基于區(qū)塊鏈技術(shù)而產(chǎn)生的數(shù)字加密貨幣發(fā)展到如今，已有了三代的更新侈咕。

第一代公罕，區(qū)塊鏈+PoW。

第二代耀销，區(qū)塊鏈+PoS以及區(qū)塊鏈+DPOS楼眷。

第三代，區(qū)塊鏈+DAG熊尉，還有區(qū)塊鏈+DHT罐柳。

第一代的數(shù)字貨幣以比特幣、萊特幣狰住、以太坊（大都會(huì)分叉之前）等為典型张吉，都是基于區(qū)塊鏈技術(shù)，交易的確認(rèn)通過工作量來證明（PoW）转晰，也就是通過挖礦的方式來實(shí)現(xiàn)芦拿。

第二代的數(shù)字貨幣以升級(jí)后的以太坊（大都會(huì)分叉之后）為典型，同樣基于區(qū)塊鏈技術(shù)查邢，但是工作證明采取權(quán)益證明的方式(PoS)，可以理解為股票中的分紅機(jī)制酵幕。

第三代的數(shù)字貨幣有IOTA和ByteBall(字節(jié)雪球)扰藕，沒有采用區(qū)塊鏈技術(shù)（或者說是新型的區(qū)塊鏈技術(shù)），而是全新的DAG技術(shù)芳撒，在技術(shù)層面是一次革新邓深。

目前應(yīng)用DHT技術(shù)的主要應(yīng)用包括：BitTorrent，Git笔刹，Storm Botnet芥备，F(xiàn)reenet, Yacy，IPFS和Holochain舌菜。前五種應(yīng)用都屬于傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用萌壳，后面兩種涉及到目前大熱的區(qū)塊鏈行業(yè)。

該技術(shù)跳出了區(qū)塊鏈的概念束縛，沒有區(qū)塊袱瓮，準(zhǔn)確的說缤骨，DAG還有DHT是和區(qū)塊鏈并列的一種技術(shù)。也許要想打破區(qū)塊鏈的不可能三角問題（可擴(kuò)展性尺借、安全绊起、去中心化的平衡），就必須跳出區(qū)塊鏈的本身燎斩，在其他技術(shù)里尋找答案虱歪，進(jìn)而取代和革新區(qū)塊鏈。

今天主要來講講DAG技術(shù)栅表，以及與IPS運(yùn)用的DHT技術(shù)間的深度探討实蔽。

DAG和區(qū)塊鏈

那DAG是什么呢？在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的圖論中谨读，圖分為有向圖和無向圖兩大類局装，在有向圖中進(jìn)一步進(jìn)行約束形成了DAG（有向無環(huán)圖），所謂無環(huán)是指它是由集合的頂點(diǎn)和有向邊構(gòu)成劳殖，每條邊連接一個(gè)頂點(diǎn)到另一個(gè)铐尚，這樣，假如頂點(diǎn)A開始哆姻，沿著有序的邊宣增，最終循環(huán)回再次到A是不可能的（不存在環(huán)路）。

區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€(gè)單一鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)矛缨，而DAG已經(jīng)是圖的概念了爹脾。區(qū)塊鏈通過區(qū)塊（可以包含許多筆交易）通過每個(gè)區(qū)塊對(duì)前區(qū)塊的hash值包含進(jìn)而鏈接起來。在DAG中箕昭，去掉了區(qū)塊灵妨，每一筆交易發(fā)出后在驗(yàn)證時(shí)包含之前的比較新的交易hash，通過這種方法驗(yàn)證之前的交易落竹，同時(shí)鏈接進(jìn)圖狀結(jié)構(gòu)泌霍，以待后面的交易鏈接并驗(yàn)證和確認(rèn)。

