??在GHOST的提出后，Yonatan Sompolinsky提出一種新的設(shè)想豁状，新產(chǎn)生的區(qū)塊指向所有已知的分叉末端區(qū)塊捉偏，即一個區(qū)塊有多個父親，此時區(qū)塊鏈就從一條鏈變?yōu)槎鄺l分叉鏈共同組成的的結(jié)構(gòu)泻红，這樣的鏈結(jié)構(gòu)就被叫做DAG(有向無環(huán)圖)夭禽。

DAG(有向無環(huán)圖)

Yonatan Sompolinsky進(jìn)而提出了在DAG上運(yùn)行的inclusive協(xié)議，原理如下：

• 用比特幣的最長鏈原則或GHOST原則找到一個DAG的主鏈
• 根據(jù)后序遍歷算法對DAG排序承桥，結(jié)合主鏈的排序驻粟，最終形成一個所有區(qū)塊的線性排序
• 根據(jù)排序結(jié)果，依次提取區(qū)塊交易信息凶异，產(chǎn)生無沖突交易集

遺憾的是，Yonatan Sompolinsky之后并沒有詳細(xì)介紹補(bǔ)充該協(xié)議挤巡，而是提出了一種新思路的DAG協(xié)議——SPECTRE剩彬。

??看完上邊內(nèi)容之后，你會發(fā)現(xiàn)矿卑，最長鏈規(guī)則下喉恋，分叉的區(qū)塊對比特幣安全性和交易量沒有任何貢獻(xiàn)，白白的浪費(fèi)了算力母廷，而GHOST通過計算分叉區(qū)塊個數(shù)來提升鏈的安全性轻黑，但分叉區(qū)塊除了納入?yún)^(qū)塊計數(shù)外，區(qū)塊內(nèi)包含的交易信息卻全部被丟棄琴昆。
??這種新的區(qū)塊結(jié)構(gòu)帶來了新的特性氓鄙，當(dāng)然，比特幣的最長鏈規(guī)則也可以在DAG上實(shí)施业舍，只不過安全性和處理交易能力不佳抖拦，而GHOST協(xié)議可以提高安全性和處理交易能力升酣，為了最大化利用DAG區(qū)塊鏈特性，社區(qū)提出了不同的協(xié)議态罪，接下來介紹Yonatan Sompolinsky 提出的SPECTRE協(xié)議噩茄，以及PHANTOM協(xié)議，以及國內(nèi)某社區(qū)提出的CONFLUX協(xié)議复颈。

SPECTRE協(xié)議

丟棄主鏈概念绩聘，所有產(chǎn)生的區(qū)塊共同構(gòu)成賬本，不丟棄任何一個區(qū)塊
??只要是產(chǎn)生的區(qū)塊就不會被丟棄耗啦，所有的區(qū)塊都是有效的君纫，所有區(qū)塊共同組成賬本，這樣進(jìn)一步提高了區(qū)塊鏈的處理交易能力芹彬，該設(shè)計的關(guān)鍵在于設(shè)計算法來保證區(qū)塊鏈不會被惡意攻擊成功蓄髓。 ??
??SPECTRE協(xié)議較為復(fù)雜，下邊將從其如何產(chǎn)生區(qū)塊舒帮、如何處理沖突交易以及產(chǎn)生可信交易集三個方面進(jìn)行描述会喝。

SPECTRE——挖礦

SPECTRE協(xié)議中，當(dāng)產(chǎn)生區(qū)塊時玩郊，要指向之前所有分叉的末端區(qū)塊肢执。
??下圖中，左邊為比特幣產(chǎn)生區(qū)塊時译红，當(dāng)有分叉出現(xiàn)预茄，新區(qū)塊將選擇基于其中一個產(chǎn)生新的區(qū)塊，而SPECTRE中侦厚，將基于所有分叉末端區(qū)塊產(chǎn)生新的區(qū)塊耻陕。同時，當(dāng)有新區(qū)塊產(chǎn)生時刨沦，節(jié)點(diǎn)要立刻將新區(qū)塊(包含基于哪些區(qū)塊產(chǎn)生這一信息)發(fā)送給與自己相連接的節(jié)點(diǎn)诗宣。

*圖1 左邊為比特幣產(chǎn)生區(qū)塊，右邊為SPECTRE協(xié)議產(chǎn)生區(qū)塊

??仔細(xì)觀察想诅，GHOST協(xié)議中雖然有分叉召庞，但每個區(qū)塊都只基于前邊某一個區(qū)塊產(chǎn)生，而SPECTRE協(xié)議中要基于當(dāng)前節(jié)點(diǎn)知道的所有末端區(qū)塊產(chǎn)生下一個區(qū)塊来破。

