什么是加密货币中的有向无环图（DAG）？

简介

谈及加密货币，你或许会联想到“区块链”或“分布式帐本技术”等词汇。自比特币问世以来，市面上已出现数百种其他加密货币。它们大多采用相似的网络架构。这些数据结构让用户能够转移价值并与去中心化应用互动。

在区块链系统中，新的区块会定期被添加到不断增长的区块链中。每个区块通过特定的加密链接（即哈希）与前一区块相连。每个区块内都包含用户最近发起的交易。

然而，从交易被广播到被收入区块，通常会有一段等待时间。想象你在车站等火车。车厢容量（区块大小）和等车人数（待处理交易）决定了你能否搭上下一班甚至下下班火车。你可能会等待几秒甚至几小时，交易才会被确认。

许多人认为这是一种可接受的权衡，毕竟它在不依赖中心化协调方的情况下，带来了高度的安全性。但也有观点认为，区块链技术存在“有效期限”。批评者认为，长期来看，可扩展性难题将阻碍区块链的大规模普及。

部分人认为，加密货币支付网络的未来，将建立在完全不同的架构之上：即有向无环图（DAG）。

什么是 DAG？

DAG 是一种不同的数据结构，类似于一个连接不同信息的数据表。“有向无环图”这个词本身含义丰富，我们先来拆解一下它。

从概念上看，DAG 由顶点（球体）和边（连接它们的线）组成。称为有向，是因为它们有方向性（可通过箭头表示）。称为无环（即非循环），是因为顶点不能自我闭合：从任意一点出发，沿图前进，无法回到原点。后文会更直观地说明。

此类数据结构常用于信息建模。例如在科学或医学领域，你可以用 DAG 观察变量间关系，分析它们如何彼此影响。比如，可以结合营养、睡眠周期和身体症状等因素，建立它们间的关联，从而判断对患者的影响。

对我们而言，更关注的是 DAG 如何实现分布式加密货币网络的共识。

DAG 的运作原理

在基于 DAG 的加密货币系统中，结构内的每个顶点代表一笔交易。这里没有区块的概念，也不需要通过挖矿扩展数据库。与传统区块链聚合交易进区块不同，DAG 中每笔交易都建立在之前的交易上。但在节点发起交易时，会进行一项小型的工作量证明操作。这既防止了网络遭受垃圾攻击，也能验证前序的交易。

要添加新交易，必须建立在现有交易基础上。例如，Alice 创建一笔新交易。为获得认可，该交易需引用之前的交易。这类似比特币区块引用上一区块，但 DAG 中可以引用多笔交易。

部分系统通过算法选择新交易应建立在哪些交易（即“尖端”）之上。累计权重越高的尖端，更易被选中，这里的权重指路径上的确认次数。

Alice 所引用的这些交易当下尚未确认，但被引用后即被确认。此时，Alice 的交易又处于未确认状态，须等待其他人继续在其上构建，方可被接受。

通常用户更愿意确认权重更高的交易，使系统持续扩展。否则，用户可能会不断在旧交易上追加交易。

对于区块链而言，防止双重支付相对直接。相同资金无法在一个区块内重复使用：节点可轻松识别并拒绝包含冲突交易的区块。由于矿工生产区块成本高昂，他们有动力遵守规则。

DAG 也拥有防止双重支付的机制。原理类似，但无需矿工。节点在确认前序交易时，会遍历路径直到 DAG 首笔交易，确保发起方余额充足。可能存在多条路径，但只需验证一条即可。

如果用户在无效路径上继续追加交易，其交易有被忽略的风险。即便该交易本身有效，但因前序无效，无人愿意再扩展这一路径。

初看可能难以理解：会否出现多条互不知情的分支？这样同一笔资金是否能在不同分支被花掉？

理论上有可能，但借助算法选择机制——偏向累计权重更高的尖端——可以解决。最终会形成一条远强于其他分支的主链。较弱分支被弃用，网络继续在权重更高的分支上推进。

与区块链类似，DAG 也不存在绝对的最终性：永远无法百分百确保一笔交易不会被撤销。虽然极少发生，但理论上可“回滚”比特币或以太坊区块，撤销其中所有交易。越多新区块被添加在包含你交易的区块之后，信任度就越高。因此建议资金花费前至少等待六次确认。