（左為區(qū)塊鏈述召，右為DAG有向無環(huán)圖）

很顯然朱转，相比較區(qū)塊鏈而言，DAG的可擴(kuò)展性變得更好积暖，處理能力會(huì)大幅度提升藤为。區(qū)塊鏈在處理交易的時(shí)候，必須全網(wǎng)達(dá)成共識(shí)才能出塊夺刑。而DAG不必全網(wǎng)達(dá)成共識(shí)缅疟，只需要后面鏈接的交易來確認(rèn)即可分别。因?yàn)椴恍枰獑为?dú)的礦工通過挖礦來驗(yàn)證和確認(rèn)交易，所以DAG就沒有礦霸壟斷算力的風(fēng)險(xiǎn)窿吩，可以更好的去中心化茎杂，轉(zhuǎn)賬手續(xù)費(fèi)用也更低（甚至沒有手續(xù)費(fèi)）。

既然DAG可以比傳統(tǒng)區(qū)塊鏈結(jié)構(gòu)更高效纫雁、更去中心化煌往，那么DAG的安全性就是我們重點(diǎn)考察的方面了。我們知道轧邪，比特幣區(qū)塊鏈通過UTXO的設(shè)計(jì)巧妙的解決的雙花問題刽脖。并且區(qū)塊鏈的單一鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，在驗(yàn)證方面保證了必須全網(wǎng)共識(shí)才能確認(rèn)交易有效忌愚，這就進(jìn)一步避免了雙花問題的產(chǎn)生曲管。

而且通過POW（工作量證明）共識(shí)機(jī)制保證了如果想修改之前的交易必須擁有51%以上的算力才能做到。以太坊等其他區(qū)塊鏈系統(tǒng)也繼承了比特幣區(qū)塊鏈的安全性優(yōu)勢(shì)硕糊。很顯然院水，DAG系統(tǒng)更加復(fù)雜，其安全性究竟如何呢简十？

IOTA是針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的區(qū)塊鏈項(xiàng)目檬某，其應(yīng)用的就是DAG技術(shù)。我們以IOTA項(xiàng)目的共識(shí)算法來分析和簡(jiǎn)單了解一下IOTA是如何解決雙花問題的螟蝙。

IOTA的DAG叫做Tangle（糾纏）恢恼。如果向Tangle中加入一筆新的交易，該交易必須引用之前的最新的沒有被確認(rèn)的2筆交易胰默。

假如紅色代表沖突交易（可能是雙花）场斑，綠色代表新加入的交易。如下圖:

從上圖我們可以看到牵署，新加入的交易在驗(yàn)證過程中漏隐，會(huì)發(fā)現(xiàn)存在兩筆有沖突的交易。這樣碟刺，IOTA系統(tǒng)就發(fā)現(xiàn)了這個(gè)存在問題的兩筆交易锁保。然后由交易的隨機(jī)選擇（和確認(rèn)的累積權(quán)重）確定一個(gè)有效，另外一個(gè)無效半沽。引用無效交易的的后續(xù)交易會(huì)被重新加入Tangle參與驗(yàn)證。

這里可以明確幾點(diǎn)：

1 隨著新加入的交易越來越多吴菠，新的交易選擇引用之前交易是一定會(huì)引用到兩個(gè)沖突交易的者填；

2 交易被確認(rèn)次數(shù)越多（簡(jiǎn)單理解就是深度越深），這個(gè)交易越安全做葵。通過一個(gè)確認(rèn)比率就可以認(rèn)定該筆交易是合法有效的占哟。

從某方面來說，DAG技術(shù)確實(shí)突破了傳統(tǒng)區(qū)塊鏈，帶來了很多優(yōu)勢(shì)榨乎。但是DAG相比較區(qū)塊鏈的設(shè)計(jì)更為復(fù)雜怎燥，因此其共識(shí)算法的安全性還有待于長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)際驗(yàn)證，并且代碼的安全性也需要團(tuán)隊(duì)有出色的代碼編寫和審計(jì)能力蜜暑。

DAG vs Blockchain

那么相比于比特幣等傳統(tǒng)的區(qū)塊鏈铐姚，這種機(jī)制有什么好處？

我們將從兩個(gè)主要方面進(jìn)行比較：

1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：通過DAG肛捍，每一筆交易就可以看作是一個(gè)區(qū)塊隐绵，沒有容量限制的問題，每一個(gè)區(qū)塊有多個(gè)指向拙毫，拓展性強(qiáng)依许，因此能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字貨幣較高的交易吞吐量（通過平行驗(yàn)證）。并且參與者越多缀蹄，整個(gè)系統(tǒng)也會(huì)變得越來越安全和快速峭跳，確認(rèn)時(shí)間會(huì)縮短，交易也完成的越來越快缺前。

