重點整理

  • 有向非循環圖（DAG）是另一種資料結構，用於建構去中心化的加密貨幣網路；它使用頂點與有向邊，而不是區塊與鏈。

  • 在基於 DAG 的網路中，每一筆新交易都必須確認一筆或多筆先前的交易；因此在多數實作中，通常不需要礦工與區塊時間。

  • DAG 理論上能提供更高吞吐量、零手續費，以及比傳統區塊鏈更好的可擴展性，因此在微支付與物聯網應用中很有吸引力；但這些優點會因設計而有所不同。

  • 權衡之處包括：早期實作中可能存在中心化元素，以及在規模上的真實世界測試有限。

  • 具有代表性的基於 DAG 的專案包括 IOTA（於 2024 年推出完全去中心化版本）與 Kaspa；它們將 DAG 架構與工作量證明結合。

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簡介

當你想到加密貨幣時，「區塊鏈（blockchain）」這個詞很可能會首先浮現在腦海。自比特幣推出以來，已經有數百種加密貨幣建立在類似的網路架構之上。多數都依賴不斷增長的區塊鏈：每個區塊都透過加密雜湊（cryptographic hash）連結到前一個區塊。

在區塊鏈中，使用者會廣播交易，並將其打包到區塊中。交易被確認前通常會有等待時間，取決於區塊的擁擠程度。在忙碌情況下，這段等待可能從幾秒到數小時不等。

部分開發者與研究者認為，這種以區塊為基礎的模型可能存在根本性的可擴展性限制。提出的替代方案之一是有向非循環圖（directed acyclic graph，DAG）。DAG 採用不同方式來記錄並確認交易：它移除了「區塊」這個概念。

什麼是 DAG？

DAG 是一種資料結構，由頂點（vertices）與邊（edges）組成。「有向（Directed）」表示連結只會在單一方向上流動。「非循環（Acyclic）」表示沒有迴圈，因此你不可能透過沿著圖向前走回到起點。

在科學與資料建模的應用中，DAG 用於呈現變數之間的關係，並觀察它們如何彼此影響。在加密貨幣的脈絡下，DAG 中的每個頂點代表一筆交易，而不是一個區塊。交易會連結到較早期的交易，從而建立一張確認網，而非線性鏈。

這種結構在本質上不同於區塊鏈：沒有礦工把交易分組成區塊，也沒有固定的區塊時間。理論上，你可以在任何時間提交交易，而不需要等待下一個區塊。

DAG 是如何運作的？

在基於 DAG 的加密貨幣中，當使用者提交一筆新交易時，必須先引用並驗證兩筆或以上先前尚未確認的交易。這會建立一個自我維持的確認系統：使用者會共同驗證彼此的活動，而不是依賴特定的挖礦角色（專責的挖礦類別）。

某些 DAG 實作在提交交易時需要進行一小段計算工作，作為輕量的防垃圾（spam）措施，同時也會驗證所引用的交易。其他（例如 IOTA 2.0）則改採質押（staking）導向的方法，不需要提交計算工作。一旦某筆交易引用並確認了較早的交易，那些交易就會被視為已確認。接著，新交易會以「尖端（tip）」的形式停留等待，等待未來的交易來確認它。

在其後累積了更多確認的交易（稱為「較重的權重 heavier weight」）更可能被新交易選擇並建立在其上。這會激勵網路持續擴展圖中「確認度最高的分支」。

DAG 如何防止雙重支付（double-spending）？

防止雙重支付的方式是：要求新交易必須追溯整個 DAG 的歷史，以驗證發送者是否具有足夠資金。如果某筆交易引用了無效的路徑，其他使用者會拒絕在其基礎上繼續建構，從而隔離該分支並實質上將其丟棄。

理論上，兩個互相衝突的分支可能同時出現。DAG 的選擇演算法會透過偏好「較重且確認度更高」的分支來解決這個問題。隨著時間推移，較重的分支會吸引更多新的交易，而較弱的分支則會被逐步放棄。

這表示：基於 DAG 的系統在傳統意義上並沒有絕對的交易終局性（finality）。就像區塊鏈一樣，它們依賴機率式終局性：一筆交易累積的確認越多，使用者就越能確信它最終會保持已結算狀態。

有向非循環圖（DAG）的優點與缺點

DAG 的優點

  • 速度：由於沒有固定的區塊時間，使用者可以在任何時間提交交易。系統能同時處理大量交易，而不是把它們排隊等候進入下一個區塊。

  • 降低或免除挖礦需求：許多 DAG 設計會用輕量驗證取代耗能高的工作量證明（PoW）挖礦；驗證可以由發送交易的使用者執行，或透過質押機制完成。相較於 PoW 區塊鏈，這能大幅降低能源消耗。注意：像 Kaspa 這樣的部分 DAG 實作會刻意保留 PoW，以維持其安全性特性。

