DAG与区块链

DAG (Directed Acyclic Graph) 是计算机科学和数学中的一个重要概念。顾名思义，DAG 是一个有向无环图，意味着它由节点和有向边组成，且不存在任何从一个节点开始并回到该节点的闭环。

1. 基本定义：

有向图 (Directed Graph) ：图中的每条边都有明确的方向，从一个节点指向另一个节点。
无环 (Acyclic) ：图中不存在任何闭环或循环。

2. 特点：

由于其无环的特性，DAG 有明确的起点和终点。
每个节点可以有任意数量的后续节点，但不会回到先前的节点。
在 DAG 中，存在至少一种节点的顺序，使得每一条有向边都从顺序的前面的节点指向顺序的后面的节点。

3. 应用：

计算机科学：DAG 常用于表示信息的依赖关系，如在编译器优化、数据处理管道、任务调度等领域。
区块链技术：一些新的分布式账本技术（如 IOTA 和 Hedera Hashgraph）使用 DAG 替代传统的链式结构，以实现更高的吞吐量和更低的延迟。
拓扑排序：由于 DAG 的无环特性，它们常用于拓扑排序，这是一种线性化有向图的方法，使得对于任意两个节点 U 和 V，如果存在从 U 到 V 的路径，那么 U 总是在 V 之前。

4. DAG 与区块链：

速度与吞吐量：
- DAG：由于其并行性，DAG 可以快速处理大量并发交易，这可能导致更高的吞吐量和更短的确认时间。
- 传统区块链：交易必须等待被添加到下一个块中，并且在大多数情况下还需要等待多个确认，这可能导致较低的吞吐量和较长的确认时间。
去中心化程度：
- DAG：理论上，由于每个交易都参与验证，DAG 可能更为去中心化。然而，某些 DAG 实现可能仍然依赖于一组特定的节点来维持网络的安全性。
- 传统区块链：尽管区块链的目标是去中心化，但在实践中，如比特币或以太坊，矿工的集中可能导致中心化的趋势。
交易作为节点：在 DAG-based 的区块链系统中，每个交易都被视为 DAG 中的一个节点。
验证关系：当某个节点（交易）加入 DAG 时，它必须选择一或多个先前的交易并验证它们。这意味着，为了加入系统，新的交易必须证明它已经查看并验证了先前的交易。这种验证行为用有向边来表示，指向它验证的交易。
并行添加：由于这种结构，多个交易可以几乎同时加入 DAG，因为它们可能验证不同的先前交易。这与传统区块链不同，后者在任何时刻只能添加一个新块。
权重与确认：随着时间的推移，新的交易会验证旧的交易，增加它们的权重或确认数。在某些 DAG 系统中，当交易达到某个权重阈值时，它被视为“完全确认”。
无需全局共识：由于每个交易都对先前的交易进行了验证，因此不需要像传统区块链中那样的全局共识过程。随着更多的交易加入并验证，系统逐渐达到了分散的共识。

5. 与传统区块链的主要差异：

结构：传统区块链是一个线性结构，每个新块都依次添加到前一个块之后。而 DAG 是一个图结构，允许交易并行加入。
共识机制：在传统的区块链中，矿工或验证者通过某种共识机制（如 PoW 或 PoS）来达成共识。而在 DAG 中，共识是通过交易验证其他交易的方式分散地达成的。
速度与效率：DAG 的结构允许更高的交易吞吐量，因为多个交易可以并行处理。传统区块链由于其线性结构，通常受到吞吐量的限制。

6. DAG 区块链项目：

IOTA：也许是最知名的使用 DAG 的区块链项目。它使用了一个名为 "Tangle" 的 DAG 结构。在 Tangle 中，每个新交易都需要验证两个先前的交易。IOTA 主张其网络设计适用于物联网（IoT）中的微交易。
Nano (之前称为 RaiBlocks) ：使用 DAG 结构来实现快速、无费用的交易。每个账户在 Nano 网络上都有其自己的链，这种结构称为“block-lattice”。
Hedera Hashgraph：虽然技术上不是一个纯粹的 DAG，但它使用类似的概念。Hashgraph 使用投票算法来达成共识，并声称能提供无需授权的、高速的和安全的交易。
Byteball：使用 DAG 替代传统的区块链来记录交易。Byteball 系统中的每个新交易都引用一个或多个先前的交易。