*SPECTRE區(qū)塊鏈?zhǔn)疽鈭D

SPECTRE協(xié)議將礦工維持交易不沖突的要求剝除 ??
??比特幣就像一本權(quán)威的賬本篮灼，只要是里邊記錄的，就一定是真的(不考慮分叉和惡意攻擊)徘禁，而SPECTRE產(chǎn)生的DAG就像一本不權(quán)威賬本诅诱，里邊的交易信息可能沖突(上邊圖1中兩個1區(qū)塊中可能包含沖突交易信息)。 ??
??該協(xié)議下晌坤，挖礦節(jié)點(diǎn)只負(fù)責(zé)迅速挖區(qū)塊(能夠達(dá)到1秒一個區(qū)塊)逢艘，而對分叉中可能包含的沖突交易在挖礦階段并不做任何處理旦袋，將記錄交易速度最大化，讓DAG這種區(qū)塊鏈有著恐怖的處理交易能力它改。

SPECTRE——沖突解決

??是時候解決挖礦不解決的沖突交易問題了疤孕，SPECTRE的思路是設(shè)計一個計算投票的算法，讓誠實(shí)區(qū)塊會投票給誠實(shí)的區(qū)塊央拖，后邊的誠實(shí)區(qū)塊會給前邊的堆疊算力祭阀，從而讓惡意攻擊失敗吸奴，其安全算力也是51%堡妒。 ??
??拿雙花舉例粒梦，下圖中苇侵，X和Y區(qū)塊中包含著兩條沖突交易會導(dǎo)致雙花，此時DAG中的區(qū)塊會對X和Y進(jìn)行投票慨削，決定哪一個交易有效灾搏。

SPECTRE投票示意圖疼鸟，X<Y代表X先于Y

投票規(guī)則如下失都，投X的標(biāo)藍(lán)柏蘑，投Y的標(biāo)紅，X<Y代表X先于Y：

• X后邊的粹庞，只能到X的投X咳焚，圖中6、7庞溜、8投X革半，同理9、10流码、11投Y又官。
• X后邊的，能到X也能到Y(jié)旅掂，根據(jù)上一次(圖中虛線圈內(nèi))的投票結(jié)果投赏胚，12投X。
• 不在X商虐、Y后邊的，根據(jù)自己后邊所有的區(qū)塊投哪個票多的投崖疤，1-5區(qū)塊投X
• X秘车、Y投自己

??根據(jù)投票結(jié)果，X中的那條交易信息有效劫哼，Y中對應(yīng)的那條交易信息無效叮趴。 ??Yonatan Sompolinsky也對不指向前邊區(qū)塊以及產(chǎn)生區(qū)塊不發(fā)給鄰居節(jié)點(diǎn)的惡意攻擊有進(jìn)行分析，在投票規(guī)則中权烧，低于50%算力的攻擊者會失敗眯亦。 ??
??投票聽起來像是一個主動地中心化行為伤溉，實(shí)際上不是，程序根據(jù)當(dāng)前DAG區(qū)塊所處的狀態(tài)自發(fā)完成這一區(qū)塊投票計算過程妻率，就相當(dāng)于乱顾，給定一個DAG數(shù)據(jù)，輸入為兩條沖突信息宫静，運(yùn)行該規(guī)則算法走净，將得出一對沖突交易的哪一個為有效。

SPECTRE——產(chǎn)生可信交易集

SPECTRE可信交易集就相當(dāng)于超過當(dāng)前6個區(qū)塊的比特幣鏈里組成的交易集合孤里。 ??區(qū)塊鏈從數(shù)字加密貨幣的角度來說伏伯，就是一個賬本，從賬本上的交易信息中得出每個賬戶所擁有的貨幣捌袜，所以说搅，得出確定的、不可能更改的交易信息就至關(guān)重要虏等，SPECTRE可信交易集產(chǎn)生過程如下：

• 遍歷區(qū)塊弄唧，依次提取交易信息，無沖突交易加入無沖突交易集博其。
• 將導(dǎo)致賬戶余額不足的沖突交易加入沖突交易集套才。
• 根據(jù)上邊的投票算法，依次對沖突交易進(jìn)行投票慕淡，產(chǎn)生沖突區(qū)塊順序集背伴，決定哪一條交易有效。
• 將投票有效的交易加入無沖突交易集峰髓。
• 將無沖突交易集中超過一定時間的交易組建可信交易集傻寂，即該交易池交易信息基本不可能被篡改。

