Tác giả gốc:Hiệp hội Blockchain Đại học Bắc Kinh Kiwi
Keytakeaways
TON lấy logic kỹ thuật lấy ứng dụng tốc độ cao làm cốt lõi: TON ra đời trên telegram, các giao dịch được tải trực tiếp lên chuỗi dựa trên tin nhắn và hỗ trợ point-to-point;
Gửi tin nhắn không đồng bộ: Do FunC được chọn làm ngôn ngữ phát triển chức năng nên mỗi nút trong TON giao tiếp bằng cách truyền tin nhắn. Tuy nhiên, TON là một chuỗi không đồng bộ nên để đồng bộ hóa chính xác các tin nhắn giữa các chuỗi, cần có khái niệm về thời gian logic (Nó ) được giới thiệu. Bằng cách đảm bảo thông báo lt được thực hiện đúng theo trình tự để đảm bảo việc thực thi thông tin chính xác;
Cơ chế định tuyến tin nhắn của Hypercube: TON áp dụng phương pháp định tuyến thông thường + định tuyến nhanh. Định tuyến thông thường truyền các tin nhắn giữa các phân đoạn qua các nút liền kề thông qua cấu trúc khối. Định tuyến nhanh bổ sung bằng chứng Merkle có thể được truyền dọc theo cạnh của hypercube để chuyển tiếp các cải tiến về thông báo . tốc độ;
Sự đồng thuận PoS + BFT tạo điều kiện phát triển sinh thái: POS tránh được nhiều tính toán trong quá trình tạo khối, hiệu quả và tiết kiệm chi phí hơn, đồng thời có hiệu suất mạng tốt hơn, có lợi cho việc triển khai các ứng dụng DAPP; đồng thời, mặc dù DPOS nhanh hơn, tốc độ tin cậy chậm hơn hệ thống BFT nên TON chọn BFT.
Kiến trúc đa phân đoạn động của TON tạo điều kiện thuận lợi cho ứng dụng Khả năng mở rộng: TON cải thiện tốc độ thông qua các truy vấn song song, cải thiện độ chính xác của truy vấn thông qua phân đoạn động và cải thiện khả năng mở rộng thông qua túi ô;
Kiến trúc đa phân đoạn động: TON có ba lớp, một chuỗi chính + nhiều Workchain + chuỗi phân đoạn có thể tăng, giảm và phân chia linh hoạt. Mỗi chuỗi phân đoạn là một tập hợp của nhiều chuỗi tài khoản khác nhau và DAPP có thể kích hoạt độc lập một chuỗi phân đoạn nhất định;
Trạng thái toàn cầu có thể được cập nhật nhanh chóng: Trạng thái toàn cầu được cập nhật thông qua cấu trúc túi ô tương tự DAG và trạng thái toàn cầu được cập nhật nhanh chóng bằng cách kết hợp các ô cũ và mới và xóa gốc cũ. Đồng thời, các khối sửa chữa và cập nhật khối dọc được sử dụng.
TON sẽ tiếp tục tối ưu hóa khung kỹ thuật trong tương lai:Lợi thế về tốc độ và khả năng mở rộng của TON sẽ tiếp tục được phát huy thông qua các cơ chế như mở rộng song song, ra mắt các công cụ phân mảnh chuỗi và kiểm tra nút nâng cao.
Vấn đề mở rộng chuỗi khối
Mở rộng blockchain là một vấn đề kỹ thuật quan trọng và là một trong những chìa khóa thúc đẩy sự phát triển của công nghệ blockchain:Khi các ứng dụng blockchain tiếp tục phát triển và số lượng người dùng tăng lên, các mạng blockchain hiện tại thường phải đối mặt với các vấn đề về thông lượng không đủ và thời gian xác nhận giao dịch dài. Các thiết kế blockchain truyền thống hạn chế khả năng xử lý các giao dịch quy mô lớn và nhu cầu của người dùng, dẫn đến tắc nghẽn mạng, phí giao dịch cao và kém hiệu quả;
Những thách thức của việc mở rộng blockchain chủ yếu xuất phát từ kiến trúc phân tán và cơ chế đồng thuận:Trước hết, cơ chế đồng thuận và tính chất phân tán của blockchain yêu cầu mỗi nút trong mạng phải xác minh và ghi lại tất cả các giao dịch, dẫn đến thông lượng mạng bị hạn chế. Thứ hai, đặc điểm bảo mật và phân cấp của blockchain yêu cầu tất cả các nút phải duy trì một bản sao hoàn chỉnh của blockchain, điều này làm tăng gánh nặng lưu trữ và truyền tải;
Để giải quyết vấn đề mở rộng blockchain, các nhà nghiên cứu đã đề xuất nhiều giải pháp mở rộng khác nhau:Chẳng hạn như giải pháp Sharding, Sidechains, Lớp 2, v.v. Các giải pháp này cố gắng chia mạng thành nhiều phần nhỏ hơn, giới thiệu các chuỗi khối độc lập hoặc xây dựng trên chuỗi chính các cấu trúc bổ sung để cải thiện thông lượng và hiệu suất mạng. Tuy nhiên, những giải pháp này cũng mang đến những thách thức kỹ thuật mới và các vấn đề bảo mật, chẳng hạn như giao tiếp giữa các phân đoạn, chuyển giao tài sản xuyên chuỗi và thiết kế cơ chế đồng thuận.
