Jeff Zhou：DAG高速異步區(qū)塊鏈技術(shù)

隨著區(qū)塊鏈技術(shù)的快速發(fā)展，去中心化、高速傳輸、不可篡改、共識算法成為構(gòu)建未來網(wǎng)絡(luò)空間的關(guān)鍵技術(shù)。DAG(有向無環(huán)圖)是不同于主流區(qū)塊鏈的一種分布式賬本技術(shù)，是區(qū)塊鏈行業(yè)的一次較大的創(chuàng)新，DAG技術(shù)給高并發(fā)的交易提供了最具前景的解決方案，把區(qū)塊鏈二維的模式提升到三維，把同步記賬提升為異步記賬。2017年12月28日，由澳大利亞TrustNote基金會發(fā)起的“全球DAG區(qū)塊鏈技術(shù)聯(lián)盟”籌備會在北京成功召開并圓滿落幕。

論壇上，TrustNote創(chuàng)始人Jeff Zhou發(fā)表主題演講“DAG-高速異步區(qū)塊鏈技術(shù)”，表達(dá)了高速區(qū)塊鏈公有鏈項目的未來價值不可估量，TrustNote是使用最新DAG技術(shù)，同時支持PoW挖礦的高速公有鏈，具有創(chuàng)新的雙層共識機(jī)制，面向游戲娛樂、數(shù)字通證發(fā)行和社交媒體等場景。TrustNote宗旨是“極輕、極速、極趣”，圍繞這一目標(biāo)構(gòu)建完善的技術(shù)架構(gòu)和生態(tài)體系，讓新奇特的想法在TrustNote上流暢運(yùn)行，不僅能提供安全保障還具備可玩性，讓使用TrustNote成為一種生活方式。基于DAG技術(shù)的TrustNote，或?qū)⒊蔀?018年區(qū)塊鏈行業(yè)一匹黑馬!

DAG區(qū)塊鏈技術(shù) 或?qū)⒔o各行業(yè)帶來變革

Peer reference confirmation, get partial order

DAG全稱是“有向無環(huán)圖”，沒有區(qū)塊概念，不是把所有數(shù)據(jù)打包成區(qū)塊，再用區(qū)塊鏈接區(qū)塊，而是每個用戶都可以提交一個數(shù)據(jù)單元，這個數(shù)據(jù)單元里可以有很多東西，比如交易、消息等等。數(shù)據(jù)單元間通過引用關(guān)系鏈接起來，從而形成具有半序關(guān)系的DAG(有向無環(huán)圖)。DAG的特點(diǎn)是把數(shù)據(jù)單元的寫入操作異步化，大量的錢包客戶端可以自主異步地把交易數(shù)據(jù)寫入DAG，從而可以支持極大的并發(fā)量和極高的速度。同時，使用DAG技術(shù)的TrustNote還支持聲明式智能合約，聲明式的智能合約要表達(dá)的意思是可以直接按照用戶想要的結(jié)果去寫、去描述，以很簡單的語言，讓大家都能看懂的語言去描述他要干的事情。

截止到2017年年底，“高流量應(yīng)用”越來越多，除了主流電商平臺外，還有直播平臺、P2P理財、今日頭條、陌陌等嶄露頭角，如果“高流量應(yīng)用”與DAG區(qū)塊鏈技術(shù)結(jié)合，將會給行業(yè)帶來哪些變革呢?除區(qū)塊鏈自身的特點(diǎn)去中心化、分布式賬本、不可篡改之外，DAG區(qū)塊鏈技術(shù)不但可以支持高并發(fā)，結(jié)合雙層共識機(jī)制，使用工作量證明共識算法，還能夠防止“雙花”問題。

那么，DAG如何支持高并發(fā)的呢?第一，數(shù)據(jù)不像比特幣和以太坊一樣強(qiáng)同步，而是弱同步，允許節(jié)點(diǎn)在同一時刻數(shù)據(jù)不一樣，數(shù)據(jù)可以有一些微小的差別。第二，可以通過數(shù)據(jù)單元之間的引用來完成交易的確認(rèn)，就是后面發(fā)生的單元去引用前面的單元，這樣不需要我們把數(shù)據(jù)傳給礦工，整個過程都是由自己去完成的，這個過程很快。DAG是解決高并發(fā)比較優(yōu)美的方法，比起之前的閃電網(wǎng)絡(luò)，還有其他一些方面，DAG有其先天優(yōu)勢。