SPECTRE并不會對所有區(qū)塊進(jìn)行排序携兵，所有區(qū)塊沒有一個完整的線形順序疾掰，有的只是決定沖突信息先后的區(qū)塊順序?qū)Α?/strong> ??
??比特幣中的高度代表的就是線形順序，高度低的區(qū)塊中交易信息先于高度高的區(qū)塊里的信息徐紧，高度高的區(qū)塊就不能包含和高度低的區(qū)塊沖突的交易静檬，而SPECTRE有大量的分叉，區(qū)塊高度不能代表線形順序并级，前邊的區(qū)塊交易信息不一定先于后邊的分叉區(qū)塊交易信息拂檩，交易信息的有效性要由投票算法來決定，區(qū)塊投票算法很快嘲碧，再加上它將所有分叉區(qū)塊都包含進(jìn)來稻励，也就沒有了比特幣所面臨的分叉風(fēng)險(等待6個區(qū)塊)，交易確認(rèn)時間可以達(dá)到10秒愈涩。
至此望抽，和比特幣相比加矛，SPECTRE對應(yīng)的DAG區(qū)塊鏈有三個特點(diǎn)：

• 恐怖的交易處理能力
• 極短的交易確認(rèn)時間
• 實(shí)際的51%安全算力

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??SPECTRE協(xié)議非常適合DAG型數(shù)字加密貨幣，但當(dāng)它用于智能合約時煤篙，它的缺陷就出來了斟览，智能合約需要一個嚴(yán)格的線性順序，對此Yonatan Sompolinsky新設(shè)計了PHANTOM協(xié)議來對DAG區(qū)塊形成一個線性順序舰蟆，下邊將詳細(xì)介紹PHANTOM協(xié)議趣惠。
SPECTRE和PHANTOM是兩個完整的獨(dú)立的協(xié)議，不是一個對另一個的補(bǔ)充身害。

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PHANTOM協(xié)議

??PHANTOM的挖礦機(jī)制和SPECTRE一樣味悄，會產(chǎn)生同樣類型的DAG，不同的是PHANTOM通過對區(qū)塊連通度分析塌鸯，判定區(qū)塊誠實(shí)還是惡意侍瑟，按照分類對區(qū)塊排序，對DAG區(qū)塊產(chǎn)生一個嚴(yán)格的線性順序丙猬，通過線性順序來判斷沖突交易有效性涨颜。

區(qū)塊連通度

DAG中，攻擊者有兩種攻擊手段茧球，一產(chǎn)生的區(qū)塊不基于已知的末端區(qū)塊庭瑰，二不立即發(fā)布自己產(chǎn)生的區(qū)塊，前者會讓自己區(qū)塊指向的區(qū)塊變少抢埋，后者讓其他節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的區(qū)塊不會指向自己的區(qū)塊弹灭，這兩種情況都會導(dǎo)致這些惡意區(qū)塊的與其它區(qū)塊的連接度低。
??誠實(shí)區(qū)塊在考慮網(wǎng)絡(luò)最大延遲下揪垄，經(jīng)過一定時間一定會傳遍整個網(wǎng)絡(luò)穷吮，一定會被后邊的區(qū)塊所指向，誠實(shí)節(jié)點(diǎn)在產(chǎn)生新區(qū)塊時也一定會指向自己所知道的末端區(qū)塊饥努。
??通過對區(qū)塊指出去的邊和指向該區(qū)塊的邊進(jìn)行分析捡鱼，也就是區(qū)塊的連通度，當(dāng)考慮最大的網(wǎng)絡(luò)延遲酷愧，連通度會有一個極限值K驾诈，低于該值的區(qū)塊可以被認(rèn)定為惡意區(qū)塊，在排序中要處于劣勢溶浴。

區(qū)塊判定

接下來翘鸭，進(jìn)行區(qū)塊誠實(shí)和惡意判定，判定分兩步戳葵，第一步最重要，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜也耗費(fèi)時間汉匙，主要為通過對區(qū)塊連通度的判定拱烁，將強(qiáng)連通度的區(qū)塊標(biāo)為藍(lán)色視為誠實(shí)區(qū)塊生蚁，弱的標(biāo)為紅色視為惡意區(qū)塊。