Phân chia: Ý tưởng cơ bản là chia toàn bộ mạng blockchain thành nhiều phân đoạn (hoặc phân đoạn) nhỏ hơn, mỗi phân đoạn có thể xử lý độc lập một phần giao dịch và dữ liệu. Bằng cách trải rộng các giao dịch và dữ liệu trên các phân đoạn khác nhau, cơ chế phân chia sẽ cải thiện thông lượng và hiệu suất của toàn bộ mạng. Tuy nhiên, nó vẫn phải đối mặt với các vấn đề về bảo mật và tính nhất quán của giao tiếp giữa các phân đoạn và giao dịch chéo.Ngoài ra, cơ chế sharding cũng cần giải quyết việc thiết kế và triển khai cơ chế đồng thuận để đảm bảo tính nhất quán và bảo mật của toàn mạng;
Sidechain: Công nghệ Sidechain là phương pháp tạo và chạy các chuỗi khối độc lập trong mạng chuỗi khối được kết nối với chuỗi chính (blockchain chính). Chuỗi bên có thể thực hiện chuyển tài sản hai chiều với chuỗi chính và có các quy tắc và chức năng độc lập riêng. Nguyên tắc cơ bản của công nghệ chuỗi bên là giảm gánh nặng cho chuỗi chính và mang lại khả năng mở rộng và linh hoạt cao hơn bằng cách chuyển một số giao dịch từ chuỗi chính sang chuỗi bên để xử lý. Tuy nhiên, chuỗi bên yêu cầu chuyển tài sản hai chiều với chuỗi chính, đòi hỏi các cơ chế và giao thức bảo mật nhất định để đảm bảo tính bảo mật và tính nhất quán của tài sản. Ngoài ra, việc thiết kế và triển khai chuỗi bên cần xem xét đến khả năng tương thích và tương tác với chuỗi chính;
Tổng hợp: Nguyên tắc cơ bản là lưu trữ một lượng lớn dữ liệu giao dịch trong chuỗi bên ngoài chuỗi, sau đó gửi thông tin tóm tắt của các giao dịch này đến chuỗi chính để xác minh. Ưu điểm của nó là có thể cải thiện đáng kể khả năng mở rộng và hiệu suất của mạng blockchain. Bằng cách lưu trữ dữ liệu giao dịch trên chuỗi bên và sử dụng chuỗi chính để xác minh, công nghệ Rollup có thể giảm đáng kể gánh nặng lưu trữ và tính toán trên chuỗi chính. Nhưng cũng có những lo ngại về tính tập trung và an ninh;
Các cơ chế đồng thuận mới: chẳng hạn như POH của Solana, cung cấp chuỗi thời gian có thể kiểm chứng được cho chuỗi khối bằng cách liên kết dấu thời gian với mỗi giao dịch. Chuỗi thời gian này có thể được sử dụng để xác minh thứ tự và thời gian của các giao dịch, từ đó giảm chi phí liên lạc và sự chậm trễ trong quá trình đồng thuận. Mặc dù Solana tuyên bố rằng TPS của họ có thể đạt tới 65.000, nhưng trên thực tế, hầu hết TPS được sử dụng làm liên lạc giữa các nút và giới hạn dữ liệu thực chỉ là 6-8 k (4-5 k hàng ngày).