2）共識(shí)機(jī)制：區(qū)塊鏈中添加下一個(gè)區(qū)塊需要多方進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)蛀醉，并獲取區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)或交易手續(xù)費(fèi)。正因如此诡延，共識(shí)和交易生成是分離開的滞欠，并且由網(wǎng)絡(luò)的一小部分人來完成，通常會(huì)設(shè)置較高門檻（就像比特幣一樣）肆良，這樣會(huì)導(dǎo)致進(jìn)一步的中心化（算力壟斷）筛璧。

在DAG系統(tǒng)中，交易者本身就是礦工惹恃，網(wǎng)絡(luò)中的每位參與者都能進(jìn)行交易并且積極參與共識(shí)夭谤。通過這種方式，驗(yàn)證就能同步進(jìn)行巫糙，網(wǎng)絡(luò)能夠保持完全去中心化朗儒，不需要礦工傳遞信任，也不需要支付交易手續(xù)費(fèi)参淹。

DHT和區(qū)塊鏈

DHT的全稱是Distributed Hash Table醉锄，即分布式哈希表技術(shù)，是一種分布式的存儲(chǔ)方法浙值。這種分布式網(wǎng)絡(luò)不需要中心節(jié)點(diǎn)服務(wù)器恳不，而是每個(gè)客戶端負(fù)責(zé)一個(gè)小范圍的路由，并負(fù)責(zé)存儲(chǔ)一小部分?jǐn)?shù)據(jù)开呐，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)DHT網(wǎng)絡(luò)的尋址和存儲(chǔ)烟勋。在區(qū)塊鏈?zhǔn)澜缰泄媲螅肈HT可以實(shí)現(xiàn)眾多節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)節(jié)點(diǎn)在去中心化場(chǎng)景中的互聯(lián)卵惦，DHT是非常重要的P2P網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之一阻肿。

DHT網(wǎng)絡(luò)還在于關(guān)鍵字最接近的節(jié)點(diǎn)上復(fù)制備份冗余信息，避免了單一節(jié)點(diǎn)失效問題沮尿。形象地丛塌，我們可以把整個(gè)DHT網(wǎng)絡(luò)想象成一個(gè)大城市，那么每個(gè)客戶端蛹找，就好比城市里各個(gè)角落的地圖碎片姨伤，上面繪制了附近區(qū)域的地形情況，把這些地圖碎片匯總后庸疾，整個(gè)城市的全貌也就出來了乍楚。

DHT是P2P網(wǎng)絡(luò)(結(jié)構(gòu)化P2P)核心路由算法，主要是利用一致性hash届慈，把節(jié)點(diǎn)和資源都表示成一個(gè)hash值徒溪，放入到這個(gè)大的hash環(huán)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)路由靠近它的資源金顿。

重要概念

node：負(fù)責(zé)P2P路由信息臊泌，P2P網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)就是它來負(fù)責(zé)

peer：負(fù)責(zé)管理資源，生成種子文件揍拆，發(fā)布資源信息

nodeid：節(jié)點(diǎn)的唯一標(biāo)識(shí)渠概，是一個(gè)160bit的hash值

infohash：資源的唯一標(biāo)識(shí)，也是一個(gè)160bit的hash值嫂拴，其和nodeid使用同一個(gè)算法

距離：距離是兩個(gè)hash值進(jìn)行異或(XOR)操作后的值播揪，值越小，距離越近

節(jié)點(diǎn)和資源的距離：?nodeid XOR infohash

兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的距離：nodeid1 xor nodeid2

種子文件：對(duì)某個(gè)資源的描述文件筒狠，種子文件包括了資源的infohash(160bit)猪狈、資源所在機(jī)器（nodeId IP PORT）、離資源所在機(jī)器最近的N個(gè)機(jī)器（nodeid IP PORT）列表

