缠结/Tangle

Tangle 是 IOTA 项目创造的一种改革性的去区块化分布式账本，它是可扩展的、轻量级的，还能在无需任何费用的前提下进行价值转移。Tangle （缠结）是基于有向无环图（DAG）的机构，而不是像区块链的连链式架构，它能定期添加区块，从而实现更高的交替吞吐量和零交易手续费。

IOTA是一种加密货币，但与其他所有加密货币不同，它并非建立在区块链之上的。为了设计一种低成本且可扩展应用到物联网的分布式账本技术，IOTA的开发人员从零开始，建立了一种被称之为“缠结”的新型架构。

缠结并不是第一次试图找到一种完全不同的方式来达成分布式共识的加密货币，但是在12月初，IOTA的市值已经上升至全球加密货币的第四位，它已经成为区块链技术最重要的替代方案之一。

IOTA提出的应用于物联网的设计，可以从完成大量微小交易的网络中获得巨大的收益。正如IOTA的目标一样，让网络无需信任和分布式，可能会开启新的经济模式。Carsten Stocker和Kerstin Eichmann发表在IOTA博客上的一篇文章中写道：“一款智能设备可以为其组装、维护、能耗和责任保险，以及为其他机器提供数据、计算能力、存储或物理服务而提供支付能力。”

缠结理论基础是有向无环图(DAG)：这是一种数据结构，数据在一个方向上传递，而不回滚。与区块链一样，缠结是一种分布式账本，独立账户在网络中彼此之间进行交易，在不依赖中央集权的情况下达成共识。

下图就是缠结和区块链末端的相似之处。区块链：一串连续的块，每个块首尾相连，每个块都包含一组交易。缠结看起来很不一样。下面的图片取自白皮书：

缠结，来源: Popov（缠结白皮书）

在上图中，时间从左到右。每个框表示在网络上由设备(或“节点”)发出的交易。Popov写道：“在像比特币和以太坊这样的工作量证明区块链中，系统中有两种不同类型的参与者，发起交易的人和批准交易的人；在缠结中，每个设备（节点）都在维护网络运行，也就是说，只有一个参与者，意味着节点同时也是矿工。

过程如下：每当节点想要发送交易时，它必须随机验证前序的两个交易，即上图中的箭头所显示的。这种验证需要执行少量的工作证明，以确保网络安全，这也意味着交易不是完全免费的（个人使用者的损耗，如电费等）。由于没有需要记账的矿工群体以及奖励，所以没有任何费用。白皮书指出，这种不收费的结构实现了比特币不可能实现的小额交易。

当缠结中的交易被验证批准时，批准它的交易就会依次被新一笔交易验证批准，该交易的“累积权重”就会建立起来。类似于对比特币交易的确认，更高的累积权重表明交易更可靠，更不可变。图中最右边的灰色方框，表示最近未获得验证的交易，称为“tips”。

由于IOTA交易不能同时被所有参与者共享，所以它比区块链更容易发生分歧。”但值得注意的是，IOTA网络是异步的。”Popov写道，“一般来说，节点不一定看到相同的事务集。而且还应当指出，缠结可能包含相互冲突的交易。”

不过最终，相互冲突的交易是“孤立的”，而非确认完成的状态。缠结依靠于最终对这些交易达成共识的动机。正如白皮书所指出的那样，“如果一个节点发布的新交易，批准了相互冲突的交易，那么其他节点就不会批准它，最终其会被湮没。”

为了找到可以批准的交易，避免导致自己的交易被孤立，节点会运行“tips选择算法”。IOTA的缠结并没有特别委托任何算法，但是白皮书以马尔可夫链蒙特卡罗(MCMC)为举例。

Popov的MCMC算法至少会将两个“随机漫步者”置于缠结中的某位置：不会在开始时(这需要很长的验证时间)，但也不是在近期(选择的节点质量会受到影响)。这种节点选择方法是按时间顺序沿着验证及相似权重的最优路径实现的。假设交易X(累计权重= 20)通过交易Y(累积权重= 19)和交易Z(累积权重= 3)获得批准，那么从交易X移动到交易Y的概率要高得多。

其原理是“懒惰”的节点即很少会发布交易的节点，因此很少验证他人的交易，所以其将处于不利的地位。惩罚懒惰的节点是有必要的，因为它消极的行为减少了网络的安全性与网络发展的速度，例如，懒惰的节点会带来双花攻击的风险，白皮书中对此还做出了一些描述，以及包括MCMC的应对方式。

正如Popov所指出的，缠结可能是区块链技术升级的下一阶段，但迄今为止，它在此方面似乎并没有展现出令人信服的应用。对IOTA的分散化程度和安全性的担忧使再度集中到了缠结身上。