什么是有向无环图 (DAG)?

有向无环图（DAG）技术在加密货币和区块链领域引领了重要创新。作为传统区块链以外的数据结构选择，DAG 在交易处理速度、可扩展性以及能源效率方面展现出独特优势。本文将系统梳理有向无环图的基本原理、运行机制，以及它与传统区块链系统的核心差异。

简要说明

理解有向无环图，关键在于认知其相较传统区块链的核心优势。DAG 通过去除区块的创建和挖矿环节，实现更快的交易速度和更强的扩展性。与顺序区块结构不同，DAG 将交易组织为互联节点，显著提升系统效率并降低能耗。DAG 技术几乎免除或大幅降低交易费用，特别适合微支付场景。尽管 DAG 前景广阔，但其并非为完全替代区块链而设计，而是为特定项目提供另一种技术选项。需要注意，DAG 也面临中心化等挑战，目前尚未证明可在所有场景取代区块链。

DAG 与区块链技术对比

了解有向无环图，需与传统区块链技术进行对照。DAG 是一种专用数据建模与结构化工具，被部分加密货币项目作为替代传统区块链架构的方案。行业内有“区块链终结者”之说，表明部分专家认为 DAG 具备取代区块链系统的潜力。不过，这一变革能否实现仍未定论，区块链技术目前依然主导加密货币市场。

DAG 架构的原理与区块链截然不同。其结构由圆圈和线条组成，每个圆圈（顶点）表示待添加到网络的活动或交易。每条线（边）则标示交易确认的先后顺序，并且仅单向流动。这种单向性就是“有向无环图”名称的由来——“有向”指流动方向唯一，“无环”指顶点不会自我循环。

该数据结构在数据建模领域尤为实用，能够直观呈现多变量间的关系及其影响。在加密货币领域，DAG 有助于分布式网络项目实现共识。最大特点是交易不再聚合成区块，而是直接层层叠加，从而极大提升交易速度。

DAG 与区块链的区别

探究有向无环图，必须厘清其与区块链的不同。DAG 与区块链在加密货币行业作用类似，但技术本质却有根本差异。最显著区别是 DAG 不创建区块，而是将交易直接构建在先前交易之上，形成持续流动的验证链。

结构上，DAG 由圆圈和线条组成，而区块链由区块连接成链。区块链呈现线性链式结构，DAG 则表现为多节点互联的图形，这种架构差异深刻影响了交易处理方式、共识机制以及扩展性能。

DAG 技术运作原理

有向无环图的运行机制简明高效。DAG 系统由圆圈（顶点）和线条（边）组成，每个顶点代表一笔交易，这些交易以连续流动的方式逐步叠加。

用户发起交易时，需先确认前序尚未确认的交易，这些交易称为“tips”。要提交自己的交易，用户需验证这些 tips，随后自己的交易成为新的 tip，等待下一个用户确认。这样形成社区成员层层叠加的交易链路，系统自然扩展。

DAG 技术配备了防止双花攻击的机制。节点在确认历史交易时，会追溯整个交易路径直到最初的交易，确保账户余额充足且所有历史交易均合法。若用户试图在无效交易路径上继续，即使自身交易有效也可能被排除，因为若因之前交易无效导致余额不符，整个链路都会失效。

DAG 的应用场景

理解有向无环图，需关注其实际用途。DAG 技术主要用于提升交易处理效率，其不需区块创建和挖矿，用户可快速提交大量交易，仅需确认前序交易即可。

能源效率也是 DAG 技术一大优势。与采用 PoW 共识机制、需高能耗的区块链不同，DAG 加密货币仅消耗极少能源，安全性则通过改进的 PoW 机制保障。

DAG 特别适合微支付。传统区块链分布式账本在处理小额交易时，手续费往往高于交易金额，而 DAG 仅需极低或零手续费，节点费用即使网络拥堵也能保持稳定。

采用 DAG 技术的加密货币

尽管行业专家普遍认为 DAG 比区块链更高效，实际应用该技术的项目却不多。IOTA 是其中知名代表，其名称即 Internet of Things Application 的缩写。

IOTA (MIOTA) 于 2016 年推出，因交易速度快、可扩展性强、安全性高、隐私性好和数据完整性而广受认可。项目采用节点与 tangle（多节点组合验证交易）结构。用户需验证其他两笔交易才能获得批准，确保所有用户共同参与共识算法，实现网络去中心化。

Nano 也是采用 DAG 技术的项目，但其融合了区块链和 DAG 元素。所有数据通过节点传输，每位用户拥有自己的区块链钱包。交易时，收付款双方均需验证，系统以交易速度快、可扩展性强、安全、隐私性好和零手续费著称。

BlockDAG 同样采用 DAG 技术，提供节能型矿机及移动端 BDAG 代币挖矿应用。与比特币四年减半周期不同，BDAG 采用十二个月减半机制。

DAG 优缺点

任何技术都有优缺点，理解有向无环图需全面权衡其利弊。

DAG 优势包括极快处理速度，系统不受区块时间约束，交易可随时进行且数量无限制。全系统零或极低费用，无需矿工奖励，仅部分 DAG 项目对特殊节点收取少量费用，极低成本非常适合微交易。DAG 消除了传统挖矿环节，能耗和碳排放极低，无区块时间限制也避免了长等待，彻底解决可扩展性问题。

但 DAG 技术也存在不足。去中心化仍是挑战，部分采用 DAG 的协议包含中心化成分。许多项目以中心化作为网络初期建设的过渡方案，但尚未证明 DAG 能完全独立于第三方运行。缺乏这些保护措施，网络易受攻击。此外，DAG 技术尚未像区块链协议一样经历大规模实测，尽管已存在数年，普及度仍逊于 Layer-2 等扩展方案。

结论

深入理解有向无环图，可见该创新技术在加密货币领域潜力巨大。DAG 作为突破性技术，在交易费用、可扩展性和能源效率方面，均较传统区块链展现显著优势。但 DAG 仍处开发阶段，挑战尚存，难以全面替代区块链。技术仍在持续完善，局限和潜力并存。尽管如此，DAG 的优势令人期待，行业内众多人士关注其新应用场景及未来发展。DAG 更可能成为区块链的补充方案，在特定应用领域展现独特价值，而非完全替代区块链。

常见问题

什么是有向无环图？

有向无环图（DAG）是一种节点间仅有单向连接且不形成环路的图结构，在加密领域用于高效数据结构和交易处理。

DAG 有哪些应用？

DAG 用于数据流程建模、任务顺序优化，以及提升分布式系统和加密货币领域的效率。

什么是 DAG？举例说明。

DAG 是由节点和边组成的有向无环图，结构中不存在循环。例如，一个任务流程中各环节存在依赖关系，任务自始至终仅沿单向路径推进，无回环。

有向无环图与有向图有何区别？

有向图的边有方向，而有向无环图（DAG）则没有环路或循环。DAG 属于有向图的特例，其结构绝无环状路径。