区块链 101：超越区块链（第二部分）

这是关于区块链的一系列文章的一部分。如果你是第一次看到这篇文章，我强烈建议从本系列文章的开头开始阅读。

上次，我们偏离了主线，讨论了 Hedera，一个用于共识的基础数据结构不是区块链，而是 Hashgraph 的网络。

实际上，Hashgraph 只是一个 有向无环图 (DAG) 的花哨说法，这是一种众所周知且非常有用的图类型。

但 Hedera 的方法也具有颠覆性，因为它抛弃了 区块 的概念，转而支持 事件。所以我想我们可以问自己，是否存在一个中间点：保留区块，但使用 DAG 而不是区块链。

嗯，严格来说，区块链就是一个 DAG，其中每个节点都只有一个祖先。不过，将其与链表进行比较，在语义上可能更准确。也许是哈希链表？

有趣的是，这实际上是我在学习区块链系统时问自己的第一个问题之一。不过，不久之后我意识到，由于一些强大的原因，这在技术上是一项非常艰巨的任务，所以我当时停止了追求这个想法。

几年后，事实证明人们确实在尝试 DAG 的概念——但也许不是我预想的方式。

所以今天，我想向你展示一种使用带有区块作为节点的 DAG（如果你愿意，可以称之为 BlockDAG）的方法，以及他们如何使用它来发展我们的一位老朋友：工作量证明。

系好安全带，让我们直接进入正题！

分叉

让我们从与上一篇文章几乎相同的思路开始：回到 最基本的。

在本系列文章中，我们已经广泛讨论了分叉，但现在，我希望我们从稍微不同的角度重新审视它们。

在工作量证明中，当两个矿工在大致相同的时间找到一个有效的区块时，网络会 暂时分裂 成两条竞争链。这两个区块都是完全有效的，因为它们包含合法的交易，并代表诚实的计算工作。但最终，一条链会变得更长，导致另一条（较短的）链被网络放弃。

这是 浪费的。所有投入到被丢弃区块中的计算努力？消失了。

所以你的意思是所有的工作都白费了？

是的。虽然交易最终会进入另一个区块，但我们不禁想到可能有另一种方法——一种避免必须抛弃所有这些宝贵努力的方法。

这是其他共识机制出现的部分原因，它们试图创建更有效的算法，以及其他因素。

这样的替代方案确实存在。面对传统工作量证明的低效率，我们可以采取一种 不同的立场。如果我们不丢弃任何区块呢？如果我们能够 利用 其中包含的所有信息呢？

挑战

当然，这不是一项简单的任务。

重要的是要考虑 为什么 传统的工作量证明选择丢弃较短的竞争链。这背后有非常好的理由。

如果我们设计的系统能够保留这些分支分叉，那么我们将面临几个问题，即：

• 我们如何处理不同分支中的 冲突交易？
• 当同一笔交易可能出现在多个区块中时，我们如何防止 双重支付？
• 当我们同时接受多个“真相”时，我们如何维持 一致的状态？
• 但最重要的是，当交易分散在不同分支中时，我们如何 对交易进行排序？