Chuỗi khối TON có nguồn gốc từ Telegram và khái niệm thành lập ban đầu của nó là phục vụ một số lượng lớn người dùng:Telegram là một trong những nền tảng xã hội phổ biến nhất trên thế giới, với hơn 800 triệu người dùng hoạt động hàng tháng và hàng chục tỷ tin nhắn được truyền trong phần mềm mỗi ngày. Là sự chuyển đổi web3 của điện tín, ý tưởng thiết kế của TON đã dựa trên việc phục vụ hàng tỷ người dùng ngay từ đầu thay vì chỉ đáp ứng một số lượng nhỏ người dùng.
Kiến trúc kỹ thuật của TON
Thiết kế đa chuỗi thích ứng vô hạn
Phân đoạn của TON là từ dưới lên:Các giải pháp phân mảnh chuỗi khối thường áp dụng cách tiếp cận từ trên xuống, nghĩa là trước tiên thiết lập một chuỗi khối duy nhất và sau đó phân tách nó thành nhiều chuỗi khối tương tác để cải thiện hiệu suất. Tuy nhiên, giải pháp TON sharding áp dụng cách tiếp cận từ dưới lên: tổ chức các chuỗi tài khoản này thành chuỗi phân đoạn (Shardchain), sao cho chuỗi tài khoản (Workchain) chỉ tồn tại ở dạng thuần túy ảo hoặc logic trong chuỗi phân đoạn. TON triển khai nhiều chuỗi để xử lý các giao dịch song song, được gọi là blockchain của các chuỗi khối. Bằng cách này, hiệu suất hệ thống có thể được cải thiện một cách hiệu quả;
Kiến trúc sharding động của TON:Được chia thành masterchain, Workchain và shardchain. Masterchain chịu trách nhiệm điều phối và mỗi chuỗi công việc và chuỗi phân đoạn thực hiện xử lý giao dịch thực tế. Ngoài ra, shending của TON rất năng động. Mỗi tài khoản hoạt động như một Shardchain và có thể được kết hợp thích ứng thành Shardchain lớn hơn dựa trên mối quan hệ tương tác giữa các tài khoản để đáp ứng nhu cầu mở rộng năng động.
Masterchain: Chỉ có một, bao gồm các tham số của giao thức, bộ Trình xác thực và các phần chia sẻ tương ứng, ghi lại các Workchain đang hoạt động hiện tại và các Shardchain cấp dưới. Chuỗi bên dưới gửi hàm băm khối mới nhất tới Masterchain để đảm bảo rằng trạng thái mới nhất có thể được xác định khi cần đọc tin nhắn trên chuỗi chéo.
Nếu sharding đạt đến giới hạn, cuối cùng mỗi chuỗi shard sẽ chỉ giữ một tài khoản hoặc hợp đồng thông minh. Điều này sẽ dẫn đến một số lượng lớn các chuỗi tài khoản mô tả trạng thái và chuyển đổi trạng thái của một tài khoản. Các chuỗi tài khoản này truyền thông tin cho nhau, tức là Shardchain cấu thành Workchain.
Workchain: Đây là một khái niệm ảo tồn tại dưới dạng tập hợp các Shardchain. Hệ thống có thể chứa tới 2^32 Workchain. Mỗi Workchain có thể tùy chỉnh linh hoạt các quy tắc, chẳng hạn như loại giao dịch, loại mã thông báo, hợp đồng thông minh, biểu mẫu địa chỉ, v.v., trên cơ sở đáp ứng các tiêu chuẩn về khả năng tương tác. Nhưng Workchain phải có cùng định dạng hàng đợi tin nhắn để tạo điều kiện thuận lợi cho việc trao đổi tin nhắn.Tất nhiên, điều này cũng có nghĩa là tất cả các Workchain phải có sự đảm bảo an ninh gần như giống nhau;
Shardchain: Để nâng cao hiệu quả xử lý, nó có thể tự động phân chia khi tải trọng cao và hợp nhất các chuỗi khi tải giảm, mỗi Workchain sẽ được chia tiếp thành các Shardchains phân đoạn (tối đa 2^60). Shardchain phân phối công việc giữa tất cả các Shardchain và mỗi Shardchain chỉ phục vụ một phần của bộ tài khoản.
cơ chế truyền thông tin
Message：Vì TON sử dụng FunCsend_raw_messageNgôn ngữ phát triển chức năng nên mỗi nút của TON truyền qua được gọi là thông báo. Một giao dịch trong TON bao gồm tin nhắn gửi đến đã kích hoạt giao dịch đó ban đầu và một tập hợp các tin nhắn gửi đi được gửi đến các hợp đồng khác;
Hypercube Routing：Cấu trúc ba chiều của cơ chế truyền thông tin cho phép các tin nhắn được tạo trong một khối chuỗi phân đoạn nhanh chóng được chuyển và xử lý sang khối tiếp theo của chuỗi phân đoạn mục tiêu.
