用可替代区块链的DAG实现智能合约 区别意义何在

简介

DAG（有向无环图）是一种非线性数据结构，可以替代区块链，用户分布式账本的存储。这种结构在并发的场景下有更好的性能表现，但在实际应用中会面临更多的技术挑战。其中，最大的挑战在于，基于DAG结构实现智能合约，要比基于区块链结构困难得多。今天跟大家一起讨论DAG和区块链这两种账本结构，在加密货币和智能合约两个场景下的不同，以及如何基于DAG来实现智能合约。

加密货币的基本概念

首先，我们先从最简单的场景出发——加密货币。加密货币是一个分布式数据库，存储了每个账户的余额信息。在加密货币网络上运行着很多台计算机，这些计算机称为节点。每一个节点都会存储一份关于账户余额的数据，这份数据通常被称为“状态”。

 

与传统的中心化银行系统不同，这种分布式账本要求所有节点对状态达成某种共识。或者说，对任意一个账户来说，要求这个网络上每台计算机所存储的余额都是一致的。由于状态的数据量比较大，在网络上传输全部数据非常困难，因此，在这种系统中，往往只传输那些能够引起状态变化的事件，也就是“交易”(Transaction)。想想看，你的钱不会无缘无故的增加或减少，只有在别人向你付款，或者你向别人付款的时候，账户余额才会发生变化。因此，只要知道一个账户所有历史转账（Transfer）记录，就可以很容易计算出当前的余额。

 

在加密货币系统中，所有发生过的转账交易，都记录在一个被称为账本（Ledger）的数据结构中。这种账本通过密码学的方式进行了某种加密，使得每一个节点都可以验证自己获取的账本数据是不是被篡改过。

区块链和DAG

区块链是一种经典的账本结构，广泛应用于比特币、以太坊等去中心化系统，它将一组交易打包成区块，通过哈希引用将区块组织成一个链式结构。

 

而DAG是在区块链的基础上扩展出来的另外一种账本结构。在DAG账本中，一个区块通常只包含一个交易，它们彼此之间通过哈希引用，构成一种有向图结构，并且保证图中不存在环路。DAG账本有很多不同的变体。例如，任意一个交易均引用两个其他交易作为其前驱节点，所构成的 DAG 被称为“Tangle”，应用于 IOTA 等项目；在另外一种 DAG 结构中，交易被组织成若干条链，并通过一些成对的交易彼此链接，这种 DAG 被称为“Block Lattice”，应用于 Nano、Vite 等项目。

 

大部分人没有意识到，事实上，区块链结构也是DAG 的一个特例。

基于DAG的加密货币

我们来看看，在 DAG 账本中，虽然一些交易之间的顺序从账本中已经获取不到了，但这些顺序并不影响节点计算状态。因为加密货币中的状态计算，都是对余额的加减运算，这些运算是满足交换律的，只要保证任何账户的余额不小于 0，交易的先后是无所谓的。因此，无论如何遍历 DAG 账本，最终计算的账户余额数据都一样，也就是说，任何节点都可以通过 DAG 账本来恢复正确的状态。

基于DAG的智能合约

谈完了加密货币，我们再来看看智能合约。在现实世界中，很多应用场景不像加密货币那样只记录一个余额就足够了。例如飞机票预定应用，在状态中需要记录一个航班上每一个座位的归属。这个时候，交易也不再仅仅表示转账了，可能包含任何对智能合约的请求数据，例如一张机票的预订请求。这个时候，改变两个交易的先后顺序，就有可能产生不同的状态。想想看，如果 Alice 和 Bob 都尝试去预订同一班飞机上的同一个座位，那么这个座位将归属于先预订的那个人。在智能合约的场景下，好运气终结了，交易之间不再完全满足交换律了。这就迫使我们不得不去认真对待账本中每个交易之间的顺序。

那么，到底哪些交易是必须进行排序的，而哪些交易不用关注顺序呢？最理想的情况是，写一个函数，可以根据系统中部署的智能合约逻辑，判断任何两个交易顺序是否会影响最终状态。假如有这样的函数存在，我们就可以在构造 DAG 账本时，知道哪些交易之间必须建立一个哈希引用。或者通俗的说，在表示 DAG 账本的图中，明确的知道哪些圆圈之间必须加一个箭头连接起来。遗憾的是，这个的函数的计算量非常大，无法用于现实的系统。所以我们只能放弃这种“完美”的方案，采用另一种更为简单粗暴的方法。

 

基于这样的账本结构，你会发现，无论以什么样的顺序遍历 DAG 账本，只要遵循账本中记录的交易顺序，总可以计算出同样的世界状态。这也是 Vite 项目选择这种结构作为账本的原因。而采用 Tangle 结构实现智能合约，就必须引入另外一套排序规则。这在逻辑上相当于在原来 DAG 结构之外，针对同一组交易，另外建立一个不同的 DAG 结构，专门服务于智能合约，增加了工程实现上的难度。