什么是有向无环图（DAG）？

今天，几乎所有建立在区块链上的加密货币都面临一个严重问题——可扩展性。

在中心化支付世界里，Visa 之类的公司已经让我们习惯了快速、即时的交易。而在加密货币社区解决这个问题之前，我们实际上无法继续向前发展。这是加密学家在加密货币走向全球认可的道路上遇到的第二个严重问题。第一个当然是安全性，但这是另一个话题。

你们一定不止一次听说过比特币的 Lightning network 和以太坊的 Sharding 之类的解决方案。每种方案都以不同方式解决同一个问题——区块生成时间。区块是区块链中的基础组成部分，而整个网络的速度取决于区块的生成速率。

DAG vs Blockchain

区块链技术进入全球金融市场，是去年最重要的事件之一。绝对民主的支持者以及对法币体系的批评者，在比特币开始积聚势头时都松了一口气。这就是它——一种完全去中心化的货币！银行和当局将再也无法控制和管理公民的资金。还没从加密货币“老大”的喧嚣中缓过神来，另一位主角又登上了舞台——带着去中心化应用的以太坊。ICO 热潮和著名的 CryptoKitties 完成了它们的使命，以太坊总体上被不合理地称为 blockchain 2.0。

但技术发展非常快，很快市场上就出现了采用另一种名为 DAG 技术的新加密货币，它已经基于解决可扩展性和高额手续费的问题。现在我们看到一种趋势：新项目更倾向于采用 DAG 方案，而不是传统区块。有些人甚至谨慎地宣称 DAG 是 blockchain 3.0 时代（这是错误的），并且加密货币的未来正是在这项技术之中。好吧，让我们来弄清楚。

What Is DAG?

首先，DAG 是一种分布式账本技术，其记录结构和异步性都不同于区块链。很多人错误地认为 DAG 是区块链的一种，或者是某种新的共识机制。区块链和 DAG 都是分布式账本技术的不同解决方案，或者如白皮书中所称——ledger。

区块链和 DAG 可以说是近亲，但它们以不同方式解决各自的问题。因此，正如上文所说，“DAG——区块链 3.0 时代”的说法是错误的。DAG 根本不是区块链，它是一种没有区块的账本。在下一节中，我们会间接比较区块链和 DAG，现在先看看这项技术是如何工作的。

DAG（directed acyclic graph）是一种不存在有向环的有向图。

我们先来弄清楚什么是无向循环图。

无向循环图是指一种图（或由相连节点组成的网络），其中信息可以沿着不同的边（直线）从一个节点（圆圈）传递到另一个节点。信息可以通过多种不同路径离开一个节点，经过其他节点，再返回原始节点。当这种情况在同一个节点上重复出现时，该图可被定义为循环图。

但我们关心的是无环图。无环图就是不包含环路的图。

这意味着不能仅通过从一条边开始就遍历整个图。有向图的边只朝一个方向延伸。这个图是一个拓扑排序，其中所有节点都按某种顺序排列。这样的系统没有环——你永远不会回到同一个节点的起点。

