DAG也许是真正的区块链3.0

从15年开始，区块链概念被单拎出来，这之前区块链还只是比特币技术里的一个数据结构，中本村白皮书里把block和chain连一起的时候也只是a chain of blocks 。随着以太坊去中心化计算机的概念提出来，很多人开始把以太坊称作区块链2.0，而比特币被归到了区块链1.0。至于区块链3.0，市场上为了抢夺区块链3.0的冠名权打的不可开交，没准会是DAG。

DAG(Directed acyclic graph)，有向无环图，是计算机领域一个常用的数据结构，因为独特的拓扑结构所带来的一些特性，经常被用到处理动态规划，导航中寻求最短路径，数据压缩等场景中。

第一次提出DAG跟区块链结合是在Nxt社区，可以发现DAG最初出现就是为了解决区块链的效率问题。比特币的效率一直比较低，基于工作量证明共识下的出块机制是一个原因，由于链式的存储结构，整个网络中同时只能有一条链，导致出块无法并发执行。社区有人提出DAG的拓扑结构来存储区块，这个时候更多还是类似侧链的解决思路，不同的链条存储不同类型的交易，这样降低出现双花的可能，在之后某个节点需要合并的时候，几个分支再归并到一个区块。

简单介绍下，目前比特币区块链存储结构如下，每个区块存储着当前时间段所有的交易，矿工一直在拼命争夺某个时段交易的打包权利，把当前时间段所有的交易打成一个区块。目前比特币网络平均出块时间在10分钟。

比特币区块链存储结构

而Nxt社区提出，改变区块的链式存储结构，变成区块DAG。在区块打包时间不变的情况下，网络中可以并行的打包N个区块，网络中的交易就可以容纳N倍。

Ext社区提出的DAG of blocks

发现这个时候DAG跟区块链的结合还是停留在侧链的思路，不同类型的交易可以并行在不同的链条进行，达到提升性能的目的。这时候的DAG还是有区块的概念。

我们发现不管是最近风头正盛的iota，还是也备受瞩目的byteball，都提出了blockless无区块的概念。不管是比特币还是以太坊，我们总会提到出块速度这样的概念，比特币每十分钟才出一个块，6个出块确认就要一个小时，以太坊好很多，但是出块速度也要十几秒。为什么一定需要区块呢？15年社区有提出DAGCoin的概念，DagCoin: a cryptocurrency without blocks。这里把区块和交易融合到了一起。我们回想下比特币网络中区块和交易的概念，很多笔交易先打包到区块中，区块和区块之间通过prehash来维护全网的交易顺序。而DAGCoin的思路，让每一笔交易直接参与维护全网的交易顺序。这样交易被发起后直接跳过打包区块的阶段，直接融入全网，如此达到所谓的blockless效果。这样确实连打包交易出块的时间都省去了，如前文提到的，DAG最初跟区块链的结合就是为了解决效率问题，现在不用打包确认，交易发起后直接进入确认网络，理论上效率自然提高很多。

自此，以blockless独树一帜的DAG区块链雏形基本形成。又以IOTA和Byteball在市场上的表现最为耀眼。

DAG系的区块链有些概念很有趣，了解这些概念更容易理解DAG技术。

1从概率的角度来看双花问题。

在比特币网络中，通过UTXO模型，一个用户对自己可以解锁的UTXO只能发起一次转账，如此解决双花问题。比特币白皮书中也有提到，有可能多个矿工会同时解决哈希难题，获得同一时间段的交易打包权就是出块权，会有临时分叉的可能性。从这个角度来看，比特币网络中所谓的"global ledger state"也是一个不确定的状态。某一笔交易状态的确认是由其后挂靠交易的数量决定的，其后挂靠的交易越多，交易状态回滚的概率越低，这笔交易越安全。

2网络宽度

iota的tangle网络

DAG网络一个重要的问题就是解决网络宽度，DAG网络中，每笔交易被确认，需要链接到已经在网络中存在的并且比较新的交易，如果都选择网络中比较早的交易，会导致网络宽度过宽，新的交易难以得到确认。理想的状态是，新的交易发起时，选择网络中已经存在的并且比较新的交易做链接确认，这样网络的宽度保持在一定范围，能让新的交易有足够快的确认时间。在IOTA中，tangle也提出了自己控制交易宽度的算法，有兴趣可以参考tangle白皮书。

那么DAG究竟有哪些特点，居然让iota市值一度排到了虚拟货币第四的位置。

1交易速度快

如上文提到，由于DAG摒弃了区块概念，交易直接进入全网中（需要指出，iota网络中每发起一笔交易，会类似hashcash一样的机制做简单的pow证明），所以交易速度预期比基于pow和pos的需要出块的区块链会快不少。

2无需挖矿

DAG把交易确认的环境直接下放给交易本身，无需由矿工打包成区块后同意交易顺序。所以DAG网络中没有矿工的角色。

3无手续费

iota的tangle网路中，交易发起只需要做简单的POW工作量证明，整个网络中的POW都是发起交易者自己做的，而不是交给矿工。发起交易无需手续费。

4智能合约支持

目前iota还不支持智能合约，但是官方roadmap中有计划在18年开始实现对智能合约的支持。而byteball也还不支持智能合约。

5需要见证节点

不管是iota还是byteball，目前的网络结构中，还是需要见证人机制的存在。这一部分不管是DPOS、POS、PBFT，大家最终都会在效率、安全性上寻求一种平衡。

市场上iota和byteball的市值已经引起了很多关注，相信对DAG的技术讨论也会变多。从技术角度来看，DAG给我们提供了完全不一样的区块链实现，高性能和无手续费这些点确实引人注目。随着社区对DAG技术的进一步完善和发展，也许，DAG会是真正的区块链3.0呢。

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