Select MainChain, get total order

再來看看DAG是如何防止“雙花”?在有向圖里如果能選出一個MainChain，這個時候會發(fā)現(xiàn)所有圖里面的節(jié)點(diǎn)都可以用一種方法來給它做排序，把這個序號連接起來在一排，這張圖將會變成跟區(qū)塊鏈一樣的序列結(jié)構(gòu)，就是排完序的節(jié)點(diǎn)，而且每個節(jié)點(diǎn)是一個交易，而不是一個區(qū)塊。所以，確定了主鏈，通過主鏈，可以形成全序。最后達(dá)到的結(jié)局就是在某一個邏輯狀態(tài)里，交易還是被排序了，這是DAG最關(guān)鍵核心的部分。

“高流量應(yīng)用”是隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)和交易數(shù)的增加平滑擴(kuò)展，當(dāng)這個節(jié)點(diǎn)數(shù)超過1億或交易數(shù)超過并發(fā)100萬時，DAG的特性剛好是交易越多越快，節(jié)點(diǎn)越多越快。

典型區(qū)塊鏈軟件棧結(jié)構(gòu) 無法解決“阻塞”問題

在傳統(tǒng)的區(qū)塊鏈里，問題在于做共識時，需要一個區(qū)塊一個區(qū)塊的往上壘，在生成這個區(qū)塊之前，需要給所有的交易做一個交易池，也就是說需要做一個Transaction Pool，由礦工在里面挑出要打包哪些交易，才能作出一個區(qū)塊來，然后再把它放到這個鏈里。當(dāng)在Transaction pool里用Transactions生成Block時，如果沒有挖到新的Block，沒有被廣播出去，這個Transaction是屬于不定態(tài)的，是沒有被確認(rèn)的。這實(shí)際上是一個阻塞了數(shù)據(jù)的排隊寫入，即為阻塞問題。

以交易為單位的異步寫入?yún)^(qū)塊鏈 高速暢通

我們來看看DAG是如何解決“阻塞”問題的。第一，記帳的單位變得顆?；?xì)了，記帳單位不是區(qū)塊，而是Transaction。如果Transaction一發(fā)生，馬上就會寫入，比傳統(tǒng)的跟其他交易一起等這個塊完成了再寫的模式要快。第二，DAG發(fā)揮了錢包客戶端里面點(diǎn)對點(diǎn)互相校驗的能力，這個校驗是并行的，假設(shè)在這個世界上同時有1萬筆Transaction發(fā)生，1萬筆Transaction相互之間是可以通過Transaction的關(guān)系并行校驗，如果這個數(shù)正在產(chǎn)生分叉，同時會在這個世界上有不同的錢包往不同的叉上記帳不同的Transaction。這實(shí)際上導(dǎo)致一個問題，它只能partial order，不能排出總序。要排出總序需要確定主鏈，目前DAG里面，比如IOTA和Byteball，通過各自不同的方式選出主鏈。所以DAG記賬就是先把數(shù)據(jù)記下來，而不檢查雙花，其實(shí)在記帳里會知道有一定的比例，比如1%的人在double spending，忍受double spending存在2-3秒，接下來選擇MainChain的時候，MainChain確立了，就可以把雙花檢測出來剔除。在確定MainChain以前它是一個并行驗證的操作，而且是并行往數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上放，然后再回溯去檢查數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，去挑出壞的交易。所以DAG是以交易為單位的異步寫入?yún)^(qū)塊鏈。

另外，DAG還有一個特點(diǎn)，因為它是靠節(jié)點(diǎn)相互間參考關(guān)系來加速驗證的，如果在整個網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中交易數(shù)量越多，錢包數(shù)量越多，能支撐的變化量越大。所以，它是隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)量增長而增加。

