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第 11 屆 iT 邦幫忙鐵人賽

DAY 22
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Day22 - IOTA

既然有了 Bitcoin 以及 Etheruem 兩大區塊鏈為何還需要新的系統呢?
既然不知道就要快速理解,前幾年大家所訴說的區塊鏈 3.0 - IOTA 吧!

Why IOTA?

區塊鏈原本的系統容易造成資源搶奪與浪費之問題。

Abstract

IOTA 為一種專門於物聯網的虛擬貨幣,而 IOTA 的技術特點為 Tangle 以一個有向無環圖 (DAG -  Directed Acyclic Graph) 存放交易資訊,而其特性適合 M2M(Machine To Machine)的小額支付系統需求且論文有提出 Markov Chain Monte Carlo, MCMC 演算法。

Algorithm of MCMC

MCMC方法是用來在概率空間,通過隨機採樣估算興趣參數的後驗分佈。

MCMC 主要源自於貝氏推論,過去貝氏分析最為人詬病的即是主觀的先驗分配,如果單憑主觀使用無文獻背景的先驗分配,結論通常難以使人信服。 

MCMC 方法不單能降低計算難度,如果對參數的估計相較之下就比直接處理多微空間積分方便許多,且由於將參數設置為隨機變數,其所得結果甚至可能 較古典分析更為優秀。

貝氏推論將後驗機率(考慮相關證據或數據後,某一事件的條件概率)推導為二個前件、先驗機率(考慮相關證據或數據前,某一事件不確定性的概率)及似然函數(由機率模型推導而得)的結果。貝氏推論根據貝葉斯定理計算後驗 機率:

  1. 表示將某事件成立作為條件(因此 (A | B)表示「假定 B 事件成立下,A 事件發生」)
    2.H 表示假說,其機率可能會受實驗數據(以下會稱為證據)影響。一般來說會有許多互相矛盾的假說,任務是要確認哪一個假說可能性最高。
    3.E 表示證據。證據對應新的數據,也就是還沒用來計算先驗機率的數據。
    4.P(H),先驗機率,是觀察到數據 E(目前證據)之前,假說 H 的機率。
    5.P(H | E),後驗機率,是在給定證據 E 之後,假說 H 的機率,是希望求得的資訊,也就是在有目前證據時,假說 H 的機率。
    6.P(E | H)是假定 H 成立時,觀察到 E 的機率。在 H 不變時,這是 E 的函數,也是似然函數,指出在給定假設下假說和證據的相容程度。似然函數是證據 E 的函數,而後驗機率是假說 H 的函數。
    7.P(E)有時會稱為邊緣似然率(英語: marginal likelihood )。此系數對所有可能的假說都是定值,因此在判斷不同假說的相對機率時,不會用到這個系數中。

如果覺得公式太難看懂,可以看[圖文解讀什麼是馬爾可夫鏈蒙特卡羅方法](https://zhuanlan.zhihu.com/p/32982140),以圖解看 MCMC 。

DAG 有向無環圖

顧名思義 DAG ,沒有環,不走回頭路、永遠不回頭、不斷向前進。
DAG 可以重新繪製,讓所有邊朝著同一個方向延伸拓展、讓所有點有著先後次序。

只要以時間軸當作主角,一路的進程,凡事都是 DAG 。
是 DAG :課程擋修規則、族譜、閃電。
非 DAG :道路交通、食物鏈、人體血脈、山脈、氣流。

系統介紹

論文中提出一個無區塊鏈的虛擬貨幣系統稱之為 IOTA 。
IOTA 系統中通過節點發出的所有交易構成了 Tangle (DAG)。

在本文中會大量用到以下術語
tips : 尚未被驗證的交易(會在整個 Tangle 最末端)。
site:Tangle 中的交易。
node (節點):整個網路是由節點組成並且也是發起交易者。

架構

要發起一個交易,節點需做以下步驟:

  • 選擇兩個交易驗證(這兩筆交易可能會一樣)。
  • 檢查這兩筆交易有無衝突,且無驗證到衝突的交易。
    產生合法交易 (valid),節點必須解出一道加密的問題(耗費計算力),與比特幣挖礦相似(如: 需要找出一個 nonce 讓其與其他驗證交易的資料的 hash 值為特定格式,像是這個 hash 值的前面需有幾個 0)。
節點內不需要產生共識,所以可能會有衝突的交易! 那該如何解決此問題呢?

Tangle 的作法則是決定哪筆交易會被孤立(orphaned)!

規則:讓一個節點進行多次的 tip 選擇,觀察此交易可能被選到的驗證次數。

小結

透過 IOTA 白皮書想要傳遞的資訊即是區塊鏈仍有過多的問題無法解決,像是 Bitcoin 提出的閃電網路,即是要解決區塊鏈在小額交易以及 TPS 過低的難題。

IOTA 提出了 Tangle 這個 DAG ,希望可以解決區塊鏈在擴容上的難題,而很多人會去質疑 IOTA 他是不是區塊鏈,這個問題其實看了內容也能淺而易懂,他並不是!

IOTA 即是一個去中心化之帳本應用,他節省掉區塊鏈的 Gas Fees 問題以及 礦工節點在工作上的一些疑慮,儘管他不是區塊鏈那他也有著去中心化的精神!


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