有向无环图与区块链技术

引言

在2008年，比特币凭借区块链技术的出现，开启了金融世界的革命性变革。去中心化、匿名性和透明性帮助比特币及随后的区块链技术在投资者中获得了关注。作为一种数据结构，区块链依赖于包含交易关键信息的区块连接。每个区块都包含前一个区块的加密哈希信息。多年来，这项技术没有竞争对手，但有向无环图的引入改变了局势。

什么是有向无环图 (DAG)？

有向无环图 (DAG) 是一种类似区块链的数据结构，但它不是在单一的顺序链上运行，而是由许多相互连接的交易网络组成。它首次出现在2016年，当时加密项目IOTA将这一概念应用于其交易中。该项目将其交易结构称为“缠结”而非区块链账本。这个术语源于它像一个由节点组成的网络，节点中包含交易。

如果试图用图示表示区块链，它由许多按线排列的区块组成，每个区块只连接到前一个区块。另一方面，DAG结构的表示显示为许多点（或球体），这些点相互连接，形成一种只向前移动的网络，永不回到起点。每个点 (或球体)是一个顶点，每条线是一个边。从下图可以理解模型的命名方式。边是有向的，因为它们指向一个方向，并且是无环的，因为它们永远不会回到起点的顶点。

结构的工作原理

在理解DAG的每一步时，也需要了解区块链技术，因为DAG声称要改进或取代它。区块链基于携带一项或多项交易数据的区块。它将许多交易组合在一起，以提高空间效率。每个区块由矿工或验证者添加和验证。

相反，DAG结构中的每笔交易都是独立存在的，不会被分组成区块。该结构既不需要矿工或验证者，也不像区块链那样是顺序的。在添加交易之前，用户的设备只需做很少的工作来证明其真实性。这一小部分工作有助于防止垃圾信息，也有助于确认早期交易，保持网络的安全和有序。

DAG结构中的每个新交易必须连接到之前未确认的交易，或者如果所有先前的交易都已确认，新交易只需引用最后一笔交易。该结构将之前未确认的交易称为“tip（末端）”。当你向网络提出交易时，它会连接到几个之前的tips，这些tips会在你引用后自动被确认。只有在别人基于它建立后，你的交易才会被确认。

DAG结构的优势

无延迟

在区块链中，你的交易必须等待区块的创建。如果同时发送太多交易，它们会排成队，等待很长时间或支付更高的手续费。但在DAG网络中，只要你确认之前的未确认交易，就可以立即处理你的交易。你的钱包会自动追踪要确认的交易，从网络的第一个交易开始。因此，几乎不可能误确认无效交易。

无扩展性问题

将区块链比作一条高速公路，有时会变得拥挤，因此需要增加车道。这些额外的车道就是扩展性解决方案。由于没有等待区块的时间问题，DAG可以自行处理更多的交易，无需任何扩展性解决方案。

无矿工、无验证者、无手续费

DAG结构不依赖任何共识机制，因此没有矿工或验证者。这也是为什么交易可以免费处理的原因。然而，仍有一些特殊节点收取极少的费用，以保障网络安全。

DAG的缺点

中心化带来了严重风险。由公司运营的某些特殊节点和协调节点可能占据优势。这可能带来未来诈骗和攻击的潜在危险。此外，DAG比区块链年轻8年，尚未经过充分的时间考验。

总结

区块链和有向无环图技术都旨在实现去中心化和安全的交易，但它们的解决方案截然不同。虽然区块链仍是更成熟和广泛采用的方案，DAG在速度、扩展性和交易成本方面带来了显著改进。然而，关于中心化的担忧和其相对较短的试验历史，仍限制了其更广泛的应用。随着2026年创新的加速，DAG可能会补充而非完全取代区块链，每种技术在其最擅长的应用场景中发挥作用。