DAG(有向无环图)技术
什么是DAG?
DAG的全称为“Directed Acyclic Graph”,中文意思为:有向无环图,它由有限个顶点和“有向边”组成,从任意顶点出发,经过若干条有向边,都无法回到该顶点,这种图就是有向无环图。
DAG 在图论中的本意?
先从区块链说起。如果你有编程知识背景,肯定知道链表的概念,链表就是一条很多节点链接成的一条链,每个节点中包含指向前一个节点的链接。区块链之所以能连成一条链,是因为新区块中有指向上一个区块的指针,所以说区块链的数据结构是一个链表。但是区块链的问题就在于它是一条线,假设一个区块生成的时间是固定的,那么这样一条线的结构就会造成性能瓶颈。因为每隔这个固定时间,只允许有一个区块添加到链上。所以要提升区块链的性能,大概有两个思路,一个是缩短生成一个区块的时间,而对于采用了 DAG 技术的区块链项目,走的就是另外一个思路了,也就是改变数据的结构,让新数据的添加可以平行进行。
DAG 数据结构不是链表,而是 Graph 图。Graph 上有很多节点,也叫做 Vertices 顶点,连接两个节点的叫做 edges 边。链表,Tree ,图是三个复杂度递进的数据结构。链表就是一条有方向的线。Tree 是有分叉的,但是任意两个节点间只有一条路径能到达另外一点,也就是不能形成闭合的图形。而图是可以有闭合的图形的。当然,深入一点说,Tree 也属于 Graph 的一个特例。
区块链中使用 DAG 的基本方式?
- 第一个功能,交易验证。常见的做法是,DAG 项目会要求后发起交易的人必须选择一个或多个之前的交易来验证。DAG 项目中不会把交易打包成区块,这样每个交易就是一个节点,交易之间的指针就是边,交易历史就形成了一个 DAG 。
- 第二个是交易验证。如何有人发恶意交易,出现了各种争端,谁来解决呢?基本的共识思路是通过某种规则选择出几十个见证人,让见证人通过 BFT 协议或者其他规则来见证交易。Byteball 项目规则是选出12个实名制的见证人,IOTA 则采用了一个临时的中心化 Coordinator 机制。
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第三个是激励。DAG 类的项目中一般没有挖矿,通常的做法是一次性发行所有币。例如,Nano 项目就是通过在创世账户中直接发放的形式,来一次性发行所有的币的。参与验证的机器会获得代币激励。
DAG技术有什么特点?
- 交易速度快:DAG实现的局部处理和并行结算,可以使得交易速度大幅度提升。
- 拓展性强:因为各个节点,无需等待同步其他的节点数据,使得节点很容易答复延展,因此DAG很适用于物联网类项目。
- 作恶难度更大:相比于链式结构,在DAG图式结构中恶意修改的难度会大很多,因为DAG拥有着很多的出度和入度,假如要修改某一个节点,那么对应的出入度都要进行修改。
DAG的优缺点?
- 优点:最明显的就是高速度零费用。DAG 条件下,交易不会打包成区块。每笔交易都是单独被验证的,所以大量的交易验证都可以并行进行。理论上交易吞吐量是没有上限的。用户互相之间互相验证交易,于是 DAG 项目可以实现0手续费交易。这些优点对于 IOTA 这样的服务物联网的区块链项目是非要必要的,因为 IOTA 要处理的是机器和机器之间的交易,通常都是非常高频和小额的交易,如果过程中再收取手续费,就没法进行了。
- 缺点:DAG 这个思路应该说安全性还是有待验证的,各种安全漏洞不断的被曝出。中心化问题也相对比较严重,这一点从上面提过的几个项目达成共识的方式可以看到。