现在我们来弄清楚“有向”是什么意思。

如果我们给边指定方向（使其像单行道一样传递信息），并保证没有任何节点与其序列中已存在的其他节点相连，那么我们之前的循环图就可以变成一个有向无环图。

因此，DAG 的作用类似于一个向多个方向向外生长的互联分支网络。交易可以快一个数量级地得到确认，同时仍保持去中心化，因为每一笔只确认前一笔。

在 DAG 中，每笔交易都会引用之前的（父）哈希，对其进行签名并将其包含在自身结构中。这样就形成了一个由交易构成的“树”，其中每一笔都被确认且不可更改。

Pros and Cons of DAG

一开始，我们先看看现代加密货币行业的三大难题：可扩展性、安全性和成本。

• 速度和可扩展性。 DAG 技术之所以出现，是因为区块链无法应对高负载和网络拥堵。如前所述，这个问题成为 DAG 发展的催化剂，因此我们可以毫不犹豫地把这一点记为加分项。在 DAG 中，只有节点是交易的控制者和验证者，而不是区块。信息存在于交易之中，这意味着它们非常快。理论上，我们讨论的是每秒数百万笔交易。
• 安全性。 在 DAG 中，所有交易都会始终被其他节点检查，有时甚至会重复检查。这提高了支付的可靠性，并降低了“双重支付”的可能性。在没有区块链的加密货币中，这通过直接和间接确认来实现，而这些确认的严格定义因币而异。理论上，安全性应该更高，但目前还很难确定。无论如何，就目前而言，DAG 的安全性至少不逊于区块链技术。
• 交易成本。 DAG 算法非常适合微支付系统，因为它的手续费“几乎为零”。得益于其架构以及网络中没有矿工，基于 DAG 的网络用户可以用几乎可以忽略不计的手续费，甚至完全免费地发送交易。

交易确认与共识。向网络发送交易时，用户首先必须确认至少一笔、但通常是两笔前序记录。因此，用户每发送一次交易，实际上都在为网络提供服务。所以，DAG 通常没有矿工和工匠。但仍然需要某些参与者来确定所有记录的顺序，因为如果没有精确顺序，仍然可能发生“双重支付”攻击。这些参与者的存在，以及用户对交易的验证过程——共同构成了 DAG 网络中记录共识的算法。每种加密货币对于这些参与者的使用方式都有自己的设计，但逻辑上可以推断，参与者越多，网络本身以及作为整体的加密货币就会显得越去中心化。

目前，DAG 技术还没有明显缺点。不过，就像第一代区块链比特币在开始征服世界之前一样，这项技术还没有经过充分打磨，甚至可以说还比较原始。因此，DAG 的第一次严肃考验将会在市场获得广泛认可以及遭遇第一次黑客攻击之后到来。现在你所能做的，就是为加密货币市场如此迅速的发展感到高兴。

Cryptocurrencies Based on DAG

据网络资料显示，首次提出创建一种不依赖区块链的 DAG 加密货币的想法，是在 2015 年由一位外国开发者在 DAG 上提出的。不过，那一项目并未实现，但即便如此，这个想法当时就已经让许多开发者觉得很有意思。

IOTA

也许最受欢迎的 DAG 币是 IOTA。它们的核心采用 Tangle 技术，而 Tangle 本身也是基于 DAG 的。IOTA 与 DAG 的愿景催生了 Tangle。IOTA 图结构的设计甚至更为宽泛——根据 White Paper，它看起来像一个三维的有向无环图。Tangle 中的每笔交易都需要确认随机由网络选出的前两笔交易。与此同时，这种与 DAG 结合的加密货币算法还使创建离线网络部分成为可能。当你连接到互联网时，这些区块就会成为公共“blockchain”的一部分。简单来说，开发者通过针对物联网进行优化“改造”了他们的 DAG，并将其称为 Tangle。

Nano

另一种臭名昭著的基于 DAG 的加密货币是 Nano。正如你从评测中记得的那样，Nano 项目以前有不同的名字，而最早的 beta 版本早在 2014 年就已发布。Nano 采用一种新的 block-lattice 架构，每个账户都有自己的链，并通过 delegated Proof 达成共识。由此可见，Nano 的 block lattice，和整个项目一样，都是建立在 DAG 之上的。Nano 是最早的 DAG 项目之一，以其经典形式呈现。

Byteball Bytes

Byteball 加密货币项目利用 DAG 构建一个用于快速支付和存储金融数据的智能合约生态系统：货币、所有权、债务、股份等等。这不是一个区块链项目，而是一个基于 DAG 设计、已经投入运行并拥有良好且易用的钱包的项目。当谈到点对点智能合约时，Byteball 表现出色。Byteball 用户可以使用无风险的条件性智能支付：你只需要设定收款人收到钱款的条件。如果条件未被满足，你的钱会自动退回给你——这是一个基于 DAG 的非常简单的算法。例如，Byteball 允许你在其平台上通过智能合约买卖点对点保险。

所有这些加密货币都已在市场上安全交易，并拥有相当不错的上市表现。

当然，还有更多加密货币在某种程度上使用了 DAG 技术。 

这项技术的所有主要检验还在前方，如今它为我们带来了许多新的机会。不过目前，它仍然只是一个趋势，而且很有可能发展成更大的东西。