雷锋网 (大众号：雷锋网) AI金融评论此前 报道 ，此前发布了DAG区块链项目SPECTRE的区块链初创企业DAG Labs在2月份正式发布了其最新扩容协议PHANTOM的技术细节，泄漏其将兼容智能合约，并完成了在链上区块的线性陈列。据雷锋网AI金融评论理解，在由 伯克利区块链 主办的特币技术交流大会上，DAG Labs的首席迷信家、GHOST协议的共同作者Yonatan Sompolinsky为在场听众详细引见了DAG使用区块链网络遇到的详细技术应战，并解说了SPRECTRE项目针对区块链买卖的扩展性、平安性的处理方案和根底参数调整。

首先需求明白，区块链是重生的事物。假如你有一个零碎，要改善扩展区块链的功能，在SPECTRE项目上使用DAG（Directed Acyclic Graph，有向无环图）能很好地完成这一点。

如图片所示，首先引出两个成绩。首先，目前区块链中的买卖是怎样样的？大家可以想象在银行排队操持业务的情形，用户们一个接着一个按序列排好等候，只要当上一个用户完成买卖后下一个用户才干开端举动，经过这样的方式来保证整个区块链的分歧性和贯彻性。当有过多需求操持业务的用户挤进银行后，买卖梗塞的状况就会变得越来越严重。

出于放慢买卖处置速率的思索，节省用户在等候买卖时消耗的工夫，DAG的设计能完成这样功能的优化。关于这批涌进银行等候买卖的用户，无论他们手持现金还是操持银行卡业务，DAG网络不再停止分类，使他们分红一行行排队等候，而是减速去为他们操持业务。假如发作买卖抵触，DAG网络会先记载在案，在处置完一切用户的买卖后再对呈现的抵触停止处置，从全体上放慢整批用户的买卖速率。DAG网络经过这样的布置来取代传统排序方式的区块链，由此推行为DAG使用区块链的日常。

 

通常从技术层面来说，在一个散布式的零碎里，开发人员都遵照着“CAP”定理来停止开发和维护，它们辨别是上述提到的分歧性、可用性和隔离性。在以往的区块链中，首先需求留意的要素即为分歧性，散布式账本需求分歧，上链后的买卖信息要坚持分歧，创立以区块，它外面包括的信息必需要和以往的历史信息坚持分歧，整个零碎都要设计为尽力维持这个特性。这就是为什么会呈现之前图中看到的，在银行排队等候信息同步的状况。DAG区块链网络则更为注重可用性，保证每个用户都能在这个网络下面完成买卖。

  DAG使用区块链的技术应战：区块混乱生成招致买卖抵触

在如今，比特币的买卖速度约为3-7笔每秒，那么什么时分才干抵达每秒过千笔的买卖速度呢？要完成这样的买卖功能，需求对现有的区块链零碎做出什么改造？我们需求先对区块链的技术局限有所理解。首先，让我们来看看在一个包括十个区块的区块链零碎简化图，每秒的买卖流程是什么样的。如图所示，在每个区块里贮存的信息都会被导向下一个生成的衔接着的区块，每个分支都导向最后的创世区块，使得信息可追溯，从而构成一条条“树杈”。

而在DAG使用区块链的网络中，每一个区块都有相邻的区块可参照，关注其中一个区块，可以发现其能与其他区块相连打通，表现了高度的可用性，但与此同时，区块之间打通之后，挖矿行为将由于发作频繁有能够招致更多的硬分叉，分歧性将遭到应战。同时更为严重的是：区块不再遵照序列来陈列之后，在各区块里的买卖抵触事情将会大幅提升，比方双花成绩（double spending）。

 特别地，针对这些成绩，在DAG网络中的挖矿协议里构成了两条共识准绳：规则1，每个新增的区块的降生，都必需以过往的全部区块作为参照；规则2，一切区块生成的买卖信息都必需在第一工夫发布。

 这样一套DAG结合区块链的零碎，暴显露来的最大缺陷在哪?买卖的监管是一个大成绩。如图所示，比方用户在某一个区块里发作买卖之后，有矿工想停止挖矿时，其买卖信息很快就会被发布到整个区块链，许多矿工都会很快求得挖矿后果，抵触累积得十分之快。所以最次要的应战在于，在这样的DAG网络曲线图里，经过参考之前的区块生成区块之后，如何保证重生成的区块包括信息的分歧性，及随之而来在买卖中发生的少量抵触?

