目錄

• 導語
• 什麼是有向無環圖？
• 有向無環圖如何運作？
• 有向無環圖的優缺點
  • 有向無環圖的優點
  • 有向無環圖的缺點
• 總結

導語

當提到加密貨幣，我們腦海中會立刻浮現區塊鏈或“分散式帳本技術”等概念。自從比特幣問世以來，市場上已湧現數百種加密貨幣，大多數的網路架構基礎大同小異。使用者透過這些資料結構即可轉移價值或與去中心化應用程式互動。

在區塊鏈當中，新區塊會定期添加到不斷增長的鏈上。每個區塊都以某種加密連結（確切地說，即哈希值）連接到上一個區塊。每個區塊中都是用戶已發布的最新交易。

但是，從發布交易到納入區塊，通常中間有一個等待期，就像在車站等待火車一樣。根據車廂大小（區塊大小）和候車人數（待處理的交易），乘客不見得能搭上下一班車，甚至再下一班也不一定能趕上。等待交易確認的時間從幾秒到幾個小時不等。

對許多人而言，這很划算。畢竟，這種方式安全性非常高，而且無需依賴中心化協調機構。還有一些人則認為區塊鏈技術終究會被淘汰。反對者認為，從長遠來看，可擴展性問題將阻礙區塊鏈技術大規模應用推廣。

支持者則堅信，未來的加密貨幣支付網路會搭建在完全不同的架構，即有向無環圖（或稱為“DAG”）之上。

什麼是有向無環圖？

有向無環圖是一種截然不同的資料結構，可視化把不同資訊連結在一起的資料庫。 “有向無環圖”是一個資訊量很大的概念，讓我們來層層分解。

有向無環圖。

從概念上來說，有向無環圖類似上圖所示，由頂點（球體）和邊（連線）組成。二者皆有指向性，都朝向一個方向（如箭頭所示），而且都無環，即沒有循環，頂點不會回到最初起點，也就是說如果我們從一個點開始，沿著圖形走，無法回到同一個起點。下面我們也將繼續詳細講解。

這種資料結構通常用於資料建模。在科學或醫學領域，有向無環圖用來觀察變數之間的關係，以及確定它們之間的相互影響。例如，我們利用這個圖形建立營養、睡眠週期和身體症狀等之間的聯繫，從而確定這些指標對患者的影響。

我們則更加關注，如何利用這個圖形來達成分散式加密貨幣網路的共識。

有向無環圖如何運作？

基於有向無環圖的加密貨幣，結構中每個頂點都代表一筆交易。其中不涉及區塊概念，也沒有擴展資料庫所需的挖礦。因此，交易不會集中納入區塊中，而是建立在另一筆交易之上。節點提交交易時，仍會存在少量工作量證明操作，這可確保網路不會受到垃圾資訊幹擾，同時也驗證了先前的交易。

要加入新交易，必須建立在先前的交易之上。假設Alice創建一筆新交易。該交易要想獲得確認，必須引用先前的交易，這有點類似於比特幣中一個區塊對前一個區塊的引用，只不過這裡必須引用多筆交易。  

在某些系統中，演算法會選擇新交易必須建立在哪些交易（或“末端”）之上。末端的累積權重越高，越容易被選中。累積權重能夠衡量通往末端的路徑中的確認數量。

Alice即將創建在上面的交易未經確認。但是，這些交易一經Alice引用，就會獲得確認。 Alice現在的交易尚未確認，因此，其他人必須在該交易被接受之前，在上面建立交易。

使用者更願意確認權重“較高”的交易，這樣系統才能持續發展。否則，用戶就會毫無顧忌地在舊交易上持續建立交易。

區塊鏈能輕易防止雙花問題的發生。同一筆資金不能在一個區塊中使用兩次，節點能輕易檢測出此類嘗試，並拒絕包含衝突交易的所有區塊。礦工生產區塊的成本非常昂貴，因此機制激勵他們公平競爭。

