序一

“如果你没有理解我的意思，我没有时间说服你。”

——摘自中本聪语录

近年来，随着区块链这一波发展高潮的来临，业界发现除了与这个新生事物相关的法规及其监管问题突出之外，制约这项伟大发明落地应用推广的桎梏主要有两个方面：一是整个区块链（公链）系统并发运行效率很低，二是共识机制和智能合约甚至整个生态系统的友好性、可用性，特别是安全性能非常不到位。所以本书集中讲解了这两方面的原理与近来国内外对区块链的探索进展。本书是一本理论联系实际的好范本，非常适合涉猎面颇广的大专院校师生和社会上从事区块链相关工作或者对区块链感兴趣的各类读者深入阅读。

本书深入浅出，内容丰富，几乎涵盖了整个区块链相关的基本技术，尤为突出的是DAG在区块链领域的创造性应用。从基本区块链基础概念知识入手，本书比较详尽地介绍了DAG图论常识及其属性、特征以及数学定义，让非计算机和数学专业的读者也能读懂。接着，对DAG区块链的共识机制、DAG区块链的智能合约、DAG区块链中的密码学技术、DAG区块链安全问题，以及目前最有代表性的DAG区块链项目案例等几个方面进行了系统性阐述、分析和建设性展望。本书图文并茂，理实交融，既可用作培训区块链特别是基于DAG的区块链的讲义，又可用作自学教材。

全书主要围绕DAG区块链的共识机制和智能合约以及相关安全问题进行展开。为什么是DAG区块链呢？因为其可以解决当前区块链成块慢、缺乏并发处理机制，以至于无法满足大规模场景应用这个最基本的核心问题。相比图论中的一般图，DAG里的许多问题可以在多项式级甚至线性复杂条件下加以解决。以比特币和以太坊为代表的区块链，由于链式存储机构，导致出块无法并发执行。所以，具有代表性的DAG区块链项目，例如IOTA、Byteball、HashGraph及Intervalue等，都先后提出并采用了所谓“无区块（blockless）”概念。创造性地运用DAG数据结构，让每一笔交易直接参与维护全网的交易顺序。这样交易发起后就可以跳过区块打包阶段，直接融入全网。这样连打包交易出块的时间都节省了，效率自然也提高了很多。也正是DAG没有“区块”的概念，由用户发出的数据单元前后链接构成，每个单元可以有多个父数据单元，因而在这种区块链上实现智能合约功能需要技术创新，充满挑战。因此，早期DAG区块链项目IOTA并没有支持智能合约，而知名的Byteball也仅支持非图灵完备的简单的声明式智能合约。在本书中介绍的最令人振奋的两个DAG区块链智能合约进展案例是美国的Hedera Hashgraph和中国的InterValue。简单实用安全可靠，是智能合约成功与否的关键。

本书作者们主要是DAG区块链InterValue项目的技术领导和骨干人员。我作为这个项目的首席顾问，对整个项目团队执行力和集体的天赋充满信心。所以我在此很高兴地向读者推荐，在读懂本书有关区块链基本原理和DAG数据结构算法分析之后，建议重点围绕InterValue的DAG区块链章节，全面系统地理解InterValue项目的目标、愿景、生态体系、关键特征、技术和产品优势等，比如独创的共识机制、技术创新的智能合约设计、更为严密的安全功能的技术实现，以便步步深入并领略基于DAG区块链的最新进展和对其未来前景的美好期待与展望。