典型場(chǎng)景

1.新節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)

新安裝的P2P客戶端是一個(gè)孤立的節(jié)點(diǎn)辩恼，和其他節(jié)點(diǎn)都無聯(lián)系雇庙，怎么加入P2P網(wǎng)絡(luò)呢？需要有一個(gè)種子文件灶伊，種子文件中有多個(gè)該P(yáng)2P網(wǎng)絡(luò)中的node信息疆前，根據(jù)種子文件中的節(jié)點(diǎn)列表，連接到P2P網(wǎng)絡(luò)聘萨，并獲取路由信息,獲取最靠近本新節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)列表

2.發(fā)布資源

生成資源的Infohash峡继，查找和infohash距離最近的N個(gè)Node，向這N個(gè)node廣播新資源信息，告訴這些節(jié)點(diǎn)院究，我有某某資源茉盏，節(jié)點(diǎn)生成了資源，不過其路由信息不在這個(gè)節(jié)點(diǎn)上(也不在離這個(gè)節(jié)點(diǎn)的最近的M節(jié)點(diǎn)上)舶吗，而是在和資源infohash最近的N個(gè)node上

3.查找某個(gè)資源

找到最靠近資源的N個(gè)node(使用nodeid xor infohash來計(jì)算距離遠(yuǎn)近)，向這些node發(fā)送資源查詢信息择膝，如果有這個(gè)資源的詳細(xì)信息誓琼，就返回給客戶端，否則返回離資源更近的node列表給客戶端肴捉，直到查詢到資源提供者信息腹侣，如果沒查到信息，且沒有更近的node了齿穗，那就說明這個(gè)資源沒有提供者傲隶，如果找到node信息(nodeid,ip,port)后,向這個(gè)node請(qǐng)求資源

實(shí)現(xiàn)DHT的技術(shù)有很多種，常見的有：Chord, Pastry, Kademlia等窃页。我們熟知的BT及BT的衍生派（Mainline, Btspilits, Btcomet, uTorrent…）跺株，eMule及eMule各類Mods(verycd, easy emules, xtreme…)等P2P文件分享軟件都是基于該算法來實(shí)現(xiàn)DHT網(wǎng)絡(luò)的，BT采用Python的Kademlia實(shí)現(xiàn)叫作khashmir脖卖，eMule采用C++的Kademlia實(shí)現(xiàn)干脆就叫作Kad乒省，當(dāng)然它們之間有些差別，但基礎(chǔ)都是Kademlia畦木。

簡(jiǎn)單地說袖扛，DHT就是一種分布式的存儲(chǔ)和尋址技術(shù)。通過DHT數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)它把KEY?和VALUE用某種方式對(duì)應(yīng)起來十籍。使用hash()函數(shù)把一個(gè)KEY值映射到一個(gè)index上：hash(KEY) = index蛆封。

這樣就可以把一個(gè)KEY值同某個(gè)index對(duì)應(yīng)起來。然后把與這個(gè)KEY值對(duì)應(yīng)的VALUE存儲(chǔ)到index所標(biāo)記的存儲(chǔ)空間中妓雾。這樣娶吞，每次想要查找KEY所對(duì)應(yīng)的VALUE值時(shí)，只需要做一次hash()運(yùn)算就可以找到了械姻。以上就是尋址過程妒蛇。

現(xiàn)在來講講基于DHT結(jié)構(gòu)的區(qū)塊鏈— —IPS

IPS也采用了DHT作為全網(wǎng)分布式賬本存儲(chǔ)和尋址技術(shù)。提到賬本ledger就不得不提到Blockchain區(qū)塊鏈技術(shù)楷拳，區(qū)塊鏈簡(jiǎn)單說就是分布式記賬技術(shù)绣夺，全網(wǎng)統(tǒng)一一個(gè)版本的賬本，各個(gè)全節(jié)點(diǎn)node的賬本全網(wǎng)一致欢揖，也就是每個(gè)參與者都復(fù)制一份賬本陶耍，并通過gossip技術(shù)實(shí)時(shí)更新。

