共識(shí)機(jī)制一直是區(qū)塊鏈領(lǐng)域最值得爭(zhēng)議的話題之一。從最初的PoW到近期的PoS，到未來(lái)的DPoS，每種架構(gòu)和理論所帶來(lái)性能、特點(diǎn)與優(yōu)劣勢(shì)各自非常明顯。而近一段時(shí)間IOTA提出的DAG理論及其各種變型也充斥在社區(qū)上被大家討論。在這里筆者闡述一下自己的看法，片面之處也請(qǐng)業(yè)界專家指正。

區(qū)塊鏈即分布式多活數(shù)據(jù)庫(kù)，這是筆者一直以來(lái)對(duì)區(qū)塊鏈本質(zhì)的理解。拋開賬本即事務(wù)日志的存儲(chǔ)模塊，其所謂的“共識(shí)”機(jī)制從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)與分布式數(shù)據(jù)庫(kù)中“一致性算法”有異曲同工之處。

縱觀數(shù)據(jù)庫(kù)歷史的發(fā)展，IBM DB2 for z/OS與Oracle RAC是Share Disk架構(gòu)中的鼻祖，其核心理念在于多個(gè)服務(wù)實(shí)例共享存儲(chǔ)，而在服務(wù)之間通過(guò)高速網(wǎng)絡(luò)連接以實(shí)現(xiàn)共享鎖與共享內(nèi)存（RDMA等）。這種架構(gòu)一般被用來(lái)實(shí)現(xiàn)高可用（HA），但是對(duì)于異地災(zāi)備環(huán)境來(lái)說(shuō)，業(yè)界的普遍做法是采用主從日志復(fù)制（Log Shipping）的方式進(jìn)行。

在傳統(tǒng)Log Shipping機(jī)制中，集群中存在一個(gè)可讀寫的主數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，與一個(gè)或多個(gè)只讀的從節(jié)點(diǎn)（開始時(shí)從節(jié)點(diǎn)只是冷備，后來(lái)2008年前后業(yè)界才提出在業(yè)務(wù)層面犧牲強(qiáng)一致的理念，做到備節(jié)點(diǎn)只讀）。因此可以看出，數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展到今天，其災(zāi)備架構(gòu)中一般來(lái)說(shuō)存在一個(gè)相對(duì)持久的主節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交易日志生成，之后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將該節(jié)點(diǎn)生成的交易日志發(fā)送給其他備節(jié)點(diǎn)進(jìn)行回訪，從而達(dá)到主備節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)最終一致的目標(biāo)。

而這種機(jī)制與區(qū)塊鏈的“出塊”何其相似。可以說(shuō)區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)同步的本質(zhì)就是Log Shipping，唯一不同的地方在于每次出塊的過(guò)程中需要進(jìn)行多節(jié)點(diǎn)間競(jìng)爭(zhēng)，只有獲勝的節(jié)點(diǎn)才獲得記賬權(quán)（也就是發(fā)送事務(wù)日志的權(quán)利）。這部分與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)永遠(yuǎn)由主節(jié)點(diǎn)發(fā)送日志不同，區(qū)塊鏈的第一個(gè)開源實(shí)現(xiàn)比特幣，其十分鐘出塊的設(shè)計(jì)思路使得集群中的主節(jié)點(diǎn)每十分鐘改變一次，從而避免了任何“主從”概念，做到全節(jié)點(diǎn)對(duì)等。

而另一個(gè)與數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)日志不同之處則在于，區(qū)塊鏈的節(jié)點(diǎn)間數(shù)據(jù)同步采用定時(shí)檢查點(diǎn)的理念，而非以事務(wù)提交回滾為檢查點(diǎn)。這里定義，檢查點(diǎn)即數(shù)據(jù)從內(nèi)存真實(shí)落入磁盤的過(guò)程。只有數(shù)據(jù)從非永久存儲(chǔ)的內(nèi)存寫入永久存儲(chǔ)介質(zhì)后，才認(rèn)為該數(shù)據(jù)被永久保存。數(shù)據(jù)庫(kù)一般在提交回滾操作時(shí)會(huì)觸發(fā)一個(gè)日志緩存刷盤的過(guò)程，通過(guò)DIO的方式將日志寫入磁盤。而比特幣則只有每次出塊時(shí)，才會(huì)將數(shù)據(jù)塊作為日志永久結(jié)構(gòu)寫入鏈條并發(fā)送給其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行持久化存儲(chǔ)。從本質(zhì)上講，兩者之間沒(méi)有任何區(qū)別。

因此可以看到，區(qū)塊鏈的出塊、同步、以及回放機(jī)制都是一種檢查點(diǎn)同步的過(guò)程，而該過(guò)程不論從PoW、PoS、甚至DPoS來(lái)看都是一種同步操作。因此，我們可以認(rèn)為，區(qū)塊鏈的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)中，使用賬本同步機(jī)制實(shí)現(xiàn)的共識(shí)算法為檢查點(diǎn)式同步持久化策略。

而IOTA則提出DAG模式，以及近期依據(jù)DAG思路所提出的一系列變種，則采用異步持久化策略。

從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體系來(lái)看，DAG模式是一種典型的謠言傳播算法，那么不論IOTA的DAG白皮書中寫到的一大堆數(shù)學(xué)公式再如何精妙，也無(wú)法改變謠言傳播算法的本質(zhì)，即異步通訊。

