發執行。新的區塊會加入到原先的最長鏈之上，所有節點都以最長鏈為準，繼續按照時間戳的順序無限蔓延下去。

而對于DAG來講，每個新加入的單元，不僅只加入到最長鏈的一個單元，還要加入到之前所有的單元。舉個例子：假設我發布了一個新的交易，此時DAG結構已經有2個有效的交易單元，那么我的交易單元會主動同時鏈接到前面的2個之中，去驗證并確認，直到鏈接到創世單元，而且，上一個單元的哈希會包含到自己的單元里面。

換句話說，你要想進行一筆交易，就必須要驗證前面的交易，具體驗證幾個交易，根據不同的規則來進行。這種驗證手段，使得DAG可以異步并發的寫入很多交易，并最終構成一種拓撲的樹狀結構，極大地提高擴展性。

依據DAG有向無環圖，每一筆交易都直接參與了維護全網。當交易發起后，直接廣播全網，跳過礦工打包區塊階段，這樣就省去了打包交易出塊的時間，提升了區塊鏈處理交易的效率。

隨著時間遞增，所有交易的區塊鏈相互連接，形成圖狀結構，如果要更改數據，那就不僅僅是幾個區塊的問題了，而是整個區塊圖的數據更改。DAG這個模式相比來說，要進行的復雜度更高，更難以被更改。

總結一下，DAG作為一種新型的去中心化數據結構，它屬于廣義區塊鏈的一種，具備去中心化的屬性，但是二者的不同之處在于：

區塊鏈組成單元是Block，DAG組成單元是TX。

區塊鏈是單線程，DAG是多線程。

區塊鏈所有交易記錄記在同一個區塊中，DAG每筆交易單獨記錄在每筆交易中。

區塊鏈需要礦工，DAG不需要礦工。

三、DAG的代表：IOTA

DAG當前的代表項目，最知名的無疑就是IOTA。可以說，正是因為IOTA這個幣種在2017年下半年沖進市值排行第四位，才使人們真正認識到了它的底層技術：DAG有向無環圖。

IOTA在DAG有向無環圖的基礎上提出了“纏結”概念，在IOTA里面，沒有區塊的概念，共識的最小單位是交易。每一個交易都會引用過去的兩條交易記錄哈希，這樣前一交易會證明過去兩條交易的合法性，間接證明之前所有交易的合法性。這樣一來，就不再需要傳統區塊鏈中的礦工這樣少量節點來驗證交易、打包區塊，從而提升效率，節省交易費用。

四、DAG的現狀

盡管理論上來講，DAG有向無環圖能夠彌補傳統區塊鏈的一些弊端，但是目前并不成熟，應用到數字貨幣領域的時間也比較短，還比較年輕。它沒有像比特幣那般經過長達10年的時間來驗證整個系統的安全性，也沒有像以太坊那般實現了廣泛的應用場景。不過，現在有些聲音提出要采用“傳統區塊鏈+DAG”的數據結構，但是還沒有非常突出的案例，這里就不多說了。

總結一下，今天我們介紹了區塊鏈的衍生技術:DAG有向無環圖，這是一種全新的數據結構，可以對區塊鏈處理交易的效率、并發力達到顯著的提升，目前DAG技術的代表幣種是：IOTA，IOTA在此基礎上提出了“纏結”概念，它是一種可擴展的、輕量級的，還能在無需任何費用的前提下進行價值轉移的技術。

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