隨著區塊鏈生態的不斷擴大，以太坊、比特幣等「傳統」Layer1 公鏈正面臨愈發嚴峻的效能瓶頸考驗。儘管 Layer2 擴容、分片技術、並行執行等方案可以在一定程度上緩解 TPS 不足的問題，但始終還是無法從根源解決這一問題。

事實上，在主流區塊鏈架構快速演進的這些年裡，始終有開發者在探索基於有向無環圖（DAG）架構的系統被應用的可行性。其中已經落地的代表的項目有 IOTA、Sui 等等。尤其是在 2024 年底，基於 DAG 技術構建的模組化 Layer1 U2U Network 和智能合約平台 Waterfall Network 先後斬獲千萬美元融資，更是將 DAG 技術進一步推向大眾視野。

那麼，DAG 到底是什麼呢？它與傳統區塊鏈相比有何特色？ DAG 技術究竟能否解決目前區塊鏈面臨的「三難困境」呢？本篇研報將帶著這些問題，深入解析 DAG 架構的核心理念、技術特色，以及該技術在不同專案中的應用。

作者：ShirleyLi，Web3Caff Research 研究員

封面： Photo by Milad Fakurian on Unsplash

字數：全文共 14400+ 字

目錄

  • 背景：「傳統」區塊鏈的困境
  • DAG 簡史
  • DAG 與區塊鏈的區別
    • 比特幣：UTXO + Merkle Tree
    • 以太坊：帳戶模型+ MPT
    • 區塊鏈中的 DAG
    • 小結
  • DAG 在實際專案中的運用
    • IOTA
    • Hedera
    • Kaspa（前身為 PHANTOM）
    • BlockDAG
    • Sui
    • Waterfall Network
    • Sonic Labs
    • 小結
  • DAG 賽道的發展前景及面臨的挑戰
  • 要點結構圖
  • 參考文獻

背景：「傳統」區塊鏈的困境

一直以來，人們所熟悉的「區塊鏈」是一種鍊式的資料結構（Block Chain），本質上，它是記錄資料的去中心化分散式帳本。在比特幣、以太坊等「傳統」區塊鏈結構中，一定數量的交易會被包含進區塊，而區塊會按照時間順序一個一個地進行串聯。同時，網路又會透過共識機制不斷產生新的區塊。

然而，隨著區塊鏈生態的不斷擴張，這種鍊式結構的效能瓶頸也逐漸暴露出來。這是因為每個區塊的產生都會消耗一定的時間，而且每個區塊也有相應的容量限制，因而，在需要滿足商用目標的前提下，運作效率不足的問題就會嚴重限制鏈上應用的成長。這種運作效率的不足具體表現在網路吞吐能力有限、交易延遲高、交易手續費昂貴等多個方面。 [1] 雖然開發者一直在努力突破這種局限，但是區塊鏈的「三難問題「—— 去中心化、安全性和效能之間的動態平衡始終難以取捨。為此，開發者將目光投向了 DAG 技術，試圖從根源重新定義「區塊鏈」。

DAG 簡史

事實上，DAG（Directed Acyclic Graph 有向無環圖）並不是新鮮的概念，而是早已存在於數學領域。

1738 年，瑞士數學家 Leornhard Euler 以獨特的方式解決了柯尼斯堡七橋（Seven Bridges of Königsberg）問題。簡單來說，柯尼斯堡七橋問題的核心是如何一次不重複地穿越城市內所有的七座橋。

DAG 賽道萬字研報：不是區塊鏈的 DAG，能否引爆 Web3 的「iPhone 時刻」？全景式拆解其發展背景、實現機制、生態現狀、發展前景及未來挑戰-Web3Caff Research 外捕研究
圖源：How to think in graphs: An illustrative introduction to Graph Theory and its applications

有趣的是，Leornhard Euler 所提出的解決方案是—— 證明一次性不重複地穿過所有七座橋是不可能的。

讓我們來看下面這張圖，圖中的區域被劃分為了 A、B、C、D 四塊土地。如果一塊地到另一塊地之間有兩座橋，那麼就可以在這兩塊地之間進行往返穿梭；而如果一塊地到另一塊地之間只有一座橋，那麼就意味著只能過去不能返回。因此，透過觀察不難發現，從 A 到 C 、從 A 到 D 都有兩座橋連接，也就是說，從 A 到 C 到 D 再回到 A 是可以實現不重複往返的。但從 B 到 C 以及從 B 到 D 都只有單橋可以連接。這意味著，從 B 到 C 或從 B 到 D，只能去，但不能回傳。 [2] Leornhard Euler 就是用這種方式證明了：橋與土地的奇偶數量關係著能否實現橋的一次性穿越。為了將這個證明想法應用到更多類似問題中，Leornhard Euler 將柯尼斯堡七橋的地圖轉換為了圖形結構，也就是下圖的右半部。

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