下面就简要介绍一下InterValue的主要特点和优势，抛砖引玉，希望对读者详尽阅读本书各章节有所帮助。

在重点讨论DAG区块链InterValue项目之前，我们需要特别关注一下目前美国最有代表性的DAG区块链项目——Hedera Hashgraph，因为有“标杆”比较，才能更好地鉴别与判断孰优孰劣。首先，从共识机制的技术实现方面看，目前已有的Hashgraph共识算法是通过Gossip网络和虚拟投票策略达到交易顺序共识的。但实现该共识的前提是网络节点超过2n/3的投票能力具有对famous witness事件的一致投票结果。其中n是全网的当前投票能力的总和，该投票能力通常为节点的持股数量。虽然采用本地投票策略使得Hashgraph可以实现较快的交易确认，但此方法也带来了许多问题：由于全网投票能力波动大，可能导致系统长时间无法找到满足2n/3投票一致的事件，从而无法达成共识；不同节点处理事件的能力差别较大，可能会造成系统长时间无法达成共识；由于采用Gossip邻居交换协议，节点会周期性剔除长时间未更新的邻居，此时若子网规模较小，很容易使恶意节点在同一轮产生两个famous witness事件，从而产生双花交易；随着系统规模变得越来越大，节点收到的同步信息也越来越多，以至于系统的吞吐率会随着节点数目的增加而降低。鉴于Hashgraph以上种种问题，InterValue区块链项目提出了自己的共识机制——HashNet。这种共识采用基于双层Gossip拓扑的Hashgraph。上层Gossip网络中的节点为全节点（full node），负责维护全网交易一致性。全节点通过DPOS的方式选举出来，全节点之间通过Hashgraph达成共识，这样有利于保持网络稳定性。每个全节点从下层网络中接收两类数据：下层网络内部节点的交易数据和跨子网交易数据。下层Gossip网络中的节点为局部全节点（local full node），负责维护子网内部交易的一致性。与全节点不同，局部全节点的选举需要综合考量其Token数量、处理能力、带宽、在线时长等因素，局部全节点之间通过Hashgraph达成子网交易共识。这样HashNet共识有效地避免了Hashgraph共识中很多的问题与不足，可以说是“青出于蓝而胜于蓝”。并且，随着InterValue项目不断深入发展，基于HashNet的增强DAG共识和用于witness（公证人）选择的BF-VRF共识机制相结合的双层共识机制将日臻完善，不断优化更新，以满足大规模化场景应用的需求。

另外，DAG区块链Byteball及Hashgraph在智能合约及其安全性能方面，DAG区块链通过了非图灵完备智能合约实现成功案例或者正在开发出实用性的图灵完备智能合约。但Byteball智能合约虽简单可用，却无法满足复杂应用场景需求。而图灵完备智能合约逻辑复杂，虽然支持应用范围广泛，但合约内容需要具备专业知识的程序员编写，难以满足广大普通用户的实际需要，并且智能合约出现安全漏洞的风险很高。因此，在DAG区块链上实现安全性能高的图灵完备智能合约是目前业界迫切期待的创新点。如果能将在DAG区块链上实现简练实用的非图灵完备智能合约和比较友好、安全、可用并且功能强大的图灵完备智能合约的共生同存统一于平台之中，将使得两类智能合约优势互补，特别有利于区块链平台上建构各类应用生态，从而极大地促进整个区块链行业的繁荣发展。作为区块链4.0的典型代表，InterValue项目的智能合约正着力实现这两类智能合约于同一平台友好共存，本人力荐广大读者重点阅读本书有关InterValue的章节。除此之外，抗量子攻击级别加密算法技术、密码技术、新型智能合约语言等也十分值得一读，相信真正喜欢区块链或对区块链感兴趣的读者，一定会从本书中不断理解区块链特别是基于DAG区块链的魅力和其相应的“价值链接”——也就是项目名称InterValue所赋予的丰富内涵。

展望区块链发展趋势，公链平台如InterValue和Byteball等项目，将有机整合撒手锏大规模应用以及数字经济包括交易功能在内的Token经济共同体形成三位一体的社会经济体系，应该说这是区块链行业带动整个社会发展的大趋势。公链基础设施势必会不断创新和完善，保证大规模并发的处理能力，智能合约完备友好，整个公链体系安全可靠。区块链金融一定是真正点对点分布式的，交易所仅仅是典型公链的一个功能。而基于庞大区块链社区用户的Token经济共同体生态的核心应用场景，将是推动公链发展壮大的真正动力。期待DAG区块链能引领区块链时代创新发展滚滚向前的大潮，实现人类史上又一次生产力（公链技术）和生产关系（各类Token经济共同体生态的场景应用）变革与飞跃。

原阿里巴巴集团产品技术委员会主要负责人之一

Higgs Accelerator创新创研加速器创始人、计算机科学家Allen Wu（吴载午）

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