了解DAG：有向无环图在加密货币中的工作原理

替代账本技术的崛起

自加密货币行业诞生以来，区块链一直占据主导地位。然而在过去的几年中，另一种数据结构机制在开发者和研究人员中获得了关注：有向无环图，通常称为DAG。虽然区块链依然是大多数加密项目的基础，但DAG技术代表了一种不同的方式来维护分布式账本和验证交易。

许多人在这个领域将DAG称为"区块链杀手"，暗示它有可能在未来取代或显著竞争基于区块链的系统。这是否成为现实取决于技术如何成熟并克服其当前的局限性。就目前而言，这两种技术共存，各自满足不同项目的需求和使用案例。

DAG技术的运作方式

有向无环图从根本上是一种数据结构方法，它以不同于传统区块链的方式组织交易。该架构由顶点(圆圈)表示单个交易，并由边(线)将它们连接在一个方向流中。

术语“定向”表示连接仅在一个方向上流动，防止循环引用。“无环”意味着结构从不自我回环——每个顶点在交易链中独立存在。这种设计完全消除了基于区块的模型。

在DAG系统中，交易以层叠的方式相互构建。当用户提交交易时，他们必须首先验证一个或多个未确认的先前交易，称为“tips”。一旦确认，新的交易本身也成为一个tip，等待下一个网络参与者的确认。这种级联验证过程创建了一个类似网络的图形，而不是线性链。

为了防止双重支付，节点会追踪整个交易历史，直到创世交易。他们验证在整个过程中余额是否保持有效。如果任何先前的交易被证明是欺诈性的，基于它的后续交易将面临拒绝——即使它们本身是合法的。这个机制确保了网络的完整性，而不需要矿工。

实际应用和性能优势

DAG技术解决了区块链系统固有的几个局限性。由于没有区块可供挖掘或创建，交易可以持续处理而无需等待时间。用户可以提交无限制的交易，只要他们先确认旧的交易。这消除了困扰许多区块链网络的可扩展性瓶颈。

能源消耗是另一个区别。尽管一些DAG实现使用工作量证明共识，但它们的能耗仅为传统区块链挖矿所需电力的一小部分。这种高效源于缺乏资源密集型的区块创建。

微支付是DAG的理想用例。区块链网络通常会收取超过支付金额的交易费用，使得小额转账在经济上变得不可行。DAG系统通常收取极少或零费用，仅在网络拥堵时收取少量节点费用，这与区块链的动态费用结构形成鲜明对比。

现实世界的有向无环图(DAG)实现

多个项目已采用DAG技术来验证这种替代方法。IOTA于2016年推出，以其物联网应用为重点，开创了这一领域。该项目采用了缠结结构——相互连接的节点集群——用户必须验证两个交易才能使自己的交易获得批准。这一设计实现了完全的去中心化，因为所有参与者都参与共识机制。

Nano代表了一种混合方法，结合了DAG和区块链的元素。每个用户操作一个独立的钱包(区块链组件)，同时数据通过DAG网络流动。发送者和接收者都必须验证交易，从而实现零费用和卓越的速度。

BlockDAG作为一个新兴的参与者，通过专用矿机和移动应用程序提供了节能的挖矿方式。它的减半计划与比特币不同，每年发生一次，而不是每四年一次。

权衡DAG的优势与局限性

关键优势

交易速度: 在没有区块时间限制的情况下，网络按需处理交易。吞吐量没有上限——只有确认前驱的要求。

费用结构: 挖矿消除使得交易费用的收入要求不再成立。这为小额转账和物联网应用创造了有利条件。

能源效率： 相较于工作量证明区块链，降低的计算需求意味着对环境的影响最小。

可扩展性： 缺乏区块时间瓶颈使网络能够水平扩展而不降低性能。

当前挑战

去中心化的权衡: 许多DAG协议目前依赖于协调节点或其他集中组件来启动和维护网络安全。虽然开发者认为这只是暂时的，但DAG尚未展示出在没有外部治理的情况下的韧性。

未经过大规模验证： 尽管DAG已经存在了几年，但与Layer-2等区块链替代方案相比，采用仍然有限。该技术尚未经受住已建立区块链网络定期面临的压力测试。

安全问题： 在没有广泛的现实世界验证的情况下，DAG 共识机制中的潜在漏洞仍然未知。

比较DAG和区块链架构

基本区别在于数据组织。区块链将交易按顺序安排到区块中，形成线性链。DAG将交易安排为相互连接的节点，形成图形结构。

这种架构差异导致了操作上的区别。区块链需要矿工将交易打包并解决计算难题。DAG消除了这一中介层，使得直接的点对点验证成为可能。区块链面临与区块大小和挖矿间隔相关的固有可扩展性限制。DAG理论上可以在没有这种限制的情况下扩展。

从视觉上看，区块链类似于连接块的链，而有向无环图（DAG）则类似于节点的网络。这种隐喻的区别反映了它们在基本操作上的不同。

期待

有向无环图代表了一项引人注目的技术进步，具有真正的潜力。这些优势——较低的交易成本、更高的吞吐量、减少的能源消耗——解决了区块链系统中的实际痛点。

然而，DAG技术仍处于起步阶段。该领域尚未克服中心化挑战，也未能证明其在区块链目前展示的规模和安全性水平上的可行性。与其完全取代区块链，DAG更可能是在其优势提供显著好处的特定领域中发挥作用。

该技术的轨迹取决于持续的发展、现实世界的压力测试以及利用DAG独特能力的新兴用例。随着生态系统的成熟，这两种技术可能会共存，各自服务于其优势与应用需求最佳对齐的项目。