Horizen进阶篇：Blockdag

区块链领域的主要工程挑战之一是可扩展性。 可扩展性是指可以在固定的时间内处理更多交易的技术或协议。 像Visa这样的传统支付网络每秒可处理数千笔交易，但大多数区块链目前只能在同一时间内处理少量交易。

我们正在研究两种扩展解决方案：侧链和Block-DAG协议。 本文将介绍后者，同时我们为侧链开发（ZI3）提供了不同的文章。

什么是DAG

术语DAG代表有向无环图。 下图中最左侧的结构是一个简单的图形，由连接节点的节点和边缘组成。 在有向图中，每个连接具有方向，由箭头指示。 有向无环图（DAG）不允许节点间有循环关系，就像您可以在中间的有向图的底部看到的那样。

设置用于加密货币的DAG有两种不同的方法。节点可以由单笔交易组成，也可以是包含多个交易的区块。第一个值得注意的DAG协议是IOTA的Tangle。在Tangle中，每个节点都由一笔交易组成。每笔交易都引用了两个先前的交易，并附加了一个小的工作证明（TI2.5共识）。

Horizen正在考虑使用Block-DAG协议。 DAG中的每个节点都是一个区块，类似于区块链中的块。它还有一个区块头，包含重要信息，如时间戳和对前一个块的引用以及一组交易。与区块链中的块相比，主要区别在于Block-DAG中的块可以包含对多个前区块的引用。与区块链的一维或线性数据结构相比，这允许数据结构（TI1.1）变为二维的。与区块链相比，我们只更改数据结构，但保持相同的共识机制（工作证明），以使网络就单个交易历史达成一致。

Block-DAG的矿工

您可能知道，传统的POW区块链中有矿工（TI2.6）可以用大量计算能力维护网络安全。 将新创造的硬币来奖励给矿工去做这项工作。 我们的Block-DAG协议中也会有矿工。 我们在基础层面上的变化是交易记录的数据结构。 网络用于就交易顺序达成协议的共识机制保持不变，即工作证明（TI2.5）。

尚未被任何其他块引用的新创建的块称为DAG的叶。

Horizen Block-DAG的采矿将类似于传统采矿，但我们预计将开采更多的区块，总体上更低的难度，这将导致更大的采矿分散化，因此只需要少量矿工挖矿。

Horizen解决了需要针对区块链中使用的最长链规则（TI2.5）进行的另一种调整，以确定在链分叉的情况下哪个分支或分叉是有效分叉。 在我们的DAG中，有一个稍微复杂的算法，根据确认的频率确定两个冲突块的有效性。 “最长连锁规则”或“中本共识”的基本原则仍然存在。 DAG中的块确认越多，它就越有可能成为两个冲突块中的有效区块。

难度调整

我们修改了Block-DAG的算法难度。难度决定了创建新块的难度，以及在给定时间内可创建多少区块。通常，通过比较矿工平均需要创建新区块的时间以及实际采用它们的时间来调整难度。如果过于频繁地创建块，则难度会增加。如果矿工需要太长时间，难度会降低。

我们计划将Block-DAG基于挖掘新块的时间以及最后块的大小进行难度调整。当多个区块连续达到区块大小限制时，这是高网络活动的指示。传统上这意味着将有效交易打包到区块中需要更长的时间。在我们的DAG中，在高网络活动的情况下难度降低，这允许矿工在相同的时间段内能产生更多的块。因此，可以在相同的时间内处理更多事务，并且总吞吐量增加。这种机制允许我们的DAG可以动态处理不同的网络活动，而且不会牺牲安全性。

主要挑战

从技术角度来看，使用这种Block-DAG协议需要解决一个主要挑战：在所有块中确定交易顺序。 虽然块的顺序总是在线性区块链中给出，但是需要通过一组预定义规则在DAG中建立。在DAG中， 有效交易可以包含的两个不同且有效的区块中。 通过查看一组块的事务中的“重叠”，可以通过重叠对比，而给出最终的顺序。

总结

Block-DAG能达到的高吞吐量，这促使我们在Horizen生态系统中实现此协议。但大多数基于DAG的分布式账本都是Transaction-DAG， 而我们是Block-DAG。

我们的Block-DAG采矿将类似于传统采矿，对奖励结构略有调整。 我们略微调整了最长链规则，因此它在DAG上下文中工作，并设计了一种新算法，不仅基于块生产时间而且基于每块的交易数量来确定挖掘难度。 如果块达到块大小限制，则表示网络活动较高，难度会降低，因此在同一时间段内开采更多块。 设计Block-DAG协议的主要挑战是基于包含在多个块中的事务的重叠，在所有块中建立线性顺序。

---

微信群加：gyshiyi

知识星球：https://t.zsxq.com/7uNJaiI

中文电报群：https://t.me/joinchat/F_PCzUZpS76NkG-E_Yz4hg

英文电报群：t.me/horizencommunity