異步通訊所帶來(lái)最大的問(wèn)題在于一致性不可控。就好像微服務(wù)架構(gòu)中最讓開發(fā)者頭痛的在于各個(gè)微服務(wù)之間一致性與先后順序控制的邏輯，遠(yuǎn)比傳統(tǒng)開發(fā)模式復(fù)雜許多。在DAG模型中所帶來(lái)最大的問(wèn)題在于交易確認(rèn)時(shí)間完全未知。當(dāng)然，某種程度上同樣可以認(rèn)為在鏈?zhǔn)侥Ｐ椭?，一個(gè)區(qū)塊被超過(guò)2/3以上節(jié)點(diǎn)數(shù)接受才算全網(wǎng)最終確認(rèn)，因此最終確認(rèn)時(shí)間同樣無(wú)法準(zhǔn)確判斷，但是IOTA的DAG所面對(duì)的是數(shù)以億計(jì)的海量小型設(shè)備節(jié)點(diǎn)，與全球萬(wàn)級(jí)別的賬本節(jié)點(diǎn)所需要的通訊確認(rèn)時(shí)長(zhǎng)要高出很多。

另一個(gè)DAG一直宣稱的利用全部節(jié)點(diǎn)帶寬所帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)際上會(huì)被網(wǎng)絡(luò)中成幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)的通訊量所迅速湮滅。為什么這么說(shuō)？

試想鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)中僅僅賬本節(jié)點(diǎn)記賬，大量的錢包節(jié)點(diǎn)僅僅向一個(gè)賬本節(jié)點(diǎn)通訊即可，因此全網(wǎng)絡(luò)賬本節(jié)點(diǎn)的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于錢包節(jié)點(diǎn)。在這種情況下，所有的數(shù)據(jù)同步均在賬本節(jié)點(diǎn)之間完成，假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中有M個(gè)賬本節(jié)點(diǎn)，每一條記錄在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)拇螖?shù)為M+1（即錢包向一個(gè)賬本發(fā)送數(shù)據(jù)，同時(shí)賬本節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給其他賬本節(jié)點(diǎn)）。

而對(duì)比DAG結(jié)構(gòu)，在全網(wǎng)存在N個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)時(shí)（N成千上萬(wàn)倍大于M），每一個(gè)消息都需要在設(shè)備間進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊，因此對(duì)于任何消息的發(fā)送，網(wǎng)絡(luò)中都會(huì)存在N^2次數(shù)據(jù)發(fā)送（每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都嘗試將信息發(fā)送給其他鄰居節(jié)點(diǎn)）。及時(shí)進(jìn)行優(yōu)化，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有針對(duì)性地發(fā)送給相鄰的K個(gè)節(jié)點(diǎn)，那么其網(wǎng)絡(luò)信息傳播速度同樣為K*N，當(dāng)N取值極大時(shí)對(duì)整體網(wǎng)絡(luò)壓力極為夸張。

因此，DAG利用謠言傳播算法可以有效使用大量節(jié)點(diǎn)閑置網(wǎng)絡(luò)資源，但是帶來(lái)的負(fù)面影響則是每個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)通訊量暴增，因此對(duì)于整體網(wǎng)絡(luò)吞吐量并不一定會(huì)得到大幅度提升。

因此，DAG所帶來(lái)的兩個(gè)問(wèn)題（1）交易時(shí)長(zhǎng)不可控；（2）網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)量大幅度增加；這兩個(gè)問(wèn)題某種程度上制約著DAG的應(yīng)用場(chǎng)景。

首先，問(wèn)題（1）基本明確了DAG很難作為嚴(yán)格的支付結(jié)算手段應(yīng)用于高速響應(yīng)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備遠(yuǎn)程調(diào)用。一般來(lái)說(shuō)，服務(wù)提供者希望能夠在提供服務(wù)之前收取一部分甚至全部費(fèi)用，或在服務(wù)提供后能夠最短時(shí)間內(nèi)得到支付。而以DAG作為結(jié)算手段，會(huì)造成支付時(shí)間完全不可控，而在IOTA給出的實(shí)現(xiàn)原理中更沒(méi)有對(duì)極端情況作出設(shè)計(jì)，導(dǎo)致一些權(quán)重較低的交易長(zhǎng)時(shí)間甚至永久無(wú)法被其他節(jié)點(diǎn)審批。在這種情況下，DAG在支付結(jié)算領(lǐng)域是否能夠得到應(yīng)用是一個(gè)問(wèn)題。

而問(wèn)題（2）則在于對(duì)于簡(jiǎn)單設(shè)備之間的調(diào)用命令尚可，但是如果調(diào)用命令較為復(fù)雜，甚至需要傳輸一段較長(zhǎng)的指令代碼，其通訊原理必須使用P2P直連，否則如果所有信息以DAG轉(zhuǎn)發(fā)的形式傳輸會(huì)造成嚴(yán)重網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴。

因此，筆者認(rèn)為，DAG與鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)相比有創(chuàng)新有不足，其優(yōu)勢(shì)在于將異步通訊理念替換傳統(tǒng)的同步檢查點(diǎn)機(jī)制，以期望提升設(shè)備的響應(yīng)速度。但是其幾個(gè)核心問(wèn)題使其在物聯(lián)網(wǎng)交互與結(jié)算領(lǐng)域能否真正得到大規(guī)模應(yīng)用，提出了不小的挑戰(zhàn)。