中本聪选择拥有一个单一的获胜链，只是为了避免所有这些复杂情况。这是一个干净且确定性的解决方案——但代价是浪费了大量的计算。

然而，自那以后，技术已经发展了很多。而 Kaspa 的人们着手保留区块，并同时解决所有这些挑战。

认识 Kaspa

Kaspa 是一个相对年轻的区块链，在撰写本文时只有近 4 年的历史。但不要让它的年龄欺骗你——它建立在一些非常复杂的基础之上。

像比特币一样，它使用 UTXO 模型 和工作量证明共识，所以我们在这里处于熟悉的领域。

但是 与 比特币 不同，比特币每 10 分钟产生一个区块，Kaspa 每 秒 产生一个区块。是的，你没看错——每秒一个区块，使用工作量证明。

随着最新的更新，我认为实际上甚至不止每秒一个区块。

是的，我知道你在想什么。感觉很奇怪。工作量证明的整个要点是找到一个新区块需要 时间和精力。因此，很自然地会问自己，这怎么会最终不会变成彻底的混乱。

GHOSTDAG 协议

为了使事情顺利进行，Kaspa 的人们提出了一种他们称为 GHOSTDAG 协议 的共识算法。

嗯…… 差不多了

GHOST 代表 贪婪最重观察子树（Greedy Heaviest Observed Sub-Tree）。我并不认为仅凭这个缩写就能轻易理解它的含义。所以为了澄清，它本质上是一种为分叉选择提供偏好机制的方法，通过选择“较重的那一个”，通常以计算工作量来衡量。这听起来应该很熟悉！

而 DAG，嗯…… 你已经知道它是什么意思了！

为了在深入细节之前给你一个大致的了解，发生的情况是，每个有效的区块都会被保留，但在交易排序方面，区块并 不 被认为是相等的。这实际上是核心秘诀。

但是这是如何运作的呢？首先，Kaspa 中的区块可以引用 多个父区块。

哦耶

当然，这会导致一个类似网络的结构，最终成为我们的 DAG。你可以想象，这本身并没有真正实现任何目标，除了制造比平时更大的混乱。

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然而，一旦我们应用 GHOST 规则，事情就开始变得有意义了。这是问题的核心，所以让我们一步一步地分解它。

GHOST

我们现在有一个充满区块的 DAG，我们需要的是一种确定 实际执行哪些交易 以及以什么 顺序 执行交易的方法。我们不能只执行所有交易——这会导致冲突、双重支付和各种问题。这并不是我们感兴趣的系统类型。

完全按照我们设计的方式！

GHOST 通过引入 选定链 的概念来解决这个问题，选定链是 DAG 中的一个线性子图（所以是一条 链）。

可以把它想象成在一个高度复杂的道路网络中找到主干道。

假设我们拥有以巨型 DAG 形式存在的网络当前状态。要确定选定链，我们将遵循以下步骤：

• 从 DAG 的 尖端（或 末端）的一个区块开始。换句话说，是最新的区块之一。
• 然后，通过父引用确定的所有可能路径，向后遍历 DAG，直到到达创世区块（第一个区块！）。
• 计算所述路径的总 权重，并选择 最重 的路径。
• 具有 最重子 DAG 的 DAG 尖端将成为 选定链 的一部分。

好吧，这肯定是一大堆。而且如前所述，几乎是 不可行的。所以让我们稍微分解一下，好吗？

区块权重

首先，我们应该如何理解 最重子 DAG？我们如何衡量 累积工作？以及在同一条线上，我们如何衡量在 单个区块 中花费的工作？

我们已经知道，挖掘一个区块就是找到一些 nonce，它会产生一个满足一些 特殊条件 的 区块哈希。例如，我们可以要求哈希的二进制表示的前 6 位是 1，就像这样：

1111110000000010011110010000110001101010011000010100101110100011001101001101000110101101010010100001100000110101001101110011011111100100110010100110011010011100100111100101100110100000100000101100001101010011001100010000110110100000101010011100100010010010

