有向無環圖(DAG) (在加密貨幣中的應用：一種革命性的替代方案

引言：加密生態系統中的有向無環圖(DAG)

當我們想到加密貨幣時，"區塊鏈"或"分布式帳本"這些術語通常是首先浮現在腦海中的。從比特幣推出以來，生態系統已經發展出數百種加密貨幣，其中大多數基於類似的網路架構，允許價值轉移和與去中心化應用程式的互動。

在傳統區塊鏈中，區塊定期添加到不斷擴展的鏈中，每個區塊通過加密連結連接到前一個區塊，具體來說，是哈希函數。這些區塊包含用戶傳輸的最近交易。

然而，這個系統涉及到從交易發出到其被包含在區塊中的等待時間。這可以比作等待一列火車：根據車廂的大小(區塊大小)和等待的人數(待處理交易)，您可能需要等待幾列火車。確認時間可能從幾秒到幾小時不等。

對於許多用戶和開發者來說，這種架構代表了一種智能的折衷，提供了高安全性而不依賴於集中協調者。對於其他人來說，區塊鏈技術存在固有的局限性。批評者認爲，擴展性問題最終將阻礙其大規模採用。

在這裏，進入了一種完全不同的架構，有人認爲這是加密貨幣支付網絡的未來：有向無環圖(DAG) (DAG，英文縮寫)。

DAG究竟是什麼？

一個有向無環圖(DAG)構成了一種與區塊鏈基本不同的數據結構。爲了理解這一技術上復雜的概念，讓我們拆解它的組成部分：

• 圖形: 由頂點(節點)和邊(它們之間的連接)組成的結構
• 指向：連接具有特定的方向，由箭頭指示
• 無環: 頂點不形成自環；如果你從任何點開始跟隨圖形，你永遠不會回到同一點

視覺上，有向無環圖(DAG)看起來像是一張由方向線相連的點的網路，形成一種始終向前推進而不回退的結構。

這些數據結構廣泛應用於各種科學和醫學領域，用於建模變量之間的關係並確定它們的相互影響。例如，它們可以分析營養、睡眠模式和身體症狀等因素之間的聯繫，以確定患者之間的相關性。

在加密貨幣的背景下，DAG 提供了一種革命性的方式來實現分布式網路中的共識。

加密貨幣中DAG的工作機制

在基於有向無環圖(DAG)的加密貨幣中，每個頂點代表一個單獨的交易。該系統完全消除了“區塊”的概念，因此也不再需要挖礦來擴展數據庫。新的交易直接建立在之前的其他交易之上，而不是將交易聚集在區塊中。

然而，當一個節點發送交易時，它會進行一個小的工作量證明操作。這個操作有兩個關鍵功能：

1. 防止網路污染
2. 驗證先前的交易

爲了讓一筆新交易被接受，它必須參考之前的交易。例如，當愛麗絲創建一筆交易時，她必須引用未確認的先前交易。這是一種類似於比特幣中一個區塊引用前一個區塊的機制，但有多個同時引用。

在一些DAG系統中，例如IOTA Tangle，一個算法選擇"小費" (未確認的交易)，作爲構建新交易的基礎。被選擇的概率較高的小費是那些具有更高"累積權重"的——這是一個衡量交易鏈中確認次數的指標。

當愛麗絲引用這些待處理交易時，它們會自動確認。她自己的交易現在處於待處理狀態，直到另一個用戶引用它，從而創建一個持續的驗證系統。

在有向無環圖(DAG)系統中管理雙重支付

在傳統區塊鏈中，防止雙重支付相對簡單：節點可以輕鬆檢測到是否在一個區塊中嘗試兩次花費相同的資金，拒絕任何包含衝突交易的區塊。礦工有經濟激勵去誠實行事。

有向無環圖(DAG)實現了類似的機制，但適應於其獨特的架構。當一個節點確認之前的交易時，它會評估一條完整的路徑，直到有向無環圖(DAG)中的第一筆交易，驗證發送者是否有足夠的餘額。雖然可能存在多條路徑，但只需驗證一條即可。

如果用戶使用無效的路徑，他們自己的交易就有被忽略的風險。盡管他們的交易是合法的，但如果基於無效的路徑，其他節點將會避免沿着該路徑繼續。

這種動態提出了一個問題：是否可能存在多個不相連的分支，在不同的分支上花費相同的資金？實際上，這種可能性是存在的，但通過一種選擇算法來解決，該算法偏向於累積權重更高的交易。隨着時間的推移，一個分支會顯著強於其他分支，導致較弱的分支被放棄。

與區塊鏈一樣，DAG中沒有絕對的目的。理論上，任何交易都可以被撤銷，盡管隨着每次額外確認，概率呈指數級下降。在比特幣中，建議等待六次確認以將交易視爲安全。在像IOTA Tangle這樣的DAG中，存在"確認信任"的概念：選擇算法會多次執行(例如，100)，以計算一筆交易被批準的比例，無論是直接還是間接。

有向無環圖(DAG)中的用戶體驗

盡管技術復雜，基於有向無環圖(DAG)的加密貨幣可以提供流暢的用戶體驗。當愛麗絲向鮑勃發送代幣時，她無需擔心從圖中選擇正確的交易。她的數字錢包會自動執行這些操作：