Gửi tin nhắn không đồng bộ
Cuộc gọi không đồng bộ có vấn đề về đồng bộ hóa:Trong một blockchain đồng bộ, một giao dịch có thể chứa nhiều lệnh gọi hợp đồng thông minh. Trong hệ thống không đồng bộ, người dùng không thể nhận được ngay phản hồi của hợp đồng thông minh mục tiêu trong cùng một giao dịch, vì lệnh gọi hợp đồng có thể mất nhiều khối để xử lý và độ dài của tuyến đường giữa khối nguồn và khối đích sẽ ảnh hưởng đến quá trình này ;
Để đạt được khả năng phân chia vô hạn, cần đảm bảo rằng thông điệp được song song hóa hoàn toàn, điều này dẫn đến thời gian logic:Trong TON, mỗi giao dịch chỉ được thực hiện trên một hợp đồng thông minh duy nhất và liên lạc giữa các hợp đồng thông minh thông qua tin nhắn. Do đó, khái niệm thời gian logic được sử dụng trong chuỗi không đồng bộ được đưa ra để đạt được sự đồng bộ hóa tin nhắn giữa các chuỗi, nghĩa là mỗi tin nhắn có thời gian logic hoặc thời gian Lamport (sau đây gọi là lt). Thời gian này được sử dụng để theo dõi mối quan hệ giữa các sự kiện và sự kiện nào mà trình xác thực cần xử lý trước;
thông báo lt sẽ được thực thi nghiêm ngặt để đảm bảo logic hoạt động:Tin nhắn được gửi từ một tài khoản và các giao dịch xảy ra trên tài khoản được sắp xếp nghiêm ngặt sao cho lt của giao dịch kết quả lớn hơn lt của tin nhắn và lt của tin nhắn được gửi trong giao dịch lớn hơn lt của giao dịch điều đó đã gây ra tin nhắn. Ngoài ra, nếu có nhiều tin nhắn tồn tại, những tin nhắn có lt thấp hơn sẽ được xử lý sớm hơn.
Cơ chế định tuyến hypercube tin nhắn:
TON sử dụng định tuyến nhanh + định tuyến chậm để chạy song song:
Định tuyến chậm:Một phương pháp xử lý thông tin chuỗi chéo truyền thống và ổn định hơn. Thông tin được đóng gói thành một khối trên chuỗi nguồn, sau đó được chuyển từ chuỗi phân đoạn này sang chuỗi phân đoạn khác thông qua một bộ chuyển tiếp. Cũng có thể sử dụng nhiều khối. Chuỗi phân đoạn trung gian để truyền tải . Hãy để tất cả các chuỗi phân đoạn tạo thành một biểu đồ hypercube và các thông báo sẽ truyền dọc theo các cạnh của siêu khối này. Thông tin sẽ được đóng gói thành một khối khác sau khi được người xác thực xác minh;
Ưu điểm của việc định tuyến chậm là tính bảo mật và phân cấp cao hơn, bởi vì tất cả thông tin cần phải trải qua quá trình xác nhận khối hoàn chỉnh. Đối với mạng siêu khối chuỗi phân đoạn có kích thước N, số tuyến đường cần đi qua là hop = log 16(N). Do đó, chỉ cần 4 nút định tuyến để hỗ trợ hàng triệu chuỗi phân đoạn.
Định tuyến nhanh:Trong định tuyến chậm, tin nhắn truyền dọc theo rìa của siêu khối. Để tăng tốc, định tuyến nhanh có thể cho phép người xác thực chuỗi phân đoạn đích của tin nhắn xử lý trước tin nhắn, sau đó cung cấp bằng chứng Merkel và gửi biên nhận tới hủy tin nhắn Tin nhắn đang được truyền đi;
Định tuyến nhanh nhanh hơn (các nút có thể tìm thấy đường dẫn tối ưu) và có thể ngăn chặn việc phân phối hai lần, nhưng nó không thể thay thế định tuyến chậm vì người xác thực sẽ không bị phạt nếu làm mất biên nhận nên có một rủi ro bảo mật nhất định.
