Архитектура, лежащая в основе The Open Network

В недавно объявленной инициативе TON Foundation с Telegram было описано видение развития экосистемы TON в Telegram Web Apps, где вы сможете взаимодействовать с сотнями проектов на одной платформе. Перед пониманием этого, нужно убедиться в выполнении нескольких условий, в том числе технической осуществимости.

Создание экосистемы блокчейна, которая может поддерживать миллионы, а возможно и сотни миллионов пользователей, и предоставлять беспрепятственный и доступный опыт использования – это непростая задача. Мы считаем, что на сегодняшний день, кроме TON (The Open Network), никакой другой блокчейн не может обеспечить такую инфраструктуру масштаба.

Одной из основных особенностей The Open Network является её способность к высокой масштабируемости и пропускной способности. Для этого TON использует динамическое фрагментирование блокчейна на несколько областей или фрагментов, каждый из которых может обрабатывать транзакции независимо и параллельно. Фрагментирование делит состояние блокчейна на более мелкие части, так что каждый набор узлов должен хранить и проверять только подмножество данных.

С технической точки зрения, это должно позволить TON масштабироваться бесконечно и обрабатывать миллионы транзакций в секунду, сохраняя скорость, безопасность и децентрализацию.

Мы понимаем, что десятки блокчейнов делали подобные заявления в последние годы, но в TON Foundation мы считаем, что каждое заявление должно быть подкреплено достоверными фактами.

Чтобы понять, как TON может достичь такой высокой скорости транзакций при гораздо меньших сетевых комиссиях по сравнению с конкурентами, необходимо разобраться в его архитектуре.

TON-блокчейн состоит из одной основной цепи и до 2^32 рабочих цепей. Каждая рабочая цепь - это отдельная цепь со своими правилами. Каждая рабочая цепь может быть дополнительно разделена на 2^60 фрагментированных цепей, или суб-фрагментов, содержащих часть состояния рабочей цепи. В настоящий момент на TON работает только одна рабочая цепь - базовая цепь.

Это означает, что TON - это не просто отдельный блокчейн, а блокчейн из блокчейнов. Это позволяет работать с несколькими рабочими цепями, каждая из которых может иметь свои собственные правила и токеномику, при этом они все совместимы между собой.

Можно представить это как иерархическую, фрагментированную экосистему блокчейна, где основная цепь находится на верхнем уровне и далее фрагментируется на рабочие цепи, которые в свою очередь фрагментируются на фрагментированные цепи.

Основная цепь (masterchain) - это основная цепь, которая хранит конфигурацию сети и конечное состояние всех рабочих цепей. Можно представить это как основную директорию, главный источник правды для всех фрагментов в экосистеме.

Она содержит фундаментальную информацию о протоколе, включая текущие настройки, список активных валидаторов и их стейки, активные рабочие цепи и соответствующие фрагментированные цепи. Более того, она поддерживает запись последних хэшей блоков для всех рабочих цепей и фрагментированных цепей, обеспечивая консенсус в сети.

Основная цепь разделяется на отдельные цепи, называемые рабочими цепями. Рабочие цепи (workchain) - это индивидуализированные блокчейны, настроенные для определенных транзакций или случаев использования, работающие параллельно в сети TON.

Например, блокчейн-игра, требующая тысячи транзакций, может работать на своей собственной рабочей цепи и с комиссией за транзакции без конкуренции с другими проектами. У них могут быть свои правила, механизмы консенсуса и токеномика, но они все синхронизируются с основной цепью для проверки и совместимости. Децентрализация работы по всем рабочим цепям обеспечивает более высокую масштабируемость и скорость транзакций.

Учитывая гетерогенную природу TON, которая позволяет нескольким отдельным блокчейнам функционировать в рамках объединенной экосистемы и взаимодействовать, становятся возможными уникальные кросс-цепные решения. Все рабочие цепи должны согласовывать основные стандарты взаимодействия для поддержки межцепочечных взаимодействий.

Фрагментированные цепи (shardchain) - это подцепи рабочих цепей, идентифицируемые 60-битным префиксом фрагмента, который указывает на аккаунты (адреса), принадлежащие определенной фрагментированной цепи. Например, префикс фрагмента "01" означает, что фрагментированная цепь содержит все аккаунты, адреса которых начинаются с "01". Когда транзакция должна быть обработана, сеть быстро определяет, какая фрагментированная цепь должна обработать ее, обратившись к первым 60 битам адреса аккаунта и сопоставив их с соответствующим префиксом фрагмента.

