理解有向無環圖(DAGs)在加密貨幣中的應用

介紹

當你想到加密貨幣時，可能會想到“區塊鏈”或“分布式帳本技術”等術語。自比特幣誕生以來，數百種其他數字貨幣相繼出現。大多數依賴於類似的網路架構，使用戶能夠轉移價值或與去中心化應用程式互動。

在區塊鏈系統中，新的區塊會定期添加到不斷增長的鏈中。每個區塊通過哈希值與其前一個區塊進行加密連結。這些區塊包含用戶廣播的最近交易。

然而，交易廣播與區塊包含之間通常會有一個等待期。想象一下在火車站等候。根據車廂大小(區塊大小)和其他等待的人數(待處理交易)，你可能趕不上下一班火車。甚至連下一班也可能趕不上。確認時間可以從幾秒到幾個小時不等。

對許多人來說，這種權衡是可以接受的，提供了高安全性而不需要集中協調。其他人則認爲區塊鏈技術有一個保質期，引用可擴展性問題作爲長期廣泛採用的障礙。

一些人認爲，加密貨幣支付網絡的未來在於一種完全不同的架構——有向無環圖(DAGs)。

什麼是DAG？

DAG是一種替代數據結構——可以將其視爲連接不同信息片段的數據庫。讓我們分解一下“有向無環圖”這個術語，以理解它的含義。

有向無環圖.

在概念上，DAGs類似於上面的圖像。它們由頂點(球體)通過邊(線)連接而成。它們是有向的，沿着一個方向(如箭頭所示)。並且它們是無環的(非循環)，這意味着頂點不會回環—如果你從一個點開始並沿着圖形走，你無法返回到同一點。這一點很快會變得更清晰。

這樣的數據結構通常用於建模數據。在科學或醫療領域，DAG（有向無環圖）可能被用來觀察變量之間的關係，並確定它們如何相互影響。例如，您可以考慮營養、睡眠週期和身體症狀等因素，以描繪它們之間的聯繫，並理解它們對患者的影響。

對於我們的目的來說，我們更感興趣的是DAG如何幫助在分布式加密貨幣網路中實現共識。

DAG 是如何工作的？

在基於有向無環圖（DAG）的加密貨幣中，結構中的每個頂點代表一筆交易。沒有區塊的概念，也不需要挖礦來擴展數據庫。每筆交易都是建立在另一筆交易之上的，而不是將交易收集到區塊中。然而，當節點提交交易時，會進行一個小的工作量證明操作。這確保了網路不會被垃圾信息淹沒，並驗證了之前的交易。

要添加一筆新交易，它必須基於舊交易。假設艾麗斯創建了一筆新交易。爲了確認這筆交易，它必須引用之前的交易。這類似於比特幣中的區塊引用早期區塊，但它引用的是多筆交易。

在某些系統中，算法選擇新交易必須基於哪些交易(或稱爲"tips")。具有更大累積權重的tips——衡量tips路徑確認數量的指標——更有可能被選擇。

愛麗絲構建的交易是未確認的。但一旦愛麗絲引用它們，它們就會變爲確認。愛麗絲的交易現在是未確認的，因此其他人必須在其基礎上構建，以便它被接受。

用戶更有可能確認具有“更大”權重的交易，從而確保系統不斷增長。否則，什麼也無法阻止用戶繼續在舊交易上構建。

在區塊鏈中，雙重支付保護是簡單明了的。在一個區塊中，相同的資金不能被兩次花費——節點很容易檢測到任何嘗試並拒絕包含衝突交易的區塊。由於區塊生成對礦工來說成本很高，因此他們有動力公平競爭。

DAG 也有防止雙重支付的機制。這有點類似，但沒有礦工。當節點確認較舊的交易時，它們會評估整個路徑，追溯到 DAG 的第一個交易，以確保發送者有足夠的餘額。可能有多個路徑，但只需驗證一個路徑。

如果用戶在無效路徑上進行構建，他們將面臨自己的交易被忽視的風險。他們的交易可能是合法的，但由於之前的無效交易，沒有人願意擴展特定的路徑。

這乍一看可能顯得違反直覺——難道不會出現多個彼此不知情的分支嗎？人們不會在這些不同的分支上花費相同的錢嗎？

雖然這是一種可能性，但通過選擇算法來處理，優先考慮累計權重更大的提示。隨着時間的推移，你最終會得到一個分支明顯比其他分支強。較弱的分支被丟棄，網路繼續在最重的分支上構建。

與區塊鏈一樣，沒有絕對的最終性——你永遠無法100%確定一筆交易不會被撤銷。雖然極不可能，但從理論上講，可以 "撤銷" 比特幣或以太坊的區塊，反轉其中的所有交易。你交易後添加的區塊越多，你就越可以對其有信心。這就是爲什麼建議在消費前等待六次確認。

在像IOTA的Tangle這樣的DAG中，有一個確認信心的概念。選擇算法運行100次，然後計算您的交易在所選提示中直接或間接獲得批準的次數。百分比越高，您就越可以確信該交易將保持“已結算”。

這可能看起來會導致糟糕的用戶體驗。但事實並非如此。如果愛麗絲向鮑勃發送10個MagicDAGTokens，她無需擔心選擇正確的圖形提示。在後臺，她的錢包可能會：

• 選擇重要提示 ( 記住，這些是累計確認最多的那些 )。

• 回溯之前交易的路徑，確保小費有足夠的餘額可供支出。

• 一旦滿意，他們將把交易添加到DAG中，確認基於這些交易的交易。

對愛麗絲來說，這看起來像是一個常規的加密貨幣工作流程。她輸入鮑勃的地址和她想要花費的金額，然後點擊發送。上面的列表是每個參與者在創建交易時運行的工作量證明。

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有向無環圖的優缺點

DAG的優勢

速度

不受區塊時間限制，任何人都可以隨時廣播和處理他們的交易。只要確認了之前的交易，用戶提交的交易數量沒有限制。

無礦

DAG 不使用我們習慣的 PoW 共識算法。因此，它們的碳足跡僅佔依賴挖礦來保護區塊鏈網路的加密貨幣的一小部分。

零交易費用

沒有礦工，用戶可以在不支付費用的情況下廣播他們的交易。然而，一些交易仍然需要支付小額費用給特殊類型的節點。低或零費用對於微支付很有吸引力，因爲高網絡費用違背了小額交易的目的。

無可擴展性問題

無視區塊時間，DAG 可以處理比傳統區塊鏈網路更多的交易每秒。許多支持者相信，這將使它們在物聯網 (IoT) 用例中具有價值，在這些用例中，各種機器將相互互動。

DAG的缺點

並非完全去中心化

依賴DAG的協議有各種中心化元素。對於一些人來說，這應該是指導網路的短期解決方案，但DAG是否能夠在沒有第三方幹預的情況下生存還需要觀察。如果不能，它們就會暴露於攻擊向量中，最終可能會危及其網路。

未經大規模測試

雖然基於DAG的加密貨幣已經存在多年，但它們尚未得到廣泛使用。因此，很難預測未來用戶可能有什麼動機來利用這個系統。

結論

有向無環圖無疑是構建加密貨幣網路的一個引人入勝的技術。到目前爲止，使用這種數據結構的項目相對較少，而且它們尚未完全開發。

然而，如果他們能夠實現其潛力，他們將支持高度可擴展的生態系統。DAG技術在需要高吞吐量和免費服務的領域有無數的應用案例，例如物聯網(IoT)和微支付。