共識機制一直是區(qū)塊鏈領域最值得爭議的話題之一。從最初的PoW到近期的PoS，到未來的DPoS，每種架構和理論所帶來性能、特點與優(yōu)劣勢各自非常明顯。而近一段時間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，片面之處也請業(yè)界專家指正。

區(qū)塊鏈即分布式多活數(shù)據(jù)庫，這是筆者一直以來對區(qū)塊鏈本質的理解。拋開賬本即事務日志的存儲模塊，其所謂的“共識”機制從本質上來說與分布式數(shù)據(jù)庫中“一致性算法”有異曲同工之處。

縱觀數(shù)據(jù)庫歷史的發(fā)展，IBM DB2 for z/OS與Oracle RAC是Share Disk架構中的鼻祖，其核心理念在于多個服務實例共享存儲，而在服務之間通過高速網(wǎng)絡連接以實現(xiàn)共享鎖與共享內(nèi)存（RDMA等）。這種架構一般被用來實現(xiàn)高可用（HA），但是對于異地災備環(huán)境來說，業(yè)界的普遍做法是采用主從日志復制（Log Shipping）的方式進行。

在傳統(tǒng)Log Shipping機制中，集群中存在一個可讀寫的主數(shù)據(jù)節(jié)點，與一個或多個只讀的從節(jié)點（開始時從節(jié)點只是冷備，后來2008年前后業(yè)界才提出在業(yè)務層面犧牲強一致的理念，做到備節(jié)點只讀）。因此可以看出，數(shù)據(jù)庫發(fā)展到今天，其災備架構中一般來說存在一個相對持久的主節(jié)點進行交易日志生成，之后通過網(wǎng)絡將該節(jié)點生成的交易日志發(fā)送給其他備節(jié)點進行回訪，從而達到主備節(jié)點之間數(shù)據(jù)最終一致的目標。

而這種機制與區(qū)塊鏈的“出塊”何其相似。可以說區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)同步的本質就是Log Shipping，唯一不同的地方在于每次出塊的過程中需要進行多節(jié)點間競爭，只有獲勝的節(jié)點才獲得記賬權（也就是發(fā)送事務日志的權利）。這部分與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫永遠由主節(jié)點發(fā)送日志不同，區(qū)塊鏈的第一個開源實現(xiàn)比特幣，其十分鐘出塊的設計思路使得集群中的主節(jié)點每十分鐘改變一次，從而避免了任何“主從”概念，做到全節(jié)點對等。

而另一個與數(shù)據(jù)庫事務日志不同之處則在于，區(qū)塊鏈的節(jié)點間數(shù)據(jù)同步采用定時檢查點的理念，而非以事務提交回滾為檢查點。這里定義，檢查點即數(shù)據(jù)從內(nèi)存真實落入磁盤的過程。只有數(shù)據(jù)從非永久存儲的內(nèi)存寫入永久存儲介質后，才認為該數(shù)據(jù)被永久保存。數(shù)據(jù)庫一般在提交回滾操作時會觸發(fā)一個日志緩存刷盤的過程，通過DIO的方式將日志寫入磁盤。而比特幣則只有每次出塊時，才會將數(shù)據(jù)塊作為日志永久結構寫入鏈條并發(fā)送給其他節(jié)點進行持久化存儲。從本質上講，兩者之間沒有任何區(qū)別。

因此可以看到，區(qū)塊鏈的出塊、同步、以及回放機制都是一種檢查點同步的過程，而該過程不論從PoW、PoS、甚至DPoS來看都是一種同步操作。因此，我們可以認為，區(qū)塊鏈的鏈式結構中，使用賬本同步機制實現(xiàn)的共識算法為檢查點式同步持久化策略。

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)結構體系來看，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)學公式再如何精妙，也無法改變謠言傳播算法的本質，即異步通訊。