連通度為2的PHANTOM協(xié)議下的DAG圖

??第二步先對藍(lán)色區(qū)塊集排序戏自，拓?fù)渑判虬钔叮缓髮?strong>紅色區(qū)塊集排序。紅色區(qū)塊的順序要處于弱勢擅笔，例如上圖中C志衣，它處于A和I之間，那么它的順序會排在I的前一個區(qū)塊猛们，而D念脯、H都會排在C前。注意通過考慮最大延遲時間設(shè)定連通度的值弯淘，幾乎所有正常誠實(shí)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的區(qū)塊都會被標(biāo)記為藍(lán)色
??至此绿店，PHANTOM協(xié)議實(shí)現(xiàn)了對DAG的線性排序，通過線性順序就可以提取無沖突交易集庐橙，進(jìn)而提取可信交易集假勿，雖然耗時較長，滿足智能合約的要求态鳖。

PHANTOM + SPECTRE彩蛋

??Yonatan Sompolinsky在PHANTOM協(xié)議論文結(jié)尾转培，提出一種將PHANTOM + SPECTRE結(jié)合起來的可能協(xié)議，沒有詳細(xì)展開介紹浆竭。下圖是幾種協(xié)議的對比：

*四種協(xié)議對比(w/o代表沒有沖突交易浸须，w/代表有沖突交易)

??至此，介紹了Yonatan Sompolinsky一開始從分叉導(dǎo)致不安全提出的GHOST兆蕉，到后來將DAG引入?yún)^(qū)塊鏈羽戒，設(shè)計了SPECTRE協(xié)議，以及為智能合約考慮的PHANTOM協(xié)議虎韵。接下來易稠，介紹國內(nèi)某社區(qū)提出的CONFLUX協(xié)議。

CONFLUX

??GHOST有主鏈但丟棄分叉區(qū)塊包蓝；SPECTRE沒有主鏈驶社，包含所有分叉，但沒有線性順序测萎；PHANTOM沒有主鏈亡电，包含分叉且有線性順序，而CONFLUX即有主鏈硅瞧，又是DAG份乒，利用主鏈讓DAG產(chǎn)生線性排序，下面將從挖礦機(jī)制和區(qū)塊排序兩方面來說明CONFLUX協(xié)議。

CONFLUX——挖礦

??CONFLUX協(xié)議定義了根源邊和參考邊或辖。新區(qū)塊是基于前一個主鏈區(qū)塊產(chǎn)生的瘾英，新區(qū)塊用根源邊(實(shí)線)指向前一區(qū)塊，用參考邊(虛線)指向分叉的其他區(qū)塊末端颂暇，如下圖最后一個新區(qū)塊實(shí)線指向H缺谴，虛線指向分叉末端區(qū)塊K。 根源邊用于代表區(qū)塊基于哪個區(qū)塊產(chǎn)生耳鸯，給哪個區(qū)塊堆疊算力湿蛔，參考邊用于表示分叉的其它區(qū)塊產(chǎn)生在該區(qū)塊之前。

圖2 CONFLUX區(qū)塊鏈?zhǔn)疽鈭D县爬，其中黃色區(qū)塊構(gòu)成主鏈Genesis, A阳啥、C、 E 捌省、H

挖礦過程如下：

• 給定一個DAG苫纤，抽出由根源邊組成的DAG，使用GHOST規(guī)則找到主鏈纲缓。
• 將新區(qū)塊的根源邊指向主鏈末尾卷拘。
• 將參考邊指向其余非主鏈分叉末端區(qū)塊。

根源邊只能有一條祝高，參考邊可多條(視情況而定)

CONFLUX——區(qū)塊排序

以主鏈區(qū)塊為分割點(diǎn)栗弟，將DAG分段，段間段內(nèi)設(shè)計簡單排序算法
??CONFLUX協(xié)議下產(chǎn)生的區(qū)塊鏈如上(圖2)工闺，接下來對其進(jìn)行線性排序乍赫，排序算法如下：

• 將DAG中的所有根源邊抽出來組成根源DAG，就是去除DAG里所有虛線陆蟆，保留實(shí)線雷厂。
• 對根源DAG使用GHOST規(guī)則找到主鏈。
• 主鏈上的每一個區(qū)塊就是一個時間段節(jié)點(diǎn)叠殷，從上個主鏈區(qū)塊到該區(qū)塊產(chǎn)生之前的時間內(nèi)產(chǎn)生的所有區(qū)塊都屬于該時間段改鲫，然后將整個DAG切割成一段一段的。
• 段內(nèi)的區(qū)塊順序根據(jù)段內(nèi)是否有順序(H段中林束，J先于I)或者比較區(qū)塊的哈希id大小(如D像棘，F(xiàn))