区块链的革新——DAG及其应用

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目前大多数的数字货币都是基于区块链技术。然而数字加密货币发展到现在，已经有了3代的更新。

第一代，区块链+PoW。

第二代，区块链+PoS。

第三代，DAG(有向无环图，属于数学中的图论部分)。

第一代的数字货币以比特币、莱特币、以太坊（大都会分叉之前）等为典型，都是基于区块链技术，交易的确认通过工作量来证明（PoW），也就是通过挖矿的方式来实现。

第二代的数字货币以升级后的以太坊（大都会分叉之后）为典型，同样基于区块链技术，但是工作证明采取权益证明的方式(PoS)，可以理解为股票中的分红机制。

第三代的数字货币有IOTA和ByteBall(字节雪球)，没有采用区块链技术（或者说是新型的区块链技术），而是全新的DAG技术，在技术层面是一次革新。

为什么说DAG技术是技术层面的一次革新？

首先要理解，DAG和区块链是数据结构上的不同，各自应用的数字货币是基于相似的规则。先说一下基于区块链技术的挖矿方式PoW和PoS的优缺点。

POW：之前在《比特币是什么（二）》中我曾经提到PoW是一种比较稳定的证明机制，已经形成了生态圈及矿工利益团体，但是PoW有无谓的浪费资源之嫌，算力垄断，手续费高，在面对DDOS攻击时很容易造成拥堵，而且未来量子计算机的出现可能会使得现在牢不可破的PoW机制变得脆弱；

POS：PoS类似股票的分红，首先你就要持有一定数量的数字货币，持有一定数量的数字货币就会受到币价的影响，同时也会造成权益越来越中心化，比如交易所在充当买卖平台的同时，也可以看作一定意义上的矿工。但是PoS确实大大减少了挖矿的能源成本。长远来看，可能会有更多的币种会向PoS方向发展。

从下图我们可以看到，就一笔交易的能耗，BTC是ETH的5.4倍，是VISA的20000倍。需要注意的是，这里VISA的能耗没有可比性，因为VISA会付出更多的手续费。

源引：世界经济论坛：比特币一笔交易的能耗可供普通家庭用一个月

DAG技术的出现可以良好的解决数字货币的挖矿问题。

DAG——有向无循环图，图论/算法中有时也称有向无环图为DAG ( Directed Acyclic Graph)。所谓有向无环图是指：任意一条边有方向，且不存在环路的图。

首先它是一个图，然后它是一个有向图，其次这个有向图的任意一个顶点出发都没有回到这个顶点的路径，是为有向无环；

DAG不一定能转化为树，但是树一定是一个DAG；

DAG可以执行拓扑排序。

生活和工程中的许多事例都能转化为DAG模型。

比如：

有n个矩形，大小不同，导致有些矩形能够嵌套进另一些矩形。现在告诉你这些矩形的长和宽，让你找出尽可能多的矩形，使它们能依次嵌套在下一个矩形内。

乍一看这个问题和DAG没有任何关系。但是仔细想想，如果一个矩形能够嵌套在另一个矩形内，那不就正好有一条「边」连接着这两个矩形（矩形看作顶点）吗？也就是一个矩形的边指向另一个矩形的边。同时，一个矩形显然是无法自身嵌套自身的，所以可证明无环。因此，这是个DAG。

下面说一个基于DAG技术的数字货币IOTA的基本原理。

IOTA 按如下方式运行。不存在全局的区块链， 这里是一个 DAG（有向无环图），也称之为 Tangle（缠结）。通过节点发出的所有交易构成了这个有向无环图 DAG 的集合。

这个图中的边是这样形成的：当一个新的交易到达，它必须验证之前的两个交易，这些验证关系就通过有方向的边来表示，如下图所示（在图中，时间走向总是从左到右）。如果从交易 A 到交易 B 之间至少有两个有向边的路径存在，我们就说交易 A 间接地验证了交易 B。我们假定节点检查认证的交易是否存在冲突，同时节点不会直接或者间接地认证具有冲突的交易。那么随着交易被越来越多的直接或者间接的交易所验证，这个交易就会被系统所接受；换句话说，要接受一个双花交易是极为困难的（或者至少在实践上是几乎不可能的）。

DAG vs Blockchain

那么相比于比特币等传统的区块链，这种机制有什么好处？

我们将从两个主要方面进行比较：

数据结构：通过DAG，每一笔交易就可以看作是一个区块，没有容量限制的问题，每一个区块有多个指向，拓展性强，因此能够实现数字货币较高的交易吞吐量（通过平行验证）。并且参与者越多，整个系统也会变得越来越安全和快速，确认时间会缩短，交易也完成的越来越快。

共识机制：区块链中添加下一个区块需要多方进行竞争，并获取区块奖励或交易手续费。正因如此，共识和交易生成是分离开的，并且由网络的一小部分人来完成，通常会设置较高门槛（就像比特币一样），这样会导致进一步的中心化（算力垄断）。在DAG系统中，交易者本身就是矿工，网络中的每位参与者都能进行交易并且积极参与共识。通过这种方式，验证就能同步进行，网络能够保持完全去中心化，不需要矿工传递信任，也不需要支付交易手续费。

本文重点阐述了DAG技术及其应用IOTA的基本原理，并没有做进一步的引申，也是希望留给大家一定的思考空间，也欢迎大家留言讨论。

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