区块链中的有向无环图DAG技术

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在公链性能竞争的下半场，DAG（有向无环图）不再是一个玄学概念，而是成为了解决高并发、低延迟的硬核工具。然而，同样是DAG，有的用来记录通信，有的用来排序，有的用来管理资产。

今天，我们拆开这些公链的引擎，深度对比 IOTA 1.0、Hedera、Fantom 和 Sui 的技术机制。

一、 IOTA 1.0：概率共识与“协调器”的枷锁

作为早期的探索者，IOTA 1.0 试图构建一个完全无矿工的“缠结（Tangle）”网络。

• 数据构建： 在 IOTA 中，每一个点就是一笔交易。它的规则非常简单：每一笔新交易必须通过马尔可夫链蒙特卡罗（MCMC）算法，从网络中随机挑选并验证两笔之前的交易。
• 共识逻辑：概率权重。 交易被引用的次数越多，它的“累积权重”就越高，被确认为合法的概率就越大。这是一种概率共识，类似于比特币的 6 个块确认。
• 致命弱点： 由于缺乏严格的节点质押和排序机制，早期网络极易受到“寄生链”攻击。为了保命，IOTA 引入了协调器（Coordinator）。协调器会定期发布一个“里程碑”快照，只有被里程碑引用的交易才是最终确认的。

总结： IOTA 1.0 证明了纯随机 DAG 的不可靠性，这直接导致了后续项目向 aBFT（异步拜占庭容错） 结构的演进。

二、 Hedera (Hashgraph)：精妙的“强看见”与虚拟投票

Hedera 不像是在做区块链，更像是在做一套精密的分布式数学证明。

• 通信层：Gossip about Gossip。\ 每个节点产生一个“Event（事件）”，包含交易数据和两个哈希：Self-parent（自己上个事件）和 Other-parent（刚收到的别人的事件）。这意味着节点不仅在传账本，还在传“网络的拓扑历史”。
• 共识层：虚拟投票（Virtual Voting）。\ 这是 Hedera 的技术核心。它通过 “强看见（Strongly See）” 逻辑来达成共识：
• • 如果节点 A 能在 DAG 中找到多条路径连接到节点 B 的某个事件，且这些路径经过了超过 2/3 的不同节点，我们就说 A “强看见”了 B。
  • 基于这个拓扑关系，每个节点在本地运行一套确定性算法，就能推算出其他节点会如何投票。全网无需交换投票包，共识静默达成。

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• 瓶颈分析：\ 虽然省去了通信，但本地计算量惊人。随着节点数N增加，判断“强看见”的路径搜索复杂度呈几何级增长。因此，Hedera 牺牲了节点的开放性，采用

理事会治理（固定节点数），并通过分片（Sharding）来实现横向扩展。

三、 Fantom (Lachesis)：为了 EVM 兼容的“线性化”手术

Fantom 的目标是在 DAG 的速度之上，跑通以太坊的智能合约。

• 数据结构：Event Blocks 与 Frame。\ 节点将交易打包成 Event。Lachesis 协议将这些 Event 划分为不同的 Frame（层级）。
• 共识步骤：从 Root 到 Atropos。
• 1. Root： 每个 Frame 中，被超过 2/3 节点看到的事件称为 Root。
  2. Clotho： 当一个 Root 被后续足够多的 Root 引用，它升级为 Clotho。
  3. Atropos（共识标尺）： 节点对 Clotho 进行异步计时。一旦确定了 Atropos，它就获得了一个全网一致的共识索引。
• 执行层：线性化（Linearization）。\ 因为 EVM（以太坊虚拟机）只能按顺序处理交易，Fantom 的核心任务是“压扁”DAG。它利用 Atropos 作为锚点，通过一套确定的拓扑排序规则，将乱序的 DAG 转化为一条逻辑上的线性链。
• 区别： 与 Hedera 的全量路径计算相比，Fantom 简化了确认逻辑，更侧重于异步排序，从而在保证 aBFT 安全的同时，完美适配了以太坊生态。

四、 Sui (Mysticeti)：面向对象与并行执行的终极进化

Sui 彻底抛弃了“地址余额”模型，采用了“面向对象”的模型。这是 DAG 应用的最高形态。

• 通信与存储层：Narwhal（内存池）。\ Sui 将数据可用性（DA）与共识解耦。Narwhal 负责在后台不断构建 DAG，确保所有节点都同步了交易数据。
• 共识双轨制：
• 1. Fast Path（广播）： 对于“独占对象”（比如我转账给你，不涉及第三方），Sui 认为这不需要排序。交易直接通过拜占庭一致广播确认，延迟只有几百毫秒。
  2. Consensus Path（Mysticeti）： 只有当多个用户竞争同一个“共享对象”（如 DeFi 池子）时，才会进入基于 DAG 的排序环节。
• 执行层：真并行执行。\ 这是 Sui 区别于前三者的最大特点。由于 Sui 知道每笔交易涉及哪些“对象”，它的 DAG 结构直接指导执行层：没有对象冲突的交易，在 CPU 的不同核心上同时跑。
• 总结： Sui 的 DAG 不再是为了排序而排序，而是为了描述资产间的因果关系，从而压榨出硬件的每一分性能。

五、 核心维度大对比：你必须知道的区别

为了让大家看得更清楚，我们将上述复杂的机制总结为四个关键维度的对比：

1. 通信与共识的耦合度

• Hedera： 强耦合。通信路径就是共识证据，通过虚拟投票在本地计算。
• Fantom： 中耦合。通过异步传播 Event，周期性寻找锚点（Atropos）来定序。
• Sui： 弱耦合。数据传播（Narwhal）与排序（Mysticeti）分离，且并非所有交易都需要进共识排序。

2. DAG 对执行层的影响

• IOTA 1.0： 几乎无影响，执行层是线性的且依赖外部确认。
• Hedera： 产生一个全局一致的时间戳，执行层按时间戳排队。
• Fantom： 将 DAG 强行“抹平”成一条链，供 EVM 顺序调用。
• Sui： DAG 直接驱动并行执行。不相关的分支在执行层互不干扰，这是性能飞跃的关键。

3. 节点网络的可扩展性

• Hedera： 受限于“强看见”的计算复杂度，单分片节点数少，靠分片扩展。
• Fantom： 节点数可扩展性中等，主要瓶颈在于 EVM 的串行限制。
• Sui： 扩展性极强，由于解耦了共识和执行，增加节点和硬件性能可以线性提升 TPS。

4. 对开发者意味着什么？

• Hedera： 极高的安全确定性（aBFT 证明），适合合规、企业级应用。
• Fantom： 零成本迁移以太坊代码，获得极速体验。
• Sui： 需学习 Move 语言，但能支撑 Web2 级别的海量并发请求。

结语

DAG 技术的演进过程，实际上是从“如何连接数据”向“如何高效定序”，再向“如何利用结构实现并行”的跨越。

• IOTA 1.0 是勇敢的草莽，虽然失败但开启了先河。
• Hedera 是数学家，用精妙的算法消灭了通信开销。
• Fantom 是工程师，在旧生态与新技术间架起了桥梁。
• Sui 是架构师，通过重构底层对象模型，释放了 DAG 真正的并行潜力。

理清了这些机制，你就能看懂公链未来的技术走向：未来的高性能公链，必然是 DAG 与并行执行引擎的深度结合。

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