什麼是加密貨幣中的有向無環圖（DAG）？

簡介

談到加密貨幣，許多人會聯想到「區塊鏈」或「分散式帳本技術」等詞彙。自從比特幣誕生後，市場已出現數百種其他加密貨幣，多數採用相似的網路架構。這些資料結構讓用戶得以轉移價值，並與去中心化應用互動。

在區塊鏈系統中，新的區塊會定期新增至不斷成長的區塊鏈。每個區塊皆以特定加密連結（即哈希）與前一區塊相連，且內含用戶最近發起的交易。

然而，從交易被廣播到正式納入區塊，通常需經過一段等待時間。就像在車站等火車一樣，車廂容量（區塊大小）與等車人數（待處理交易）決定你能否搭上下一班或下下班列車。你可能需等待數秒甚至數小時，交易才會被確認。

許多人認為這是可以接受的權衡，畢竟不需依賴中心化協調方就能獲得高安全性。但也有人質疑區塊鏈技術有「使用期限」；批評者認為，長遠來看可擴展性問題將阻礙區塊鏈普及。

部分人士則認為，加密貨幣支付網路的未來將建立在完全不同的架構上，即有向無環圖（DAG）。

什麼是 DAG？

DAG 是一種不同的資料結構，類似於連結各種資訊的資料表。「有向無環圖」本身意義豐富，下面將進一步說明。

概念上，DAG 由頂點（球體）和邊（相連的線條）組成。之所以稱為有向，是因其具備方向性（可用箭頭表示）；稱為無環，則是因為從任一點出發，沿著圖前進，永遠無法回到原點。下文會有更直觀說明。

這類資料結構常用於資訊建模。例如在科學或醫學領域，可利用 DAG 觀察變數間的關聯，分析彼此的影響。舉例來說，可綜合營養、睡眠週期與身體症狀等因素，建立彼此關聯，以判斷對患者的影響。

本文更關注 DAG 如何協助分散式加密貨幣網路實現共識。

DAG 的運作原理

在基於 DAG 的加密貨幣系統中，結構內每個頂點代表一筆交易。這裡沒有區塊的概念，也不需透過挖礦來擴展資料庫。不同於傳統區塊鏈將交易聚合進區塊，DAG 中每筆交易皆建立於先前交易之上。但節點發起交易時，需進行小型的工作量證明操作，此舉既可防止網路遭垃圾攻擊，也能驗證前序交易。

要新增新交易，必須建立在現有交易基礎之上。例如，Alice 發起新交易。為獲得認可，該交易需引用已存在的交易。這雖類似比特幣區塊鏈引用前一區塊，但 DAG 可同時引用多筆交易。

某些系統會透過演算法選擇新交易應建立在哪些交易（即「尖端」）上。累計權重較高（即路徑上被確認次數越多）的尖端更易被選中。

Alice 所引用的交易當下尚未確認，但經引用後即被確認。此時，Alice 的交易則進入未確認狀態，須待他人繼續在其上建構後方能被接受。

通常用戶會傾向確認權重較高的交易，使系統持續成長。否則，用戶可能一直在舊交易上追加新交易。

對區塊鏈來說，防止雙重支付相對直接：相同資金無法於單一区塊內重複使用，節點可輕易辨識並拒絕含衝突交易的區塊。礦工因生產區塊成本高，會自動遵守規則。

DAG 也具備防止雙重支付的機制。原理類似，但無需礦工。節點確認前序交易時，會沿路徑回溯至 DAG 首筆交易，以確認發起者餘額充足。雖可能有多條路徑，但僅需驗證其中一條即可。

若用戶在無效路徑上持續追加交易，該交易可能被忽略。即使交易本身有效，若前序無效，則不會有人願意繼續擴展這條路徑。

初看之下難以理解：是否會出現多條彼此不知情的分支？同一筆資金是否能於不同分支被重複花費？

理論上雖有此可能，但透過演算法選擇機制——偏好累計權重更高的尖端——可加以解決。最終會形成一條權重遠高於其他分支的主鏈，較弱分支將被廢棄，網路則持續在權重較高分支推進。

