科普園地24 | 區塊鏈的衍生技術：DAG有向無環圖_DAG

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”。

動態 | 區塊鏈技術入選科普雜志《科學美國人》2019十大突破性技術榜單:據新浪網今日新聞報道，美國科普雜志《科學美國人》公布 2019 十大突破性技術榜單。區塊鏈技術因在保障食品安全中的作用而上榜。 入選榜單具體原因：區塊鏈技術的發展應用將顯著改善食品污染源數據追蹤的困境。利用區塊鏈云端系統，食品制造商可以依次在計算機儲存各類過程的信息。[2019/9/29]

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。

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。

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]

傳統的區塊鏈結構：

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DAG有向無環圖結構：

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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。

聲音 | 中科院姚建銓：要加快推進區塊鏈與物聯網融合的科普 培訓:據新華網消息，日前，在區塊鏈與物聯網融合發展峰會上，中國科學院院士姚建銓說，關注區塊鏈技術里面的大數據，跟區塊鏈技術結合起來進行測量和檢測，能更好地提升激光清洗技術。姚建銓建議，無錫今后要加快推進區塊鏈與物聯網融合的科普、培訓，正確引導廣大人民群眾對技術的認知；同時，建立專業、權威，但又普適、成套的理論體系和標準，以此切入區塊鏈的實際應用。[2018/9/18]

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。

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。

科普時報：區塊鏈與云計算長期發展目標不謀而合:據《科普時報》今日報道，區塊鏈與云計算兩項技術的結合，從宏觀上來說，一方面，利用云計算已有的基礎服務設施或根據實際需求做相應改變，實現開發應用流程加速，滿足未來區塊鏈生態系統中初創企業、學術機構、開源機構、聯盟和金融等機構對區塊鏈應用的需求。另一方面，對于云計算來說，“可信、可靠、可控制”被認為是云計算發展必須要翻越的“三座山”，而區塊鏈技術以去中心化、匿名性，以及數據不可篡改為主要特征，與云計算長期發展目標不謀而合。[2018/5/4]

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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