理解有向无环图(DAGs)在加密货币中的应用

介绍

当你想到加密货币时，可能会想到“区块链”或“分布式账本技术”等术语。自比特币诞生以来，数百种其他数字货币相继出现。大多数依赖于类似的网络架构，使用户能够转移价值或与去中心化应用程序互动。

在区块链系统中，新的区块会定期添加到不断增长的链中。每个区块通过哈希值与其前一个区块进行加密链接。这些区块包含用户广播的最近交易。

然而，交易广播与区块包含之间通常会有一个等待期。想象一下在火车站等候。根据车厢大小(区块大小)和其他等待的人数(待处理交易)，你可能赶不上下一班火车。甚至连下一班也可能赶不上。确认时间可以从几秒到几个小时不等。

对许多人来说，这种权衡是可以接受的，提供了高安全性而不需要集中协调。其他人则认为区块链技术有一个保质期，引用可扩展性问题作为长期广泛采用的障碍。

一些人认为，加密货币支付网络的未来在于一种完全不同的架构——有向无环图(DAGs)。

什么是DAG？

DAG是一种替代数据结构——可以将其视为连接不同信息片段的数据库。让我们分解一下“有向无环图”这个术语，以理解它的含义。

有向无环图.

在概念上，DAGs类似于上面的图像。它们由顶点(球体)通过边(线)连接而成。它们是有向的，沿着一个方向(如箭头所示)。并且它们是无环的(非循环)，这意味着顶点不会回环—如果你从一个点开始并沿着图形走，你无法返回到同一点。这一点很快会变得更清晰。

这样的数据结构通常用于建模数据。在科学或医疗领域，DAG（有向无环图）可能被用来观察变量之间的关系，并确定它们如何相互影响。例如，您可以考虑营养、睡眠周期和身体症状等因素，以描绘它们之间的联系，并理解它们对患者的影响。

对于我们的目的来说，我们更感兴趣的是DAG如何帮助在分布式加密货币网络中实现共识。

DAG 是如何工作的？

在基于有向无环图（DAG）的加密货币中，结构中的每个顶点代表一笔交易。没有区块的概念，也不需要挖矿来扩展数据库。每笔交易都是建立在另一笔交易之上的，而不是将交易收集到区块中。然而，当节点提交交易时，会进行一个小的工作量证明操作。这确保了网络不会被垃圾信息淹没，并验证了之前的交易。

要添加一笔新交易，它必须基于旧交易。假设艾丽斯创建了一笔新交易。为了确认这笔交易，它必须引用之前的交易。这类似于比特币中的区块引用早期区块，但它引用的是多笔交易。

在某些系统中，算法选择新交易必须基于哪些交易(或称为"tips")。具有更大累积权重的tips——衡量tips路径确认数量的指标——更有可能被选择。

爱丽丝构建的交易是未确认的。但一旦爱丽丝引用它们，它们就会变为确认。爱丽丝的交易现在是未确认的，因此其他人必须在其基础上构建，以便它被接受。

用户更有可能确认具有“更大”权重的交易，从而确保系统不断增长。否则，什么也无法阻止用户继续在旧交易上构建。

在区块链中，双重支付保护是简单明了的。在一个区块中，相同的资金不能被两次花费——节点很容易检测到任何尝试并拒绝包含冲突交易的区块。由于区块生成对矿工来说成本很高，因此他们有动力公平竞争。

DAG 也有防止双重支付的机制。这有点类似，但没有矿工。当节点确认较旧的交易时，它们会评估整个路径，追溯到 DAG 的第一个交易，以确保发送者有足够的余额。可能有多个路径，但只需验证一个路径。

如果用户在无效路径上进行构建，他们将面临自己的交易被忽视的风险。他们的交易可能是合法的，但由于之前的无效交易，没有人愿意扩展特定的路径。

这乍一看可能显得违反直觉——难道不会出现多个彼此不知情的分支吗？人们不会在这些不同的分支上花费相同的钱吗？

虽然这是一种可能性，但通过选择算法来处理，优先考虑累计权重更大的提示。随着时间的推移，你最终会得到一个分支明显比其他分支强。较弱的分支被丢弃，网络继续在最重的分支上构建。

与区块链一样，没有绝对的最终性——你永远无法100%确定一笔交易不会被撤销。虽然极不可能，但从理论上讲，可以 "撤销" 比特币或以太坊的区块，反转其中的所有交易。你交易后添加的区块越多，你就越可以对其有信心。这就是为什么建议在消费前等待六次确认。

在像IOTA的Tangle这样的DAG中，有一个确认信心的概念。选择算法运行100次，然后计算您的交易在所选提示中直接或间接获得批准的次数。百分比越高，您就越可以确信该交易将保持“已结算”。

这可能看起来会导致糟糕的用户体验。但事实并非如此。如果爱丽丝向鲍勃发送10个MagicDAGTokens，她无需担心选择正确的图形提示。在后台，她的钱包可能会：

• 选择重要提示 ( 记住，这些是累计确认最多的那些 )。

• 回溯之前交易的路径，确保小费有足够的余额可供支出。

• 一旦满意，他们将把交易添加到DAG中，确认基于这些交易的交易。

对爱丽丝来说，这看起来像是一个常规的加密货币工作流程。她输入鲍勃的地址和她想要花费的金额，然后点击发送。上面的列表是每个参与者在创建交易时运行的工作量证明。

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有向无环图的优缺点

DAG的优势

速度

不受区块时间限制，任何人都可以随时广播和处理他们的交易。只要确认了之前的交易，用户提交的交易数量没有限制。

无矿

DAG 不使用我们习惯的 PoW 共识算法。因此，它们的碳足迹仅占依赖挖矿来保护区块链网络的加密货币的一小部分。

零交易费用

没有矿工，用户可以在不支付费用的情况下广播他们的交易。然而，一些交易仍然需要支付小额费用给特殊类型的节点。低或零费用对于微支付很有吸引力，因为高网络费用违背了小额交易的目的。

无可扩展性问题

无视区块时间，DAG 可以处理比传统区块链网络更多的交易每秒。许多支持者相信，这将使它们在物联网 (IoT) 用例中具有价值，在这些用例中，各种机器将相互互动。

DAG的缺点

并非完全去中心化

依赖DAG的协议有各种中心化元素。对于一些人来说，这应该是指导网络的短期解决方案，但DAG是否能够在没有第三方干预的情况下生存还需要观察。如果不能，它们就会暴露于攻击向量中，最终可能会危及其网络。

未经大规模测试

虽然基于DAG的加密货币已经存在多年，但它们尚未得到广泛使用。因此，很难预测未来用户可能有什么动机来利用这个系统。

结论

有向无环图无疑是构建加密货币网络的一个引人入胜的技术。到目前为止，使用这种数据结构的项目相对较少，而且它们尚未完全开发。

然而，如果他们能够实现其潜力，他们将支持高度可扩展的生态系统。DAG技术在需要高吞吐量和免费服务的领域有无数的应用案例，例如物联网(IoT)和微支付。