Благодаря 60-битному префиксу в одной работающей цепи может существовать множество фрагментированных цепей, что позволяет обеспечить масштабируемость.

Длина в 60 бит позволяет TON иметь широкий диапазон префиксов фрагментов, что делает возможным динамическое разделение или слияние фрагментированных цепей для балансировки нагрузки. Когда фрагментированная цепь становится слишком большой или слишком маленькой, ее можно разделить или объединить с другой фрагментированной цепью, чтобы у каждой цепи был подходящий размер.

Динамическое фрагментирование является ключевой особенностью TON, позволяющей достичь высокой масштабируемости. Как уже было описано выше, возможность фрагментирования на отдельные рабочие цепи и фрагментированные цепи позволяет TON "распределить" транзакции, устраняя узкое место обработки транзакций в одном блокчейне.

Каждая фрагментированная цепь периодически передает свое состояние основной цепи, ведя записи обо всех фрагментах и их состоянии. Фрагментированные цепи также могут обмениваться информацией друг с другом с помощью гиперкубической маршрутизации, обеспечивая возможность проведения транзакций во всей экосистеме.

Интеграция фрагментированной архитектуры с основной цепью, рабочими цепями и боковыми цепями создает высокомасштабируемую, децентрализованную и гибкую блокчейн-экосистему, позволяющую TON поддерживать множество случаев использования и обрабатывать огромный объем транзакций.

Валидаторы участвуют в сети, предоставляя вычислительную мощность и ставки на Toncoin для поддержания целостности, безопасности и непрерывной работы сети - их сервера отвечают за проверку новых блоков и подтверждение транзакций в блокчейне.

В отличие от традиционных централизованных сетей, где одно лицо имеет неограниченный контроль, TON полагается на децентрализованный механизм Proof-of-Stake (PoS) для достижения согласия о состоянии блокчейна. В этом механизме валидаторы должны "пропускать" или заблокировать определенное количество Toncoin. Пропускание Toncoin служит и критерием пригодности валидаторов, и формой обеспечения безопасности сети.

Роль валидатора не является постоянной, а обновляется в процессе, учитывая различные факторы, такие как объем их участия, время работы и производительность их серверов и их поведение. Набор валидаторов также периодически изменяется для предотвращения сговора или вредоносной деятельности, обеспечивая стойкость сети к различным атакам.

Более того, валидаторы обслуживают не только отдельные фрагментированные или рабочие цепи, их операции важны для всей экосистемы, от основной цепи до индивидуальных фрагментированных цепей. Они участвуют в обработке транзакций, выполнении смарт-контрактов и даже играют роль в кросс-цепочечных (cross-chain) возможностях и управлении TON.

Выполняя эти роли, валидаторы делают TON безопасной, масштабируемой и эффективной блокчейн-сетью, способной поддерживать различные приложения и сервисы. Механизмы стейкинга и консенсуса гарантируют, что у валидаторов есть заинтересованность в долгосрочном успехе и безопасности TON.

Архитектура The Open Network является примером дальновидности. Проблемы масштабируемости и скорости транзакций, характерные для многих блокчейн-сетей, находят свое решение в TON. Его многогранная структура - от мастерчейна до шардчейна - оптимизирует эффективность, масштабируемость и безопасность.

TON создается не только для решения проблем сегодняшнего дня. TON Foundation расширяет возможности The Open Network, предлагая ей инновации, которые в других блокчейнах первого уровня могут быть заложены лишь на годы вперед. Сегодня TON находится на пороге установления нового эталона производительности блокчейна.

На момент выхода этой статьи TON Foundation готовится к публичному тестированию производительности, которое может установить новый мировой рекорд.

Приглашаем сообщество и энтузиастов присоединиться к нам в этом захватывающем путешествии, поскольку каждый из нас стремимся улучшить и расширить экосистему TON. Благодаря надежной архитектуре, лежащей в основе TON, в будущем нашу экосистему ожидают беспрецедентные достижения и интересные партнерства.

Перейти к официальной статье на английском языке: blog.ton.org/the-architecture-behind-the-open-network.

Авторство канала @DeepTon
Перевел и оформил @dacrime