有向無環圖

有向無環圖（Directed Acyclic Graph，DAG）是區塊鏈領域的一項創新資料結構，可讓多個節點（交易或事件）同時並行處理與確認，無需如傳統區塊鏈般將交易打包進區塊中。在 DAG 架構下，每筆新交易可直接或間接驗證多筆既有交易，建構出無環的有向網路。這項機制能大幅提升系統吞吐量與處理速度，特別適合高效處理大量交易的應用。IOTA、Hedera Hashgraph 等專案已率先應用 DAG 技術，作為突破區塊鏈可擴展性瓶頸的創新解決方案。

背景：有向無環圖的起源

有向無環圖的概念源自計算機科學與數學領域，最初用於表示依賴關係與任務排程的資料結構。DAG 在加密貨幣領域的應用始於 2015 年左右，當時區塊鏈技術面臨交易確認緩慢與高額手續費等可擴展性困境。

DAG 作為區塊鏈替代方案，突破了傳統區塊鏈線性架構的侷限。2016 年，IOTA 的 Tangle 成為最早實際應用的 DAG 系統之一，隨後 Byteball（現 Obyte）、Hedera Hashgraph 等專案也採用類似設計。

隨著物聯網（IoT）及小額支付等場景需求不斷增加，對高吞吐量與低延遲交易的需求持續攀升，推動 DAG 技術持續演進與優化，使其成為解決區塊鏈三難困境（安全性、去中心化、可擴展性）的重要探索方向。

工作機制：有向無環圖的運作原理

有向無環圖的核心運作方式與傳統區塊鏈截然不同：

1. 交易驗證模型：在 DAG 架構中，新增交易須直接驗證兩筆或以上先前的交易，形成驗證網路。每位參與者既是交易發起人也是驗證者。

2. 共識達成方式：DAG 系統通常採用權重累積機制，後續交易對前序交易的直接或間接驗證，會不斷提升交易的確認等級。系統可能運用「權重隨機漫步演算法」等方法判定交易最終狀態。

3. 資料儲存結構：DAG 不使用區塊，而是將每筆交易作為獨立交易節點加入網路。節點間以有向邊建立驗證關係，嚴格確保無環結構。

4. 衝突處理：遇到衝突交易（如雙重支付）時，DAG 系統通常透過累計權重或協調者節點（Coordinator）來選定主要路徑，解決路徑選擇問題。

5. 攻擊防範：為防範惡意行為，許多 DAG 實現要求交易提交者完成簡易工作量證明，或採用其他驗證機制，以保障系統安全。

在高並發場景下，DAG 結構理論上可達近乎無限的擴展性，處理效能隨網路活躍度提升而增強。

有向無環圖面臨的風險與挑戰

雖然有向無環圖在解決區塊鏈可擴展性議題上顯示出顯著潛力，仍面臨多項獨特風險與挑戰：

1. 安全疑慮：在網路活躍度低迷時期，DAG 系統容易遭受 51% 攻擊，因驗證者數量減少，攻擊者更易累積足夠權重影響系統安全。

2. 中心化趨勢：為因應低活躍期的安全問題，許多 DAG 專案引入了中心化組件（如 IOTA 的 Coordinator），與去中心化理念有所衝突。

3. 共識機制複雜度：DAG 的共識演算法較傳統區塊鏈更為複雜，增加安全審查與漏洞檢測難度。

4. 尚缺乏大規模理論驗證：相較於已歷十多年實證考驗的區塊鏈技術，DAG 在大規模應用下的長期穩定性與安全性尚缺乏充分理論驗證。

5. 開發便利性不足：DAG 系統易用性較低，缺乏成熟工具鏈與公認標準，提升了開發與生態系建構的門檻。

6. 監管不確定性：作為區塊鏈技術的替代方案，DAG 面臨未明朗的監管環境，可能影響其於高合規產業的實際推廣。

有向無環圖技術仍處於發展初期，這些挑戰促使產業持續創新與完善。

有向無環圖做為區塊鏈技術的創新替代方案，是分散式帳本技術探索的重要領域。它打破了傳統區塊鏈線性架構的限制。DAG 提供高吞吐量、低延遲的交易處理模式。儘管 DAG 技術在安全性、去中心化、可擴展性方面仍存挑戰，其獨特的並行處理能力在物聯網、小額支付、高頻交易等場景展現明顯優勢。隨著理論研究深化與實際應用推進，DAG 有望在特定領域與傳統區塊鏈互補，共同推動分散式帳本技術的發展。