【大文观链】透析DAG：区块链结构扩容的双刃剑

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为了解决扩容问题，全世界区块链技术人员提出了众多解决方案，力求在保证安全性、去中心化和高吞吐量中获得一个新的平衡。目前常见的解决方案有此前我们讲过的链下交易（Off Chain）、分片（Sharding）、有向无环图（DAG）、侧链等。今天为大家介绍DAG。

DAG本身是一个数学概念。在图论中，如果一个有向图从任意顶点出发无法经过若干条边回到该点，则这个图是一个有向无环图（DAG图）。因为有向图中一个点经过两种路线到达另一个点未必形成环，因此有向无环图未必能转化成树，但任何有向树均为有向无环图。

这种结构常常被用在计算机系统当中，并不是什么新鲜理论。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。而在区块链扩容的过程中，开发者们也尝试利用DAG结构优化区块链传统的单一链状结构。

众所周知，区块链问题的根源来自于对比特币系统安全和稳定性的考量。最初，中本聪将区块大小限制在 1MB。如果按照每笔交易占 250B，平均每十分钟产生一个区块的速度计算，比特币网络理论上每秒最多可以处理 7 笔交易。如果要提高TPS，同时仅生成一个区块显然会导致效率低下。DAG结构的核心是，使节点不需要用线性方式处理每一笔交易。

基于这样的结构，目前DAG结构在解决区块链扩容问题时有两种应用方式。

1、以IOTA为代表，丢弃了全局的线性区块概念，使用 DAG 数据结构来维持系统状态。彻底放弃“区块“，让每一笔交易都直接参与维护全网的交易顺序。交易发起后，直接广播全网，跳过打包区块阶段，实现“无区块”。这样省去了打包交易出块的时间，让整个系统运作效率更高。IOTA采用的Tangle结构就是基于DAG全新设计的分布式账簿结构，是一个既没有块也没有链的区块链。在Tangle中，每一个节点代表的是一个交易。IOTA里没有区块的概念，也没有挖矿和矿工的概念，这就代表没有交易费，整个网络的吞吐量也很高。

2、以PHANTOM为代表，使用DAG结构将区块串联起来，在区块打包时间不变的情况下，网络中可以并行打包N个区块，网络中的交易就可以容纳N倍。并行打包意味着可以并行挖矿，从而带来更大的吞吐量和更快的交易确认时间。在DAG应用区块链的网络中，每一个区块都有相邻的区块可参照，关注其中一个区块，可以发现其能与其他区块相连打通，体现了高度的可用性。

DAG结构看似解决了区块链扩容的难题，但却带来了更大的挑战。一方面，区块之间打通之后，挖矿行为将由于发生频繁有可能导致更多的硬分叉，一致性将遭到挑战。同时更为严重的是：区块不再遵循序列来排列之后，在各区块里的交易冲突事件将会大幅提升，比如双花问题（double spending）。IOTA直接放弃了区块，PHANTOM采用的方案是利用投票机制解决冲突和一致性问题，并避免硬分叉，但这也带来了更高的安全风险。

总而言之，DAG结构虽然可以在一定程度上解决区块链扩容的难题，但实际上依然有更多问题没有解决，依然有技术难关需要攻克。