1.3 DAG區(qū)塊鏈

1.3.1 起源

DAG最初出現(xiàn)是為了解決區(qū)塊鏈的效率問題。比特幣的效率一直比較低，基于工作量證明共識下的出塊機制是一個原因，由于鏈式的存儲結構，整個網(wǎng)絡中同時只能有一條鏈，導致出塊無法并發(fā)執(zhí)行。針對此問題，Nxt社區(qū)提出改變區(qū)塊的鏈式存儲結構，變成區(qū)塊DAG。在區(qū)塊打包時間不變的情況下，網(wǎng)絡中可以并行打包N個區(qū)塊，網(wǎng)絡中的交易就可以容納N倍。但此種方式仍停留在類似側鏈的解決思路，不同的鏈存儲不同類型的交易，這樣降低出現(xiàn)雙花的可能，在之后某個節(jié)點需要合并的時候，幾個分支再歸并到一個區(qū)塊。

換一種思路，上述方案都屬于有區(qū)塊的情況，無論是在比特幣還是以太坊中，我們都會提到出塊速度這樣的概念，比特幣每十分鐘出一個塊，6個出塊確認需要一個小時，以太坊好很多，但是出塊速度也要十幾秒。能否舍棄區(qū)塊的概念呢？2015年社區(qū)提出DAGCoin的概念，把區(qū)塊和交易融合到了一起。回想下比特幣網(wǎng)絡中區(qū)塊和交易的概念，很多筆交易先打包到區(qū)塊中，區(qū)塊和區(qū)塊之間通過PreHash來維護全網(wǎng)的交易順序。而DAGCoin的思路是讓每一筆交易直接參與維護全網(wǎng)的交易順序。這樣交易被發(fā)起后直接跳過打包區(qū)塊的階段，直接融入全網(wǎng)，如此達到無區(qū)塊效果，且連打包交易出塊的時間都省去了。如前所述，DAG最初跟區(qū)塊鏈的結合就是為了解決效率問題，現(xiàn)在不用打包確認，交易發(fā)起后直接進入確認網(wǎng)絡，理論上效率自然會提高很多。

1.3.2 DAG區(qū)塊鏈與單鏈技術的對比

1．單鏈技術的幾個問題

效率問題：傳統(tǒng)區(qū)塊鏈技術基于區(qū)塊，比特幣的效率一直比較低，由于BlockChain鏈式的存儲結構，整個網(wǎng)絡同時只能有一條單鏈，基于PoW共識機制出塊無法并發(fā)執(zhí)行。

確定性問題：比特幣和以太坊存在51%算力攻擊問題，基于PoW共識的最大問題隱患，就是沒有一個確定的不可更改的最終狀態(tài)；如果某群體控制51%算力，并發(fā)起攻擊，比特幣體系一定會崩潰；考慮到現(xiàn)實世界中的礦工集團，以及正在快速發(fā)展量子計算機的逆天算力，這種危險現(xiàn)實中會存在。

中心化問題：基于區(qū)塊的PoW共識中，礦工一方面可以形成集中化的礦場集團，另一方面，獲得打包交易權的礦工擁有巨大權力，可以選擇哪些交易進入?yún)^(qū)塊，哪些交易不被處理，甚至可以只打包符合自己利益的交易，這樣的風險目前已經(jīng)是事實存在。

能耗問題：由于傳統(tǒng)區(qū)塊鏈基于PoW算力工作量證明，達成共識機制，比特幣的挖礦能耗已經(jīng)與阿根廷整個國家的耗電量持平，IMF和多國政府對虛擬貨幣挖礦能源消耗持批評態(tài)度。Digiconomist數(shù)據(jù)表明：全球挖礦業(yè)務總計，每年產(chǎn)生約2.9億噸碳排放。

2．DAG區(qū)塊鏈的與單鏈的區(qū)別

單元：區(qū)塊鏈組成單元是Block（區(qū)塊）, DAG組成單元是TX（交易）。

拓撲：區(qū)塊鏈是由Block區(qū)塊組成的單鏈，只能按出塊時間同步依次寫入，類似于單核單線程CPU; DAG是由交易單元組成的網(wǎng)絡，可以異步并發(fā)寫入交易，類似于多核多線程CPU。

粒度：區(qū)塊鏈每個區(qū)塊單元記錄多個用戶的多筆交易，DAG每個單元記錄單個用戶交易。

1.3.3 DAG區(qū)塊鏈的優(yōu)勢與價值

DAG區(qū)塊鏈與傳統(tǒng)區(qū)塊鏈工作機制的不同之處在于，后者需要礦工完成工作量證明（PoW）來執(zhí)行每一筆交易，而DAG區(qū)塊鏈能擺脫區(qū)塊鏈的限制來完成這樣的操作。不同的是，在DAG區(qū)塊鏈中一筆交易接著另外一筆，這意味著一筆交易能夠?qū)ο乱还P交易提供證明，由此一直排序下去。這些交易之間的連接就是DAG，就像區(qū)塊通過哈希值來向整條區(qū)塊鏈提供它們的名字一樣。

在傳統(tǒng)塊鏈式區(qū)塊鏈中，每筆交易都要花費不少時間，而對于DAG區(qū)塊鏈來說，交易時間將變得微不足道。由于每筆交易都與下一筆交易相連，且礦工被排除在外，交易時長會隨著越來越多用戶加入系統(tǒng)而縮短。

在DAG系統(tǒng)中，剔除礦工的設置能夠避免像區(qū)塊鏈系統(tǒng)中某一個礦池集合全網(wǎng)50%算力的威脅，與雙重攻擊的隱憂。沒有了區(qū)塊鏈中的工作量證明共識機制，DAG的交易指令能夠極快地擴散通知至全網(wǎng)，大部分雙重支付的攻擊嘗試將會被系統(tǒng)捕捉到并立即拒絕執(zhí)行。

和以太坊相比，DAG網(wǎng)絡雖然不具備智能合約強制執(zhí)行的特性，但它能為用戶提供一個相對簡單、清晰易辨的架構，以太坊的系統(tǒng)則要復雜許多。這不僅使得用戶能更容易去理解DAG區(qū)塊鏈上的虛擬貨幣什么時候以及怎樣進行支付，而非依靠著一個滿是程序員和合約的世界。從這個角度來看，可以把DAG網(wǎng)絡看成是一個智能合約缺席執(zhí)行者和旁觀者的版本。

如果DAG區(qū)塊鏈能得到更為廣泛的應用，它在幾乎每個級別都能顯露出比傳統(tǒng)區(qū)塊鏈更優(yōu)的特性。在目前區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，隨著交易時長這樣的問題顯現(xiàn)出來，DAG區(qū)塊鏈勢必將受到越來越廣泛的關注。