有趣的事实：这是字符串“Kaspa GHOSTDAG 共识机制”的 SHA-256。我必须摆弄一段时间的输入——证明了这是一个不容忽视的问题！

但通常，我们所做的是将哈希解释为一个正整数，并简单地检查其值是否低于某个 阈值。这很容易检查，事实上，这个阈值有一个名称：它被称为区块的 难度目标。

难度目标越低，你就需要投入更多的 工作 才能找到一个有效的区块。也就是说，这些值是 成反比 的。

太棒了——我们现在有了一种衡量 工作 的方法。下一步是什么？

子 DAG 权重

如前所述，下一步涉及计算 DAG 所有尖端的子 DAG 的 累积权重。

我们这样做的原因是，我们仍然需要一个 单一事实来源：我们需要从我们的 DAG 中导出一个有意义的 事件历史，并避免冲突和双重支付。

我们通过为每个可能的链分配一个 分数 来做到这一点，我们使用的指标是 累积权重，它只是单个子 DAG（或更准确地说，路径）中区块的各个权重的总和。

如果你想要一个更 数学化 的视角，我们所做的是推导出与尖端相关的所有可能子 DAG 集合的 拓扑排序，这使我们能够选择拓扑的上限。

或者用简单的英语来说：我们有一个基于 累积权重 的区块 总排序！

当把所有东西放在一起时，结果最终与传统工作量证明中的结果相同：工作量 最多的链仍然获胜。然而，在这种情况下，每个区块 都有助于权重计算。从这个意义上说，我们可以说没有工作是真正浪费的。

这几乎是它的主要部分！我们获得了一种确定 选定链 的确定性方法，这条链将被我们解释为网络中的 事件历史。

重要的是，我们在这里停下来，专注于一个小细节。如果我们必须为 每个新区块 都进行这种子 DAG 计算，那么由于不断增长的 DAG 的庞大规模，这将Simply 成为一个不可行的过程。

因此，算法 缓存 通向创世的路径的权重是绝对必要的。这是该策略成功的关键！

我想还有一个小小的剩余部分需要解决：非选定 区块中的所有这些交易会发生什么？我们能以某种方式使用它们吗？

非选定区块

请记住，我们没有丢弃这些区块——它们是 完全有效 的 工作，仍然是 DAG 的一部分，并有助于整体安全性。

在这里，GHOSTDAG 做了一些非常聪明的事情：它也处理非选定区块中的所有交易，只要它们与选定路径中的交易不冲突！

哇哦

事实上，它甚至更进一步：如果两个非选定区块之间的两个交易发生冲突，它只会处理 总排序 中排在前面的区块中的交易。因为请记住——我们有一种方法可以按 累积工作 对区块进行排序。

从本质上讲，我们有一种方法可以对 DAG 中的每个区块进行排序！

这样，每个矿工都可以获得对其工作的奖励，并且他们的大多数交易仍然可以包含在整体历史中。

此外，如果我们假设同一高度的大多数区块将具有非冲突的交易（类似于 Aptos 方法），那么就会发生一些美好的事情：可以处理已挖掘区块中的 大多数交易！

只有在非选定区块中的每个交易都与选定链冲突的极端情况下，我们才会有效地仅执行选定链中的区块——因此它会退回到区块链的行为。

这有多酷？

总结

我不知道你怎么想，但我发现这真是太棒了。

通过摆脱区块链结构，我们似乎可以充分利用工作量证明。GHOSTDAG 确实有一些很棒的优势，例如：

• 没有工作被浪费，每个有效的区块都有助于网络的安全性和历史记录，
• 交易始终明确排序，
• 以及巨大的吞吐量，因为可以同时处理多个区块。

所有这一切都遵循着相同的旧原则：工作量最大的链仍然获胜。

但有所转折！

所以你明白了。两个协议以非常不同的方式使用 DAG，但主要 替换 区块链结构。

Kaspa 和 Hedera 并不孤单。一些其他协议，如 Taraxa 或 BlockDAG（这很有趣，因为它就像称区块链为“区块链”）也在尝试使用 DAG。

老实说，我不知道这是否会成为未来，但我喜欢的是，区块链领域完全充满了酷炫和创新的想法，不断突破可能的界限。

依我拙见，这就是它如此吸引人的原因！

话虽如此，我们旅程的下一个目的地将再次带我们回到熟悉的领域，我们将探索另一个区块链。你知道，没有疯狂的底层结构。然而，下一个区块链带来了非常酷的想法，并且可能与我们迄今为止所见 不同。

我说的是我个人最喜欢的：Polkadot。我们将在下一篇文章中开始分解它！

• 原文链接： medium.com/@francomangon...
• 登链社区 AI 助手，为大家转译优秀英文文章，如有翻译不通的地方，还请包涵～