異步通訊所帶來最大的問題在于一致性不可控。就好像微服務架構中最讓開發(fā)者頭痛的在于各個微服務之間一致性與先后順序控制的邏輯，遠比傳統(tǒng)開發(fā)模式復雜許多。在DAG模型中所帶來最大的問題在于交易確認時間完全未知。當然，某種程度上同樣可以認為在鏈式模型中，一個區(qū)塊被超過2/3以上節(jié)點數(shù)接受才算全網(wǎng)最終確認，因此最終確認時間同樣無法準確判斷，但是IOTA的DAG所面對的是數(shù)以億計的海量小型設備節(jié)點，與全球萬級別的賬本節(jié)點所需要的通訊確認時長要高出很多。

另一個DAG一直宣稱的利用全部節(jié)點帶寬所帶來的優(yōu)勢，實際上會被網(wǎng)絡中成幾何級數(shù)增長的通訊量所迅速湮滅。為什么這么說？

試想鏈式結構中僅僅賬本節(jié)點記賬，大量的錢包節(jié)點僅僅向一個賬本節(jié)點通訊即可，因此全網(wǎng)絡賬本節(jié)點的數(shù)量遠遠小于錢包節(jié)點。在這種情況下，所有的數(shù)據(jù)同步均在賬本節(jié)點之間完成，假設網(wǎng)絡中有M個賬本節(jié)點，每一條記錄在網(wǎng)絡中傳輸?shù)拇螖?shù)為M+1（即錢包向一個賬本發(fā)送數(shù)據(jù)，同時賬本節(jié)點將數(shù)據(jù)轉發(fā)給其他賬本節(jié)點）。

而對比DAG結構，在全網(wǎng)存在N個設備節(jié)點時（N成千上萬倍大于M），每一個消息都需要在設備間進行點對點通訊，因此對于任何消息的發(fā)送，網(wǎng)絡中都會存在N^2次數(shù)據(jù)發(fā)送（每一個節(jié)點都嘗試將信息發(fā)送給其他鄰居節(jié)點）。及時進行優(yōu)化，每個節(jié)點有針對性地發(fā)送給相鄰的K個節(jié)點，那么其網(wǎng)絡信息傳播速度同樣為K*N，當N取值極大時對整體網(wǎng)絡壓力極為夸張。

因此，DAG利用謠言傳播算法可以有效使用大量節(jié)點閑置網(wǎng)絡資源，但是帶來的負面影響則是每個節(jié)點的網(wǎng)絡通訊量暴增，因此對于整體網(wǎng)絡吞吐量并不一定會得到大幅度提升。

因此，DAG所帶來的兩個問題（1）交易時長不可控；（2）網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)量大幅度增加；這兩個問題某種程度上制約著DAG的應用場景。

首先，問題（1）基本明確了DAG很難作為嚴格的支付結算手段應用于高速響應的物聯(lián)網(wǎng)設備遠程調(diào)用。一般來說，服務提供者希望能夠在提供服務之前收取一部分甚至全部費用，或在服務提供后能夠最短時間內(nèi)得到支付。而以DAG作為結算手段，會造成支付時間完全不可控，而在IOTA給出的實現(xiàn)原理中更沒有對極端情況作出設計，導致一些權重較低的交易長時間甚至永久無法被其他節(jié)點審批。在這種情況下，DAG在支付結算領域是否能夠得到應用是一個問題。

而問題（2）則在于對于簡單設備之間的調(diào)用命令尚可，但是如果調(diào)用命令較為復雜，甚至需要傳輸一段較長的指令代碼，其通訊原理必須使用P2P直連，否則如果所有信息以DAG轉發(fā)的形式傳輸會造成嚴重網(wǎng)絡風暴。

因此，筆者認為，DAG與鏈式結構相比有創(chuàng)新有不足，其優(yōu)勢在于將異步通訊理念替換傳統(tǒng)的同步檢查點機制，以期望提升設備的響應速度。但是其幾個核心問題使其在物聯(lián)網(wǎng)交互與結算領域能否真正得到大規(guī)模應用，提出了不小的挑戰(zhàn)。