区块链关键技术DAG协议浅析

柳眉 / 泛商业 / 9个月前 /
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导读

什么是DAG?“DAG”即“有向非循环图”(Directed Acyclic Graph)的首字母缩写。,这是一种计算机学上面常用到的拓扑数据结构。他要求每一个交易都必须验证前面两条旧的交易,这样就形成了层层确认的结构,使每一次交易形成了一个链条。图1 DAG示例:Nxt社区提出的DAG of blocks“有向非循环图”这一名称就透露了很多信息:DAG是具...

什么是DAG?

“DAG”即“有向非循环图”(Directed Acyclic Graph)的首字母缩写。,这是一种计算机学上面常用到的拓扑数据结构。他要求每一个交易都必须验证前面两条旧的交易,这样就形成了层层确认的结构,使每一次交易形成了一个链条。

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图1 DAG示例:Nxt社区提出的DAG of blocks

“有向非循环图”这一名称就透露了很多信息:DAG是具有方向且没有任何循环的图形/结构。您可以将其视为创建区块链过程中的一个中间环节——它的某些块已经与边缘(edge)连接(因此是有序的),而有些则没有。需要额外的精力来构建基于DAG的最终链,而这正是基于DAG的共识协议所需要的。

DAG创新 vs PoW模式

从本质上说,DAG与区块链没有特别大的差异,因为它们都是区块的链。这是因为在这两种协议中,形成交易链都是期望的结果。

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图2 DAG的区块形成机制

然而,DAG的创新在于区块内部:在以比特币为代表的PoW共识机制中,工作量证明会增加网络延迟,以确保网络同步并能抵御大多数攻击。但是通常在基于DAG的协议中,这种能源消耗大的计算是完全不必要的。新交易已通过以前的交易进行了验证。无需采矿。

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除此之外,DAG和传统的区块链还有如下区别:

1. 单元:区块链组成单元是Block(区块),DAG组成单元是TX(交易);

2. 拓扑:区块链是由Block区块组成的单链,只能按出块时间同步依次写入,好像单核单线程CPU; DAG是由交易单元组成的网络,可以异步并发写入交易,好像多核多线程CPU;

3. 粒度:区块链每个区块单元记录多个用户的多笔交易,DAG每个单元记录单个用户交易。

DAG的优势

经过多年的实际运行,传统区块链技术所存在的问题也在逐渐暴露,包括:

1. 效率问题:传统区块链技术基于Block区块,比特币的效率一直比较低,由于BlockChain链式的存储结构,整个网络同时只能有一条单链,基于POW共识机制出块无法并发执行;例如比特币每十分钟出一个块,6个出块才能确认,大约需要一个小时;以太坊大幅改善,出块速度也要十几秒。

2. 确定性问题:比特币和以太坊存在51%算力攻击问题,基于POW共识的最大问题隐患,就是没有一个确定的不可更改的最终状态;如果某群体控制51%算力,并发起攻击,比特币体系一定会崩溃;考虑到现实世界中的矿工集团,以及正在快速发展量子计算机的逆天算力,这种危险现实存在。

3. 中心化问题:基于区块的POW共识中, 矿工一方面可以形成集中化的矿场集团,另一方面,获得打包交易权的矿工拥有巨大权力,可以选择哪些交易进入区块,哪些交易不被处理,甚至可以只打包符合自己利益的交易,这样的风险目前已经是事实存在。

4. 能耗问题:由于传统区块链基于POW算力工作量证明,达成共识机制, 比特币的挖矿能耗已经与阿根廷一个国家耗电量持平,IMF和多国政府对虚拟货币挖矿能源消耗持批评态度。

因此,与传统的PoW区块链相比,DAG协议具有许多优势,它产生共识的速度比区块链要快得多,正因如此,它能够在大规模运作时维持很高的交易速度,而这是比特币的区块链无法实现的。

例如,在DAG的概念验证协议(proof-of-concept protocol)项目测试中,在包含128个节点的测试网络上已达到100,000 Tx/s的速度。这是DAG表现最好时的威力。

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第二个好处是应用DAG可以免挖矿。在这样的架构下,没有挖矿费和矿工来验证交易,交易可以便宜得多,甚至微不足道或免费的。这就是DAG已被确定为适用于物联网(IoT)应用的原因。

但这也为我们勾勒出了基于DAG的现实可用货币。例如,用户都不想为0.90美元的可乐支付0.50美元的区块链交易费,对吧?但是您可能愿意支付0.0004 BTC(约合4美元)来安全快速地进行几百万美元的转账。如果我们要使用加密货币来进行日常小额支付,那么DAG就非常合适。

DAG的参考实现(Reference Implementation): Byteball DAG

Byteball DAG被称为DAG体系家族中最完善的参考实现,展现了DAG协议强大的优势。

Byteball DAG在DAGCoin的基础上, 创新性引入主链与见证人概念,鼓励验证多个父辈交易单元,形成一个随着交易增长、相互验证,安全性不断加强的数字签名Hash网络, 并创造性的发明了“主链”概念以及“见证人”的概念。

Byteball DAG中“见证人”(Witness)真正意义就是形成“共识机制”;12个“见证人”发布的交易单元,在理论上无限宽广的DAG并发交易网络中划出了一道确定性的交易时间序列。正是这道无限延伸基于时间的确定性交易序列,打造了Byteball DAG中的主链,在宽广无序的有向无环哈希世界中形成了强健有序的唯一主干。基于见证人+主链的共识机制,双重支付等问题得到了轻松解决。

Byteball DAG取消了区块链和工作量证明(POW)挖掘的概念,而是选择了DAG数据存储技术。 与基于传统区块链的加密货币相比,这具有强大的优势,Byteball DAG中的所有交易都是以加密方式相互关联的。 新产生交易将添加到tips交易单元后面。 这样让网络上的所有节点(用户)都参与验证交易,完全的去中心化。

这不仅可以更快地验证付款,还可以让网络保持足够的分散。 避免在比特币中的一些问题:例如可能威胁网络的大型集中式矿池;同时Byteball DAG通过收取存储在DAG网络的每字节数据存储费用,通过类似Gas机制减少网络上的SPAM垃圾信息。

由于每个交易都有发起者的私钥签名,同时每笔交易都验证与引用从前发生的交易,Byteball DAG以此编织成一个巨大的网络,对网络的篡改牵一发而动全身,同时不可能有人拥有全网所以用户的私钥,所以Byteball DAG具备银行级最终确定性。

一句话来概括:DAG是面向未来的新一代区块链,从图论拓扑模型宏观的看,从单链进化到树状和网状、从区块粒度细化到交易粒度、从单点跃迁到并发写入;是区块链从容量到速度的一次革新。

Amodule Network(以下简称AMO)充分利用DAG协议的优良特性,设计了一套全商业区块链应用模式的网络标准, 遵循热插拔、模块化扩展、 提供可替代的智能合约、 共识机制、 P2P网络传输、大数据加密存储、多账号等功能。AMO将各领域各行业所需区块链化的合约层进行封装,搭配可视化操作系统方便各语种开发者迅速调用。需要进行链改的业务项目将快速建立去中心化的应用场景,根据自身需求搭建业务模型,而不再需要从下到上重新开发节省人力财力,这将急速的推动区块链商业应用落地以及传统行业区块链改造工程。

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