針對IOTA和Byteball存在的問題 TrustNote的優(yōu)勢

選“主鏈”時，不僅需要速度，還需要公平。因為partial order是通過P2P之間的信任為參考。total order不行，它是由一個孤立于大眾的一些服務(wù)節(jié)點(diǎn)去做的，所以MainChain的選擇一定要回溯區(qū)塊鏈的架構(gòu)，這時需要使用共識算法，通過可信的機(jī)器去選。在現(xiàn)實(shí)生活中，大多數(shù)交易實(shí)際上是自動的互相間檢查一下，可以把主鏈的任務(wù)想象成為“抓竊賊”。

IOTA和Byteball在共識上存在一些中心化或弱中心化的現(xiàn)象。首先IOTA現(xiàn)在市值100多億，但是看它的白皮書也好、看它的實(shí)踐方案也好，其實(shí)就是一個中心化的東西，用協(xié)調(diào)者來確定數(shù)據(jù)單元的最終順序，而協(xié)調(diào)者目前還沒有開放。Byteball用了12名公證人去選擇MainChain定序，公證人的確定是靠人工設(shè)定的。

TrustNote針對于Byteball和IOTA存在的問題做了一些優(yōu)化。首先加入了TrustME共識，目前設(shè)計兩個版本，一個是PoW版本，一個是拜占廷協(xié)商版本，然后用TrustME共識可以從一些超級節(jié)點(diǎn)里面選出公證節(jié)點(diǎn)，是用PoW方式來選擇的。帶來的好處是可以把公證人徹底的去中心化，讓生態(tài)更加健壯。TrustNote節(jié)點(diǎn)分為四個類型，在全節(jié)點(diǎn)之上又添加了一個超級節(jié)點(diǎn)，超級節(jié)點(diǎn)就是具備了挖礦的能力，可以幫助TrustNote去維護(hù)DAG。輕節(jié)點(diǎn)跟其他方案是一樣的，只關(guān)心它自己的交易。微節(jié)點(diǎn)可以放在物聯(lián)網(wǎng)里面，如傳感器，可以委托超級節(jié)點(diǎn)去完成交易。TrustNote對聲明式智能合約進(jìn)行了改進(jìn)，在聲明式智能合約里添加數(shù)學(xué)運(yùn)算命令，讓表達(dá)能力更加豐富。

DAG區(qū)塊鏈擴(kuò)容 以無數(shù)側(cè)鏈圍繞主鏈

目前幾乎所有的區(qū)塊鏈擴(kuò)容方案都是在主鏈基礎(chǔ)上搭建側(cè)鏈。比如Lightning Network或Rootstock等。Lightning Network如果不考慮到跨側(cè)鏈交易，勉強(qiáng)可以接受，如考慮到Lightning Network跨側(cè)鏈交易時，Lightning Network實(shí)際上是不能夠達(dá)到目前想要擴(kuò)容的結(jié)果。反過來講，如果側(cè)鏈的技術(shù)能在以太坊和比特幣上擴(kuò)容成功，其實(shí)最后達(dá)到的結(jié)果一定是類似于DAG的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，就是無數(shù)側(cè)鏈圍著主鏈。

最后，TrustNote創(chuàng)始人Jeff Zhou指出，DAG區(qū)塊鏈技術(shù)以獨(dú)特的技術(shù)屬性和價值，讓區(qū)塊鏈高速運(yùn)轉(zhuǎn)起來，所到之處，欣欣向榮。這是目前“高并發(fā)應(yīng)用”的真切需求，被DAG區(qū)塊鏈技術(shù)全然滿足，信任的機(jī)器也成為區(qū)塊鏈的代名詞。DAG區(qū)塊鏈技術(shù)有潛力為各行業(yè)的經(jīng)濟(jì)活動和價值交易帶來全新的技術(shù)革新與升級，彌補(bǔ)不同交易主體之間的信任鴻溝，通過時間戳、不可逆性、可追溯性等特點(diǎn)，從而降低交易成本。實(shí)現(xiàn)具有更強(qiáng)表達(dá)力的智能合約，更快的交易確認(rèn)，更廣泛的應(yīng)用場景，更強(qiáng)的安全性和隱私保護(hù)，我想這是我們接下來一起努力的方向。

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