如何分辨抓住针对这个区块链网络发起的攻击也是一个难题，比方后面提到的双花成绩。当买卖发作后，两个矿工同时挖出后果的几率很大，谁取得买卖费用的奖励?还有，如何计算不同矿工的任务量证明？另外存储成绩也突出的十分严重，假如完成了每秒过千笔买卖，发生的买卖信息数据量将会宏大。还有许多其他随之而发生的成绩，但其中最为重要需求处理的首要成绩还是分歧性。 

如何针对这些成绩研发处理方案？依据后面描绘的DAG结合区块链网络使用的窘境，证明了其只是一个使用模型，它自身是一个数据构造框架，而非现成的处理方案，详细DAG使用区块链网络的案例有好有坏。那么该如何制造一特性能优良的DAG使用区块链网络的协议?首先在一个复杂的区块链环境中，区块呈链条、分支状构造陈列，很难找到隐藏其中属于攻击者的区块，但它会搅扰生成正确的区块，并会拖慢整个区块链环境的速度。所以一个好的DAG使用区块链的协议，首先需求做到易于分辨找到这些攻击区块。

树立一个DAG使用区块链的协议，第一准绳是命令每个区块依照给定次第陈列，以此来失掉分歧性。如后面显示的这些区块，只要给出陈列次第后，用户才会明白哪个是创世区块，哪个接在上个区块之后，哪个区块的买卖是优先处置，才干完成追溯和坚持数据的分歧性。

 

由此我们从DAG使用区块链的模型进入到详细的处理方案案例剖析。在SPECTRE协议面前，有一个信息投票机制的考量设计。试想象一下，在一条区块链上为许多出色运发动投票，选出最佳，这就意味着用户需求选出一个优胜者，舍弃其他一切剩下的。这就像是在一个社区外面，投票的人相互告知本人最喜欢的运发动是哪个，要为哪位运发动投票。我们称之为“单一赢家投票形式零碎”（single winner vote system）。

但在这套零碎外面，只是凭仗最为少数的投票量选出独一一个优胜者，而无法对一切候选的运发动做出排名。在一个多胜者投票零碎（multi-winner voting system）里，用户可以对一切候选运发动停止投票，分知名次。由此零碎可以整合用户对一切投票对象的偏好信息，扩展补充了这些信息量。

回到鉴别攻击区块的成绩上，如图中所示，我们可以将区块与区块之间看成是彼此竞争的存在，但针对白色的这条独立于主链的链条，区块之间共享一切的信息后也无法得知这条独立链条的存在，所以这条隐藏的孤链有小概率的能够在生成区块的进程中变成较长的一条，从而夺得对整个区块链网络的控制。

SPECTRE投票机制区分攻击

为了避免这种状况，在SPECTRE的DAG区块链网络协议中，我们采用了全体用户投票的机制，来构成整个网络的架构。详细到每个区块的生成次第，用户可以在Z区块上决议X区块和Y区块的生成次第，矿工没有投票权，只需遵照这样的顺序停止发掘，去依照算法推导计算Y区块在X区块之后生成的逻辑进程，避免其出于牟利而主导控制整片区块链网络的生成。当指定了详细的投票机制生成区块后，在每个区块上的投票聚集成大少数用户的意见，由此来决议整个区块链网络的生成次第。

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图中重生产的区块，它来源于X区块群和Y区块群共同投票的后果，依据少数准绳，新的区块紧跟在X区块链后生成。蓝色的Z区块群只承载了X区块的信息，没有参考Y区块链，这意味着，关于蓝色Z区块而言，Y区块链属于隐藏形态，没有方法得知它的存在。

这是一个客观的观念，异样的，关于衔接在Y区块链之后的白色Z区块群，由于没有参考X区块的信息，也没方法晓得X区块群的存在。所以，图中这个黄色区块生成的时分，经过参考相邻的区块可以得知，它是一个属于X的区块。顺次类推下去，依据投票机制最终推导出全部区块的归属，从而确定整个区块链网络的架构。可以看到，Y区块链没有参考任何可信的区块节点，完成针对这个区块链网络的双花攻击区分。