  • 無交易手續費：由於許多 DAG 網路沒有專門的礦工來付費，使用者通常不需要支付費用。這使得 DAG 特別適合微支付；在這種情境下，即使是很小的手續費也會侵蝕價值。

  • 可擴展性：DAG 不受單一區塊大小上限的限制。隨著更多使用者提交交易，確認率可以提升，從而解決常見的區塊鏈可擴展性瓶頸。這使得 DAG 在物聯網（IoT）情境特別有吸引力，因為數百萬個小型裝置可以交換極少量的價值，並可自動進行。

DAG 的缺點

  • 中心化風險：許多現有的 DAG 實作在早期階段曾依賴中央協調節點（central coordinator），以在網路規模較小時防止攻擊。移除這個協調節點是一項複雜的工程挑戰，且部分專案在實現上遇到困難。

  • 現實環境測試有限：基於 DAG 的加密貨幣目前尚未出現那種持續的、高量級使用情況，以用來在規模上驗證其主張。其在敵對條件或極端負載下的表現，仍比區塊鏈替代方案更不清楚。

基於 DAG 的加密貨幣範例

IOTA 是最具代表性的 DAG 架構專案。其網路稱為 Tangle，被設計用於物聯網裝置之間的免手續費微交易。多年來，IOTA 依賴中央 Coordinator 節點來確保網路安全。到 2024 年底，IOTA 啟動了 IOTA 2.0（也稱 Rebased），這是一個完全去中心化的版本：它移除了 Coordinator，並在 DAG 中引入基於「委任權益證明」（delegated proof of stake）的新共識機制。至 2026 年中，IOTA 2.0 已成為運行中的主網（mainnet）。

Kaspa 將 DAG 結構與傳統的工作量證明（PoW）挖礦結合。它使用名為 GHOSTDAG 的協定，使多個區塊可以平行產生，並同時被納入帳本，而不是丟棄彼此競爭的區塊。這讓 Kaspa 在保留 PoW 安全性特性的同時，擁有高區塊產生率（每秒超過 100 個區塊）。Kaspa 在 2024 與 2025 年間大幅成長，在其市值高峰期一度進入前 20 名；這也作為一個實際案例，展示了 DAG 在 PoW 背景下同樣具備可行性。

Sonic（前身為 Fantom Opera）使用名為 Lachesis 的 DAG 型共識機制。每個節點會建立本地的事件區塊 DAG，然後由共識層將其排序成一條最終鏈。2024 年底，網路推出 Sonic 升級；之後於 2025 年完成全面品牌重塑，並將代幣 FTM 轉移為 S 代幣。Sonic 目前是主要網路，而原本的 Opera 鏈已被取代。

常見問題（FAQ）

在加密貨幣中，什麼是有向非循環圖（DAG）？

有向非循環圖（DAG）是一種資料結構，會被用於在某些加密貨幣網路中記錄並確認交易。不同於把交易打包成區塊，每一筆交易會直接引用並驗證先前的交易，形成一張相互確認的網絡。

DAG 與區塊鏈有什麼不同？

區塊鏈會把交易分組到依序的區塊中，並由礦工或驗證者提供安全性。DAG 沒有區塊。每一筆新交易會確認先前交易，而網路成長的方式是形成一個有向且不含迴圈的圖，而不是單一路徑的線性鏈。DAG 通常沒有固定的區塊時間；在許多設計中，甚至也沒有交易手續費。

DAG 會有交易手續費嗎？

許多基於 DAG 的網路被設計為免手續費，因為沒有礦工需要獲得補償。使用者不必付費，而是可能在提交交易時提供一小段計算工作；不過也有一些較新的實作改用「質押（staking）」機制。有些實作則會向執行額外網路功能的節點收取最低限度的費用。

有哪些基於 DAG 的加密貨幣範例？

較知名的例子包括 IOTA（Tangle）：它在 2024 年推出了完全去中心化版本，前提是此前多年一直使用中央協調器；Kaspa：結合 DAG 架構與工作量證明（PoW）挖礦；以及 Sonic（前身為 Fantom）：使用名為 Lachesis 的 DAG 型共識層。

DAG 是否比區塊鏈更具擴展性？

DAG 理論上可能比傳統區塊鏈每秒處理更多交易，因為它不受區塊大小或區塊時間的限制。不過，多數 DAG 網路目前仍未在與成熟區塊鏈相同規模下完成測試，因此其在持續的真實世界負載下的效能仍是一個未解的問題。

結語

有向非循環圖提供了一種替代方式來建構加密貨幣網路：移除區塊與礦工，改以交易型的確認網路來運作。這種架構對於高吞吐、免手續費的應用具有實質潛力，特別是在物聯網與微支付等使用情境中。

近期的發展（包括 IOTA 移除中央協調器，以及 Kaspa 以基於 DAG 的 PoW 鏈持續成長）顯示 DAG 技術正在成熟。至於它是否能在規模上匹配既有區塊鏈的安全性與普及度，仍有待觀察。

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