如同區塊鏈，DAG 並無絕對最終性：無法百分百保證某筆交易永遠不會被撤銷。雖然極為罕見，但理論上仍可「回滾」比特幣或以太坊區塊，撤銷其中所有交易。每當有更多新區塊加在包含你交易的區塊之後，信任度便越高。因此建議資金花費前至少等待六次確認。

在主流 DAG 專案中，存在確認信任度的概念。演算法會執行 100 次，統計你的交易於被選尖端中被直接或間接批准的次數。比例越高，則交易被「定案」的信心水準越強。

這看似影響使用者體驗，實際上並非如此。例如 Alice 向 Bob 轉帳 10 個 MagicDAGToken，無需手動挑選尖端。錢包內部會自動：

• 選擇權重較高的尖端（即累計確認次數較多者）。
• 回溯交易路徑，確保尖端餘額充足。
• 確認無誤後，將交易寫入 DAG，並確認所引用交易。

對 Alice 而言，體驗與一般加密貨幣操作幾乎無異。她僅需輸入 Bob 的地址與金額後點擊發送。上述流程正是參與者於建立交易時進行的工作量證明。

有向無環圖的優缺點 （DAG 的優勢與侷限）

DAG 的優勢

速度

不受區塊時間限制，任何用戶可隨時廣播並處理自己交易。只需於交易時確認前序交易，理論上可無限量送出交易。

無需挖礦

DAG 不採用傳統工作量證明共識，碳足跡遠低於依賴挖礦維持安全性的區塊鏈加密貨幣。

無交易手續費

由於沒有礦工，用戶無需支付交易手續費。部分網路僅需向特殊節點支付極低費用。低費用（或零費用）對微支付極具吸引力，因高額手續費會限制應用場景。

無可擴展性瓶頸

不受區塊時間限制，DAG 可處理遠高於傳統區塊鏈的每秒交易量。許多支持者認為，DAG 對物聯網（IoT）等設備互聯場景特別有潛力。

DAG 的劣勢

不完全去中心化

DAG 協議仍帶有一定中心化成分。部分協議將中心化做為網路啟動的暫時措施，但 DAG 是否能完全在無第三方介入下持續運作，仍需觀察。如無法落實，網路可能面臨攻擊甚至癱瘓風險。

缺乏大規模驗證

雖然基於 DAG 的加密貨幣已發展數年，距離廣泛應用尚有一段路。未來用戶是否會誘因性利用系統漏洞，目前仍難以預測。

結語

有向無環圖無疑是加密貨幣網路架構的創新技術。目前採用此資料結構的專案仍不多，整體仍在持續演進。

但若其潛力得以完全發揮，DAG 技術可望賦能大規模可擴展的生態系統。尤其在高效能與零手續費需求明顯的物聯網、微支付等領域，DAG 的應用前景十分可觀。

FAQ

什麼是有向無環圖（DAG），它在加密貨幣中如何運作？

DAG 是一種資料結構，每筆交易皆記錄於彼此相連、且不構成回路的節點中。無需傳統區塊鏈，即可高效並行驗證交易，提升速度與可擴展性。

DAG 與傳統區塊鏈有何差異？

DAG 透過有向無環圖可並行驗證交易，傳統區塊鏈則採線性結構。DAG 速度更快、可擴展性更高，且不需大量礦工參與挖礦。

DAG 相較區塊鏈有哪些優勢？

DAG 提供比傳統區塊鏈更快的交易速度與更高可擴展性。它可同時處理多筆交易，延遲更低，交易吞吐量更大。

哪些加密貨幣採用 DAG 技術？

IOTA、Nano 等加密貨幣均採用 DAG 技術，以提升可擴展性與效率，突破傳統區塊鏈限制。

DAG 如何提升加密貨幣可擴展性？

DAG 容許多筆交易同時處理（非線性），大幅提升系統可擴展性。透過去中心化儲存與驗證，減少網路壅塞，顯著提升效能且不影響安全性。

DAG 技術在加密貨幣交易中安全嗎？

是的，DAG 技術於加密貨幣交易中安全可靠，速度與可擴展性均優於傳統區塊鏈。許多基於 DAG 的專案亦導入完善的安全與驗證機制，以防範攻擊及詐騙。