CITENPXS分析|有向无环图结构（DAG）的扩容方案与优势

CITEPundi Global旗下矿业品牌——Alpha矿业，致力于为广大客户提供矿机、矿场、算力、托管等一站式服务。CITEPundi Global旗下两大业务生态CITENPXS交易所和 Alpha矿业目前已形成紧耦合发展，将共同促进建设安全、可靠、专业、高效的CITENPXS Global数字资产投资平台。本文CITENPXS将分析有向无环图结构（DAG）算法的区块链扩容方案及在效率等方面的优势。

作为BTC的核心技术，区块链是当前分布式账本最主要的实现方式之一。区块链技术提供了开放网络下新的信任模型，使得系统参与方能够在去中心化条件下达成信任。但同时，去中心化的代价之一是区块链的可扩展性瓶颈，最突出的表现是系统吞吐量不足。以BTC为例，当前系统最大交易的处理速率仅为7笔/s，并且每笔交易需要6个区块确认，即至少需要1h。相比之下，主流支付工具，如Visa，平均每秒能处理2000笔交易，峰值处理能力为56000笔/s，且能够实现单笔交易秒级确认。这种巨大的性能差异使得当前区块链不足以支持现代商业活动，限制了其大规模应用。

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区块链的性能瓶颈主要是由其共识机制导致的。与传统账本中由一个中心化的机构来处理所有交易、用户无条件信任它的处理结果不同的是，区块链中需要全网节点对系统中的每一笔交易达成共识。在当前区块链的共识机制中，无论是工作量证明机制(POW)还是权益证明机制(POS)等，本质上都是全网节点竞争记账权，每轮中成功获取记账权的节点以区块的形式确认交易。这种共识机制极大地限制了区块链系统的吞吐量。

针对传统区块链共识算法存在效率低和大量资源浪费的问题，一种基于ID分类的有向无环图数据结构(DAG)取代传统区块链链式数据结构的算法，解决了传统区块链项目无法在短时间内确认大量交易的问题。该算法使用基于ID分类的有向无环图数据结构能更简单地达成共识，适用于多用户在同一时间进行交易确认。该共识算法与传统区块链项目相比能在更短的时间内确认交易，从而可节省大量的硬件资源，且提升区块链对交易的处理效率。

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有向无环图结构能保证所有用户均可在同一时间创建起始区块，而不必如传统区块链那样等待其他区块生成完毕后才获得机会生成区块，并且在生成区块后，不需要如POW共识算法那样需连续6个区块的确认才能保证区块成功添加至区块链系统中。

在POW类型的区块链共识算法中，奖励机制是基于矿工挖矿的速度决定奖励值，只有计算最快的那个矿工可获得奖励，而其他参与计算的矿工则浪费了算力资源。有向无环图结构中区块生成后参与签名的矿工都可获得奖励，且不以签名的先后次序决定奖励值，从而避免了POW类型的区块链共识算法中由于矿工竞争而导致的资源浪费。

由于算法中同一组矿工不能在一起签署超过一个区块，因此当恶意矿工控制多个用户时也不会影响区块链系统的整体运行。该机制同时也保证了每位矿工挖矿的公平性，不同于POW类型的区块链共识算法中拥有更多计算能力的矿工可获得签署区块的权利，在有向无环图结构算法区块链系统中，所有活跃的矿工均可公平地获得签署区块的权利。

不同于POW类型共识算法，有向无环图结构算法中参与签名的矿工只在计算Merkle树时会占用计算资源，显著低于POW共识算法，且不同于POS共识算法中根据用户具有多少权益决定出块权利，因此有向无环图结构算法减少了投票的步骤，同时保证了矿工参与挖矿过程的公平性。

综上所述，针对传统区块链算法存在效率低和大量资源浪费的问题，有向无环图结构通过设计区块生成共识算法将矿工签名与区块存储结构相结合的算法，解决了现存区块链项目在面对大量交易时效率较低的问题，同时节省了计算资源。该算法能快速处理大量交易，并支持全体用户在同一时间进行交易同时生成区块，解决了现存区块链项目中矿工由于等待其他区块生成所需耗费更多时间的问题。不需要采用POS类算法的区块链项目通过选举产生记录区块权力的方法，因此有向无环图算法比POS类算法能更公平且高效地生成区块。