1. 選擇累積權重最大的交易
2. 驗證以前的交易以確認餘額充足
3. 將新交易納入有向無環圖(DAG)，確認所引用的交易

對於最終用戶來說，這個過程和其他任何加密貨幣一樣簡單：輸入接收者的地址，指定金額，然後點擊“發送”。技術復雜性隱藏在一個熟悉的界面後面。

有向無環圖(DAG)的優勢

( 非常快

在區塊時間限制的約束下，用戶可以即時傳輸和處理交易。只要每個新交易確認之前的交易，就不存在理論上的交易量限制，從而創建一個隨着使用而可擴展的系統。

) 缺乏礦業

有向無環圖(DAG)一般不使用傳統的工作量證明(PoW)共識算法，這大大減少了它們的碳足跡，與依賴於密集挖礦來保障其區塊鏈的加密貨幣相比。

無佣金或最低費用交易

礦工的缺失消除了交易費用的需求。盡管某些DAG協議對某些類型的節點要求小額費用，但這些費用顯著低於傳統區塊鏈。這一特性使得微支付成爲可能，而在費用高昂的網路中則無法實現。

更好的可擴展性

沒有區塊時間限制的有向無環圖(DAG)能夠處理比傳統區塊鏈網路更大數量的交易。這種能力使它們在物聯網應用中具有優勢，物聯網中無數設備將不斷地交換數據和價值。

DAG的挑戰與限制

部分去中心化

大多數基於有向無環圖(DAG)的協議都包含集中化元素。盡管一些開發者認爲這些解決方案是初始化網路的臨時措施，但尚需證明有向無環圖(DAG)是否能夠在沒有集中幹預的情況下蓬勃發展。這種依賴關係可能暴露出妨礙網路安全的漏洞。

大規模未經過驗證的技術

雖然基於有向無環圖(DAG)的加密貨幣已經存在多年，但其大規模採用仍然有限。這種缺乏大規模實施使得很難預測哪些激勵措施將在長期內維持操作系統，以及它們將如何應對復雜的攻擊或不利的網路條件。

有向無環圖(DAG) vs 區塊鏈: 逐步分析

| 特徵 | 區塊鏈 | 有向無環圖(DAG) | |----------------|------------|-----| | 結構 | 線性鏈式塊 | 互聯交易網路 | | 確認 | 每10分鍾(比特幣)或秒###其他### | 潛在即時 | | 可擴展性 | 受限於區塊大小和時間 | 隨着用戶數量的增加而增加 | | 佣金 | 優先處理交易所需 | 最低或不存在 | | 能耗 | 通常較高 (PoW) | 顯著較低 | | 經過驗證的安全性 | 高，經過十多年驗證 | 中等，生產時間較短 | | 去中心化 | 在成熟網路中完全去中心化 | 部分去中心化，帶有集中化元素 |

使用DAG技術的特色項目

有向無環圖(DAG)技術啓發了各種創新項目，每個項目都有獨特的視角：

IOTA：專爲物聯網生態系統開發，使用一種名爲"Tangle"的有向無環圖(DAG)。其目標是以最低成本和高可擴展性促進設備之間的交易。

Nano：之前稱爲RaiBlocks，實施了一種名爲"Block-lattice"的DAG結構，每個帳戶都有自己的鏈。其特點是幾乎即時的交易速度和沒有手續費。

Hedera Hashgraph: 雖然它在技術上使用了一種叫做Hashgraph的DAG變體，但它提供了高安全性和能效，並在多個商業領域中有應用。

DAG在加密生態系統中的未來潛力

有向無環圖(DAG)代表了加密貨幣領域的一項重大創新。如果它們能夠克服當前的限制，將可能推動具有實際應用的極其可擴展的生態系統，涵蓋多個行業。

有向無環圖(DAG)的真正潛力可能會在需要高性能和最低佣金的領域體現出來，例如：

• 物聯網 (IoT)，促進智能設備之間的通信
• 數字內容和服務的微支付系統
• 在發展中國家需要金融包容性的支付基礎設施
• 高交易量的去中心化應用(dApps)

這項技術的發展將取決於其在增強去中心化的同時保持安全性的能力，這是未來幾代DAG協議必須完善的平衡。

開發者的技術考慮事項

對於有興趣在有向無環圖(DAG)上構建的開發者，有一些特定的技術考慮：

• 共識模型與傳統區塊鏈有顯著不同
• 驗證系統需要不同的數學方法
• 數據結構需要優化以處理復雜圖形
• 反垃圾郵件機制必須適應有向無環圖(DAG)的特性

這些根本性的差異意味着在區塊鏈開發方面的經驗並不總是可以直接轉移到DAG開發中，要求對原則和模式進行重新學習。

結論

有向無環圖(DAG)代表了傳統區塊鏈技術的一種迷人替代方案。其獨特的架構承諾解決當前加密貨幣面臨的多個關鍵挑戰，尤其是在可擴展性、手續費和能源效率方面。

雖然目前實施這種數據結構的項目相對較少，但它在推動高度可擴展生態系統方面的潛力是不可否認的。DAG技術可能會改變需要高性能無手續費交易的領域，如物聯網和微支付系統。

然而，正如所有新興技術一樣，DAG面臨着重要的技術和採用挑戰，這些挑戰必須在達到其全部潛力之前克服。去中心化、安全性和性能之間的平衡將最終決定這一創新方法在加密貨幣生態系統中的成功。