所以我们可以总结出来，和一开端提到的其他DAG使用区块链网络相比，SPECTRE的网络架构设计平安性有了很大的提升，缘由在于在这样的机制下，正常用户生成区块之后，攻击者的区块不能够占大少数的区块来发起攻击，可信的区块永远优于有成绩的可疑区块，根绝了51%攻击的能够性，同时完成了整个网络极高的可用性。这样的设计保证了，在一秒生成十个甚至过百个区块的前提下，在网络上包括的可信区块在内的一切区块，不会缺乏排序指令而相互散乱衔接，从而招致开端提到的种种惹起混乱的平安性成绩。

用户在链上，什么时分应该发布他们的买卖？在区块里，发布买卖到整个网络的速度会无数百秒的延迟，然后疾速播送到公网上，假如发作了由于双花景象惹起的买卖抵触，在投票机制下会发作有限延迟的状况。X区块群之所以优于Y区块群能成为主链，在于全体用户投票生成区块的机制，而假如X和Y同时发布买卖，零碎能够将无法即时判别作出决议。但这样只会损伤到攻击者自身，无法对零碎形成损失。作为一个可信区块，其依据序列承载上个区块信息生成，不会与相邻区块发作衔接，故不会呈现双花成绩。

区块带宽调整保证买卖功能

在保证平安性的根底上，整个区块链网络展示出高扩展性。那么，在这个网络上完成每秒过千笔买卖的功能，会遇到哪些限制?首要的局限性表现在带宽上。假如每秒不限制地生成过百个区块，太多的区块生成累积将会超出承载，没有方法处理任何成绩。而是需求依据不同的目的买卖量的设置，来确定不同类型区块的最小带宽。举个例子，为了完成一万TPS的买卖功能，SPECTRE调整每秒五MB的带宽，每秒生成十个零点五MB规模的区块。

区块的带宽限制和买卖频率存在着扩展性和追求去中心化的取舍关系：降低区块的带宽能允许更多的用户参与，有利于去中心化的趋向开展，但却会使买卖频率受影响，如何在它们之间坚持均衡是需求重点思索的成绩。 试着想象，假设将区块的最低带宽调整到两MB每秒，那么每秒能处置的买卖额远远达不到一万笔，零碎能够会被拥堵的买卖吞没。所以在设计区块链网络时，不能出于单纯进步更多用户的参与度的思索，恣意改动区块的带宽和根底参数的设置，这会影响到整个区块链网络的运营和目的买卖功能。

另一个限制是数据贮存的成绩。假如以每秒发生一MB的信息计算，每天将会生成八十六GB的数据量。在SPECTRE区块链网络上，不能够将一切的数据都贮存上链，这样才是合理的选择。因而，我们提出了一个名为“反省点运转”（rolling checkpoints）的数据贮存处理方案。在每天的挖矿任务完毕后，面对数百个生成的全新区块，SPECTRE会将此前发作的买卖数据信息贮存在一个固定的中心化节点，供整个区块链网络活期反省更新。

这需求用户对零碎提交信任，置信此前其贮存的信息没有脱漏错误，或许窜改的状况。在这种状况下，贮存数据的中心节点需求验证演示贮存数据的真实性以保证无误。异样，在去中心化的数据贮存和零碎功能之间，我们必需找到不停寻觅更好的方法来到达均衡。

DAG网络中的分层框架：使用层和数据层的互相隔离

从以后来看，在分层构造的区块链网络管理中，矿工是十分重要的要素，可以影响协议更新、鼓励机制，还能觉得买卖的无效性。假定如今需求购置集装箱的贮存效劳，只能经过经济鼓励的手腕来召唤工人来提供货物的搬运贮存效劳。与其相相似，在区块链数据层上的矿工听从于任务量证明的共识机制，在验证领取的奖励是正确的之后，才会持续停止下一项挖矿任务。没有完善的鼓励和奖惩机制，矿工将有能够随意处置用户的买卖信息，能够会在公网播送发布，也能够会将正确发作的买卖处置为有效买卖。

在SPECTRE的分层构造中，使用层和数据层互相隔离。在数据层上，矿工只担任搜集买卖数据，确保这些数据代表了无效发作的买卖，来构成一个可追溯的不可窜改的共享数据库。而在使用层上，需求生成散布式账原本表现数据，解释每一笔买卖的来龙去脉，由于不同的使用遵照着不同的买卖逻辑，在DAG网络中还要接入智能合约等不同的买卖零碎来完成执行，并最终生成买卖数据以验证矿工的任务后果。

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