DAG：區塊鏈新式账本

比特幣區塊鏈具有去中心化，數據持久化，防篡改，安全性高的特點，但是也存在一些缺點，比如可編程性差，高耗能。後面出現了支持智能合約的以太以及hyperledge，依然存在可擴展性差，吞吐量小的缺點，還要支付昂貴的手續費。

目前有幾種用來解決這些問題的方法，比如分片：cosmos的cosmos hub，near的夜影協議都採用了這方法，將交易分區，同時處理多個交易；flow則是將角色進行區分，充分利用了資源，算力大的節點進行計算，中算力和低算力的用來做驗證節點，提高速度；DAG區塊鏈也是一種非常優質的解決方案，從根本改變了傳統比特幣區塊鏈的架構，將傳統鏈狀區塊鏈變成圖狀區塊鏈。

什么是DAG

DAG就是有向無環圖，簡單來說就是沒有閉環的有向圖，由點（vertex）和有箭頭的邊（edge）組成，沒有區塊概念，從圖論拓撲模型宏觀來看，將比特幣區塊鏈從單鏈進化到樹狀和網狀，從區塊粒度細化到交易粒度，單點到並發，可擴展性極強。

圖形區塊鏈的優勢就是交易速度快，和傳統的八卦傳播相比，它的信息交互從全網傳播變為只和一小部分節點進行信息交互，消耗大大減少；且作惡難度大，原因是每當一筆交易被確認，就相當於隱性確認了他的祖先交易。

用DAG做账本的項目

NXT：NXT的誕生和比特幣一樣，2013年9月28，一個叫BCNext的成員匿名在bitcointalk社區發了一篇貼，推出NXT作為新一代加密貨幣，將鏈式改為DAG模式並且發布了白皮書，進行ICO。

RaiBlocks：2014年12月出現，將每筆交易作為單獨的存儲單元，並且一個用戶一條鏈，只記錄自己的交易，使交易可以並行執行，後來改名為Nano。

DAGCoin：提出較早，但並沒有代碼實現，一直到字節雪球的出現。

Byteball（字節雪球）：採用最短路徑最優父節點算法，選出一條全網共識的主鏈。

IOTA：2016年7月推出，沒有打包過程，也不需要挖礦，沒有交易費，提高吞吐量。

Fantom：2018年，自己創建的Lachesis共識機制，但是基本共識還是使用的DPoS。

Avalanche：2020年开源項目，自創雪崩機制，共識基於八卦傳播改進，提高速度和安全性。

DAG模型採用的共識機制：PoS，Witness，DPoS，Tangle

PoS：2012年Peercoin第一個使用PoS共識機制，節點通過質押自己的代幣獲得出塊權，質押數量越多，被選為出塊人的概率越大。和PoW相比，PoS不會過於消耗計算機資源。包括以太坊後續也要由PoW+PoS（Casper協議）過渡到PoS，目的是提高網絡效率。

Witness：Byteball提出的見證人機制，根據規則選取主鏈從而決定交易的全局順序。見證人是系統中長期實名並且聲譽較高的組織或個人，他們是參與系統維護並資源頻繁發起交易單元的節點，對於消極工作或者作弊的見證人，可以經過用戶投票進行更換。在Byteball中，從任何一個頂端單元出發到達創世單元的最優路徑為候選主鏈。最優路徑通過選擇最優父單元產生，全部節點運行相同的選取最優父單元算法，遞歸選出主鏈。

DPoS：基於代理權益證明是基於PoS改進的，由EOS創始人提出。Nano中就是用了DPoS，每個持有代幣的人都由權利投票選出代理節點，不管持幣數量多少都能參與，每個節點基於持有的代幣數量來選出代表，擁有的數量越多，權重越高，網絡中產生一些權重較高的代表來維護和驗證。在交易生效前，節點要將交易發送給驗證器節點，每個後續驗證器節點都會執行相同的驗證和傳遞過程，一直到整個網絡都獲得這筆交易。

Tangle：IOTA創建出來的共識，節點添加新交易需要確認前兩筆未確認的交易並計算一個PoW值，並且隨着越來越多的交易被添加到Tangle中，權重會被添加到附屬的祖先交易中，當交易由足夠大的權重時，交易將現實確認狀態。理論上如果網絡中有足夠多的交互，確認過程可以在幾秒中完成。創新之處在於不需要專門的人來維護和驗證，而是整個網絡的參與者都可以驗證。IOTA中共識機制和交易過程是一體的，Tangle在運行的同時處理交易，並且過程中不存在任何手續費。就是因為IOTA的這種無礦工無交易費又可以0值交易的特點，也讓攻擊變得非常容易。一开始IOTA設置的的機制是不需要Pow的，即添加新交易，只需要確定前兩筆未確認的交易（下圖中：黃色塊新交易要添加進網絡必須確認同一路徑中末尾兩個藍色塊unconfirmed）即可，換言之不需要質押不需要买礦機，只要不停地用電腦發送交易，這樣就很容易讓發起的交易總數達到總交易數的50%以上，就可以發起攻擊。這屬於漏洞一樣的存在，後期IOTA也發現這個問題，要求提交新交易需要再增加一個PoW值，所以雖然是無交易費，但是IOTA的用戶相當於自己做了礦工該做的事情。改進後的IOTA使用了一個中心化的Coordinator（COO），用戶定期驗證DAG的交易以確保網絡安全，但長期來說會影響IOTA的可擴展性，所以實施一年後IOTA基金會擬計劃取消這個COO，並增加100倍帶寬。但是經過計算，只需要700臺S9的算力就可以完成雙花。綜合來看Tangle機制並不能讓網絡持續良好的運行。

圖片來源：http://pdf.dfcfw.com/pdf/H3_AP201812271279983589_1.pdf

總結

DAG的圖形區塊鏈的優勢是可以讓交易速度變的非常快，拓展性強，並發越高的越容易達成共識。劣勢是交易時長不可控制，不支持強一致性（異步記錄機制無法給全局排序，在後續運行智能合約時會有偏差）。對於安全性來說，要取決於具體項目使用的共識方式。所以DAG是個好的區塊鏈模式，但具體共識機制才是確認交易和安全性的基礎。所以總的來說DAG模式對於傳統鏈狀區塊鏈是比較新穎，然而在確定一致性方面，對共識機制有更高的要求。

參考文獻：

ZHANG Chang-gui, ZHANG Yan-feng, LI Xiao-hua, NIE Tie-zheng, YU Ge. Survey of New Blockchain Techniques:DAG Based Blockchain and Sharding Based Blockchain[J]. Computer Science, 2020, 47(10): 282-289.

http://pdf.dfcfw.com/pdf/H3_AP201812271279983589_1.pdf

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