10分钟看懂曾飙涨千倍却暗藏风险的IOTA和它的DAG
白话区块链
从入门到精通，看我就够了！
本文作者：汤强，横跨中英文世界的区块链观察家，个人公众号“汤强”。
2017年9月7日，麻省理工学院（MIT）发表公开信：数字货币IOTA存在严重漏洞，2个月前MIT私信过IOTA团队，希望他们改代码。
但IOTA团队没有理会，最终MIT选择把漏洞公之于众。这个漏洞究竟是什么？一切，要从IOTA的数据结构DAG说起。
一、什么是DAG？
DAG：Directed Acyclic Graph，中文意为“有向无环图”。
有向无环图是一种存储数据的方式。“有向”指所有数据顺着同一方向存储；“无环”指数据结构间不构成循环。像条毛线织的围巾，可以一直编下去。
图1 DAG 有向无环图（缠结 Tangle）
你可以这样理解：区块链是每个区块记多笔交易，而DAG是每个区块存一笔交易，所以它们的本质相同。在IOTA白皮书里，把结扎在一起的交易称为缠结（Tangle），如图1。
你可能会奇怪，这些交易为什么要连线、标箭头？因为使用者每发起一笔交易，必须验证之前的两笔交易。
这很像让一个孤儿自己选择养父母。DAG是孤儿的世界，每笔交易天生是孤儿，但养父母不能随便乱选，他们必须根正苗红，否则孤儿自己就不会被下一代选为父母，不被选择意味着从此消失。
如果一笔交易不被后来的交易所验证，它就会变成真正的孤儿，从此在账本里失去合法性。
缠结图的本质上是订在一起的账本，而交易发起者的验证就是订书钉，可他们用什么方式验证交易？
答案是我们熟悉的工作量证明：POW
交易发起者自己选择两笔合法交易，花2秒钟找出一个随机数，让“随机数+信息”的哈希值符合系统要求。
验证所需的工作量与前手交易权重成正比，交易权重相当于验证难度，难度越高验证时间越长。IOTA中，权重是以3为底的指数增长：3的1次方、3的2次方、3的3次方……被验证次数越多的交易权重越大。
所以，如果你担心验证完两笔正确交易却没人来验证你，那这种担心是多余的，因为验证新鲜交易更容易，如果验证靠前的陈旧交易，工作量会指数级地翻上去：本来2秒钟能验证完的交易，现在要花2小时，何必？
另外，你可能会问，DAG下为什么不能只验证一笔交易，必须是两笔或两笔以上？
因为如果只往前验证一笔，网络会被大算力操控。
算力强者很容易抬高交易权重，拉长尾巴，以堵死后面的验证通路，让随后的诚实交易不得不屈从大算力；可验太多交易又会耗时过长。
所以，验两笔能兼顾安全和效率。
于是，发起者一边提交自己的交易，一边验证别人的交易，以此编织着一个去中心化网络。注意：这个网络不是缠结图，缠结图里的点是交易记录，而网络指参与交易的所有节点。
可是DAG下会不会发生双重支付呢？
会。
二、DAG下如何保证账本安全？
假如我转你价值100万元的IOTA，你非常高兴，确认后把100万元货物交给我，但此时我心生歹念。
我靠算力发起攻击，用一笔权重更大的交易验证合法交易之前的交易。
图2 大权重攻击
只要超过主体诚实的DAG，随后的交易都会接在我的DAG后面生长，这样我就赖掉之前的交易，白白从你手里拿走100万元的货。
关键问题是，我得汇聚多少算力才能实现双重支付？
需要全网34%的算力。
IOTA团队说，网络还没成熟，所以先找个协管员看场子，这名协管员就是一台名叫Coordinator的服务器。所有交易是否合法，暂时全由这位协管员拍板，拍板后告诉其他节点，该验证哪些交易。
官方说，2018年会撤下协管员，这也意味着，目前IOTA暂时并非一个去中心化的网络。可如何能确保账本安全，中心化并非是不可行的方案。
影响账本安全的另一个因素是数字签名，因为攻击者无法使用他们没有的私钥签出和你一样的数字签名，而保障这件事的是哈希算法，它具有一个特征：哈希不同文本能得出不同结果。如果哈希不同文本出现同样的结果，这种情况称为“碰撞”。
MIT报告指出：
IOTA使用了自己开发的哈希算法curl，但是curl算法的哈希值极易发生碰撞，于是就能伪造数字签名。
IOTA的DAG是靠后手保护前手，一旦攻击者成功伪造数字签名，后手挑不出伪造者的错，非法交易就能大摇大摆地通过验证，这意味着别人用其他私钥也能撬走你账户里的钱。
现在IOTA有协管员保护，但如果撤下协管员，签名能否会被仿冒，就完全得寄希望于攻击者没有哈希出和你一样的签名。
你可能认为，有协管员的情况下这不会成为一个问题，因为协管员会公正地验证所有交易，至少它能取消不合法交易，但事情并非这么简单。
因为协管员自己也有私钥，一旦泄露，造成的结果将比服务器电源插座被拔还要严重，因为此时持有私钥者具备改动任意交易的技术可能，这就是集中管账的风险。