有向無環圖同樣能夠防止雙花問題，機制類似，但沒有礦工參與。節點在確認較舊的交易時，會評估追溯到有向無環圖第一筆交易的整條路徑，以確保發送方餘額充足。路徑可能會有很多條，但只需驗證一條即可。

如果使用者把交易建立在無效路徑上，會導致自己的交易被忽略。或許這些用戶的交易有效，但由於上一個交易無效，因此沒人願意去擴展這條路徑。

乍看之下似乎不太直觀——可不能存在一種情況，多種不同的分支之間根本就不知道彼此的存在呢？那麼，會不會用戶在不同的分支上花銷同一筆資金呢？

確實有這種可能。但是透過選擇演算法給末端的累積權重加碼，這個問題就能迎刃而解。也就是說，長此以往，某個分支會比其他分支更繁榮。較弱的分支遭到遺棄，網路會在權重最高的分支持續發展壯大。  

與區塊鏈的情況相同，這種網路也沒有絕對確認，我們永遠無法完全確定交易是否會遭遇逆轉。雖然可能性極低，但從理論上講，比特幣或以太坊的區塊可以“撤銷”，導致其中所有的交易逆轉。交易後增加的區塊越多，這筆交易的安全性就越讓人放心。這就是我們建議用戶在投入資金前，先等待六次確認的原因。

在諸如IOTA纏結之類的有向無環圖中，有一個概念叫做“確認置信度”。選擇演算法會運行100次，計算選取的末端中直接或間接核准的交易次數。百分比越高，交易維持“結算”狀態的置信度就越大。

這樣看起來似乎會導致使用者體驗變差。但其實不會。如果Alice向Bob發送10枚MagicDAGToken，她不必擔心是否選擇了圖表中的正確末端，因為她的錢包會在後台執行以下操作：

• 選擇權重大的末端（請記住，就是那些累積確認訊息最多的末端）。
• 沿著路徑追溯回先前的交易，以確保末端有足夠餘額進行支付。
• 達到以上要求，交易就會加入有向無環圖，所建立的交易得以確認。

在Alice看來，這就是常規的加密貨幣運作流程。她輸入Bob的地址和希望支付的金額，然後按下發送。以上清單就是每位參與者在建立交易時，都會執行的工作量證明。

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有向無環圖的優缺點

有向無環圖的優點

速度

沒有出塊時間限制，任何人都可以隨時發布和處理交易。只要先確認較早交易，用戶就不受提交交易次數限制。

無挖礦

有向無環圖不使用常規工作量證明共識演算法。跟加密貨幣依賴挖礦維護區塊鏈網路相比，有向無環圖的碳足跡只是零頭。

沒有交易費用

因為沒有礦工，使用者無需為發布交易支付費用，但有時需對特定類型的節點支付少量費用。低廉費用（免費更好）對小額支付用戶來說極具吸引力，因為高昂的網路費用會讓他們白忙一場。

沒有可擴展性問題

與傳統區塊鏈網路相比，有向無環圖不受出塊時間限制，每秒鐘交易的處理數量要多得多。許多支持者堅信，這會讓有向無環圖在各類機器互動的物聯網(IoT)用例中更具價值。

有向無環圖的缺點

並非完全去中心化

以有向無環圖為基礎的協定具有各種中心化特性。有些人認為，這是啟動網路的短期解決方案，但是有向無環圖是否能在沒有第三方乾預的情況下蓬勃發展，仍需拭目以待。如果沒有成功，就等於網路向攻擊向量敞開了大門，最終會嚴重受創。

未經大規模測試 

儘管基於有向無環圖的加密貨幣已經問世幾年，但要廣泛普及還需假以時日。因此，未來用戶在使用系統時會享有怎樣的激勵機制，而且很難預測。

總結

毋庸置疑，有向無環圖會是一項建構加密貨幣網路的有趣技術。截至目前，使用該資料結構的項目相對較少，且尚未發展成熟。  

即便如此，只要有向無環圖發揮潛能，肯定能為眾多可擴展性生態系提供源源動力。在需要高吞吐量且免費的領域，有向無環圖技術有無數用例，例如物聯網(IoT)和小額支付。