Trạng thái toàn cầu của chuỗi phân đoạn
“bag of cells” : Một nhóm các ô được cập nhật ở dạng giống DAG. Bằng cách biểu thị trạng thái mới dưới dạng một túi ô khác có gốc riêng của nó, sau đó ghép các nhóm ô cũ và mới trong khi xóa gốc cũ;
Sửa chữa khối dọc: Mỗi khối trong chuỗi phân đoạn TON thực tế không chỉ có một khối mà còn có một chuỗi. Khi khối của chuỗi phân đoạn sai cần được sửa chữa, một khối mới sẽ được gửi đến blockchain dọc và thực hiện thay thế khối trên đó .
cơ chế đồng thuận
Có 3 vai trò trong mạng POS:
Nút xác minh: Sau khi đáp ứng các điều kiện về phần cứng, bạn có thể tham gia duy trì an ninh mạng bằng cách cam kết 300.000 TON;
Tất cả các khối được tạo bởi 100 ~ 1000 nút đã chọn. Các nút được bầu mỗi tháng một lần và TON Coin đã cam kết cần phải được niêm phong trong quá trình bầu cử. Các nút được chọn trong nhiệm kỳ sẽ được chia thành nhiều nhóm làm việc để tạo các khối mới. Mỗi khối mới sẽ được coi là thành công nếu nhận được chữ ký của hơn 2/3 số nút đã cam kết trong nhóm làm việc. Nếu nó làm điều xấu, nó sẽ bị chém và bị loại;
Fisherman: Bằng cách gửi các chứng chỉ không hợp lệ để phát hiện xem nút xác minh đã hoàn thành nhiệm vụ xác minh một cách chuyên sâu hay chưa, đây có thể được coi là vai trò của người giám sát;
Người hiệu đính: Nó đề xuất các khối ứng cử viên chuỗi phân đoạn mới cho người xác thực. Nếu khối được chọn, người hiệu đính sẽ kiếm được lợi nhuận. Nó chịu trách nhiệm xác minh trạng thái của chuỗi phân đoạn và dữ liệu của chuỗi phân đoạn liền kề và gửi chúng đến nút xác minh.
BFT：Sau khi cân nhắc, TON nhận thấy mặc dù DPOS nhanh hơn nhưng mức độ tin cậy và tốc độ của nó lại chậm hơn hệ thống BFT nên cuối cùng họ đã chọn BFT (Khả năng chịu lỗi của Byzantine).
Khung mới của TON có thể hỗ trợ truyền thông tin tốc độ cao của TG
TON đạt được tốc độ giao dịch cao và tính hữu hạn thông qua kiến trúc đa phân đoạn động:TON có thể tạo một chuỗi cho mỗi ví người dùng. Tính toán song song các phân đoạn, hỗ trợ liên lạc giữa các phân đoạn tức thì và hỗ trợ TVM cho tính toán không đồng bộ là cơ sở lý thuyết cho TPS cao của nó;
TON mang lại khả năng mở rộng cao hơn thông qua cơ chế truyền thông tin:Trong chuỗi khối TON, các lệnh gọi giữa các hợp đồng thông minh là không đồng bộ, không phải nguyên tử. Điều này có nghĩa là khi một hợp đồng thông minh gọi một hợp đồng thông minh khác, cuộc gọi không được thực hiện ngay lập tức mà được xử lý trên một số khối trong tương lai sau khi giao dịch kết thúc. Thiết kế này cho phép khả năng mở rộng cao hơn vì tất cả quá trình xử lý giao dịch không cần phải được hoàn thành trong một khối.
TON sẽ tiếp tục tối ưu hóa khung kỹ thuật trong tương lai...
Phần công nghệ lộ trình TON sẽ tiếp tục phát huy lợi thế về tốc độ và khả năng mở rộng của TON
Tách trình tự sắp xếp và trình xác minh;
Cải thiện khả năng mở rộng và tốc độ: Cho phép TON đạt được sự mở rộng song song trong khi xử lý một số lượng lớn giao dịch;
Hướng dẫn và công cụ phân chia chuỗi: Hướng dẫn và ví dụ về mã để tổ chức công việc TON tải cao trong các sàn giao dịch, hệ thống thanh toán và dịch vụ TON;
Tăng cường sự phối hợp giữa các nút xác nhận: tăng cường và cải thiện việc phát hiện và trừng phạt những người xác thực hoạt động kém;
Họ chỉ đại diện cho ý kiến cá nhân và không đại diện cho bất kỳ lời khuyên đầu tư nào. DYOR.