那么區(qū)塊鏈面臨的scaling擴(kuò)容問題的癥結(jié)就在于此她混，全網(wǎng)同步一份相同的賬本烈钞，有多少個(gè)節(jié)點(diǎn)就有多少個(gè)賬本的復(fù)本泊碑，復(fù)本的存儲(chǔ)空間和更新所耗費(fèi)的帶寬是對(duì)資源的浪費(fèi)。

IPS的革新之處在于將全網(wǎng)賬本分布式的存儲(chǔ)在各個(gè)參與的節(jié)點(diǎn)上毯欣，并通過DHT尋址技術(shù)保證賬本的完整性integrity和可檢索性retrievability馒过。也許我還沒有說清楚區(qū)別的關(guān)鍵所在。

IPS上的賬本和Blockchain一樣是全網(wǎng)統(tǒng)一一個(gè)版本的賬本酗钞，但這個(gè)賬本的存儲(chǔ)不是每人一份復(fù)本腹忽，而是只有一份正本，在存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)中砚作，每個(gè)節(jié)點(diǎn)只會(huì)保存一部分區(qū)塊數(shù)據(jù)窘奏。用戶節(jié)點(diǎn)只需要保存最長(zhǎng)的60個(gè)區(qū)塊和對(duì)應(yīng)的Hash以及對(duì)應(yīng)叔區(qū)塊。

在IPS上每人（或者說每一個(gè)設(shè)備）都是一個(gè)節(jié)點(diǎn)葫录，也就是每個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)存儲(chǔ)固定大小的數(shù)據(jù)着裹，并不會(huì)隨著系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)間的增長(zhǎng)而增大，因?yàn)闀?huì)發(fā)生增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)只會(huì)存在于DHT中压昼，而DHT網(wǎng)絡(luò)會(huì)隨著加入網(wǎng)絡(luò)的客戶端的增加可以很輕易的進(jìn)行水平擴(kuò)展求冷。

IPS在結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)了區(qū)塊無線擴(kuò)展的可能性，與此同時(shí)窍霞，任何一筆交易不會(huì)超過2秒匠题，因?yàn)?秒是IPS出塊的間隔。

既然區(qū)塊數(shù)據(jù)是存儲(chǔ)到DHT中但金，而不需要再?gòu)V播到系統(tǒng)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)韭山，那么就不太需要考慮網(wǎng)絡(luò)帶寬造成的區(qū)塊擴(kuò)容上限瓶頸，那么在區(qū)塊進(jìn)行打包的時(shí)候就可以將此刻之前發(fā)生的所有交易都打包到一個(gè)區(qū)塊里冷溃。

然后將區(qū)塊的Hash值廣播出去钱磅，而Hash的長(zhǎng)度永遠(yuǎn)是固定的，需要消耗的網(wǎng)絡(luò)帶寬也永遠(yuǎn)是固定的似枕。這樣每一筆交易的延遲基本就是區(qū)塊打包的間隔時(shí)間盖淡。因此IPS會(huì)將出塊的間隔時(shí)間控制在1秒鐘，從而使交易的延遲最多不超過2秒凿歼。

每個(gè)節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)的賬本都是唯一的褪迟，并且是必要的，相對(duì)于Blockchain答憔，極大的降低了復(fù)本占用的空間和帶寬味赃，同時(shí)還保留了區(qū)塊鏈的優(yōu)勢(shì)（如：不可篡改）。

同時(shí)虐拓，IPS在世界各地建立了多個(gè)安全節(jié)點(diǎn)來存儲(chǔ)完整數(shù)據(jù)心俗，以便在有問題發(fā)生在DHT網(wǎng)絡(luò)中時(shí)自動(dòng)執(zhí)行數(shù)據(jù)恢復(fù)，所有以前的事務(wù)都可以包裝在最新的塊中。

今天就分享到這里城榛，關(guān)于一些DAG和DHT結(jié)構(gòu)的不同看法和想法揪利，可以在評(píng)論區(qū)進(jìn)行交流~