现在有协管员看家，技术上的确能过滤恶意，可IOTA的最终目标终究是脱离协管员、全网自治，除了面临伪造数字签名的问题，还要面临一道难题：
34%攻击。
防止这种攻击的一个办法是招募矿工，但由于IOTA无手续费，所有没有矿工会响应，与此同时，IOTA还面临着拒绝服务攻击的可能，就像不收物业费的小区，靠业主自治很难扫清不法份子，甚至扫不净地上的落叶。
包括IOTA团队在内，暂时没有人给出解决方案。当然，让人垂泪的棘手问题还不止这些。
三、用户私钥问题
本段与DAG无关，但由于采用DAG的加密货币不多，而IOTA又是持有范围较大的币种，所以写下这段，仅作安全提示。
IOTA用户的私钥由种子生成，种子长这样：
KJGH9YZXCYVYOWTV9YULOVYASDL99YGIAEQWEDFGHNSLNGHJFGHIJPCIYEC9GWOLMFGHGQ99Y9HNMRQASF
一共81位，看起来很长，但其实只有大写字母和数字9，人们除了质疑为什么不用小写字母和其他数字压缩种子长度之外，还有两点关键的质疑：种子如何凭空产生？种子如何生成私钥？
IOTA团队没有公开种子和私钥的生成算法。
《区块链资产朴素安全课》中提过，比特币的私钥是一个随机数，由256个0或1组成，文末配有转换工具网址，那就是公开的私钥生成算法。
但IOTA的私钥只能用官网钱包生成，如果私钥生成算法不公开，用户就无法验证眼前的是否是只有1000种可能的伪随机数私钥。
所以，IOTA用户的私钥有两层风险：
受curl算法的影响，私钥被冒签的风险；
受私钥生成算法未公开的影响，私钥被破解的风险。
如果还有第三层风险，那就是每次划转钱后，必须把余额转至新的地址，否则余额不保。
这源自于能抵抗量子攻击的温特尼茨单次签名（Winternitz one-time signature）的特性：每签一次，私钥就会暴露一半。这让每个私钥变成一根一次性筷子，每用一次都会被污染半截。
不知何时，IOTA才能平息这些质疑。
结语
DAG是一种数据存储结构，从它被发明的30多年来一直都有人使用，本身并没有问题。但它和区块链的区别在于DAG没有传统意义上的共识，每笔交易的可信与否取决于相信这笔交易的人数。
所以采用DAG技术的核心问题在于如何保护全网达成的一致？
IOTA使用了中心化方案：先协管员看护，以后慢慢放开。同样采用DAG的另一种加密货币Byteball就很淳朴，12名矿工通过收交易手续费的方式保护系统安全。
DAG曾经作为比特币扩容的方案，但最终没被采用，因为基于DAG的分布式网络在保护共识方面很难比区块更有效。
作为一种创新的存储方式，DAG和采用区块记录交易的方式相比，尽管很有趣，但它暂时没有明显的优势，这就是为什么很多区块链项目没有选择DAG的原因。
IOTA现在还没有解开自己的缠结，但作为旁观者的我们，有一点值得我们警醒。
加密数字货币的技术复杂度远超我们想象，但并非不可理解，只要我们投入足够的时间，一定可以理清思路，理性决策。
最受伤的人，恰恰是在局势未明朗时，仅凭日涨一寸的K线图就匆忙入场者，他们生怕承受错过的痛苦，甚至会有人因为缠结图和物联网长得像而看好DAG在物联网领域的发挥。
未经深入思考的投资者很可怜，捧着一摞血汗钱走进天罗地网，他们哪里会想到，编织这张网的可能不是别人的恶意，而恰恰是自己的认知偏差。
千万别眼红那些跑步进场、月赚10倍的朋友，他们可能有惊人的浮盈，但由于跑步进场这个动作本身就是未经深入思考的结果，于是，在迈出腿的一瞬间，就已经注定了大概率的结局。
投资大神乔伊·格林布雷（Joel Greenblatt）有个著名的类比：
买了股票但不知道买了什么，就如同手持火把穿过一个炸药工厂，你可能活下来，但你依然是一个傻子。
所以，拿出你的储备知识，启动你的逻辑链条，把思路里的缠结整理成区块，烘干认知偏差，时刻让自己的投资逻辑保持干爽。
主要参考资料 |
1. Serguei Popov*：The Tangle（IOTA官网白皮书v1.3）
2. MIT：Cryptographic vulnerabilities in IOTA 2017-9-7
3. Ivan：https://youtu.be/QsdZVnq4G60
4. Palmer：https://youtu.be/LtWUJtnQbKs
5. Richard Heart：https://youtu.be/w8_1JFE_9dI
——End——
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