在诸如主流 DAG 项目中，存在确认信任度概念。选择算法运行 100 次，统计你的交易在所选尖端中被直接或间接批准的次数。比例越高，交易被“定案”的信心越强。

这似乎会带来不佳的用户体验，但实际并非如此。例如 Alice 向 Bob 转账 10 个 MagicDAGToken，无需自行挑选尖端。钱包内部可自动：

• 选择权重更高的尖端（即累计确认更多的交易）。
• 回溯先前交易路径，确保尖端余额充足。
• 确认无误后，将交易添加到 DAG，并确认所引用的交易。

对 Alice 而言，体验与常见加密货币操作无异。她输入 Bob 的地址和转账金额后点击发送。上述步骤就是参与者在创建交易时进行的工作量证明。

有向无环图的优缺点 （DAG 的优势与局限）

DAG 的优势

速度

无需区块时间约束，任何用户可随时广播并处理自己的交易。只要在交易时确认前序交易，发送交易数量理论上无限。

无需挖矿

DAG 不采用传统工作量证明共识机制，因此碳足迹远低于依赖挖矿保障安全的区块链加密货币。

无交易手续费

由于没有矿工，用户无需为交易支付手续费。但部分网络需向特殊节点支付极低费用。低费用（或零费用）对微支付极具吸引力，因高额手续费会制约其应用场景。

无可扩展性难题

没有区块时间限制，DAG 可处理远超传统区块链的每秒交易量。许多支持者认为，其在物联网（IoT）等设备互联场景中极具应用价值。

DAG 的劣势

不完全去中心化

依赖 DAG 的协议存在一定中心化成分。部分协议把中心化作为网络启动的临时措施，但 DAG 能否在无第三方介入下持续发展仍有待验证。如无法实现，网络可能面临攻击风险甚至被瘫痪。

缺乏大规模验证

尽管基于 DAG 的加密货币已有数年发展，但距离广泛应用尚需时日。因此难以预判未来用户会如何激励性地利用系统漏洞。

结语

有向无环图无疑是构建加密货币网络的创新技术。目前采用此数据结构的项目数量有限，且整体仍处于演进阶段。

但如果其潜力能被充分释放，DAG 技术或将赋能大规模可扩展的生态系统。尤其在高性能与零手续费需求突出的物联网及微支付等领域，DAG 有望大展拳脚。

FAQ

什么是有向无环图（DAG），它在加密货币中如何运作？

DAG 是一种数据结构，每笔交易都记录在彼此相连且不形成回路的节点中。它无需传统区块链，即可高效并行验证交易，提升速度与可扩展性。

DAG 和传统区块链有何区别？

DAG 通过有向无环图实现并行验证，而传统区块链采用线性区块链结构。DAG 更具可扩展性与速度，无需密集矿工挖矿。

与区块链相比，DAG 有哪些优势？

DAG 提供比传统区块链更快的交易速度和更高的可扩展性。它能同时处理多笔交易，延迟更低，交易吞吐量更大。

哪些加密货币采用 DAG 技术？

IOTA、Nano 等加密货币采用 DAG 技术，以提升可扩展性和效率，突破传统区块链的局限。

DAG 如何提升加密货币的可扩展性？

DAG 允许多笔交易同时处理（而非线性处理），显著提升系统可扩展性。通过去中心化的存储和验证，降低网络拥堵，大幅提升网络性能且不影响安全性。

DAG 技术在加密货币交易中安全吗？

是的，DAG 技术在加密货币交易中安全可靠。它具备比传统区块链更高的速度和可扩展性。许多基于 DAG 的项目还引入了完善的安全和验证机制，防止攻击与欺诈行为。