Conclusiones clave

TON posee una lógica tecnológica central centrada en aplicaciones de alta velocidad: TON se originó a partir de Telegram, con transacciones registradas directamente en la cadena basadas en mensajes, lo que respalda la comunicación entre pares.

1. Entrega de mensajes asincrónicos: FunC, elegido como lenguaje de desarrollo, facilita la comunicación entre nodos TON mediante el intercambio de "mensajes". Sin embargo, como TON opera como una cadena asincrónica, introducir el concepto de tiempo lógico (It) es crucial para sincronizar correctamente los mensajes entre cadenas. Esto se logra asegurando que el tiempo lógico (lt) de los mensajes se ejecute estrictamente en orden cronológico, garantizando la ejecución precisa de la información.
2. Mecanismo de enrutamiento de mensajes de hipercubo: TON emplea una combinación de enrutamiento regular y enrutamiento rápido. El enrutamiento regular pasa mensajes entre fragmentos a través de una estructura de hipercubo que involucra nodos adyacentes. El enrutamiento rápido incorpora pruebas de Merkle que pueden transmitir mensajes a lo largo de los bordes del hipercubo, mejorando la velocidad.
3. Consenso de PoS + BFT para el desarrollo del ecosistema: POS evita cálculos extensos durante el proceso de generación de bloques, lo que resulta en una mayor eficiencia, menores costos y un mejor rendimiento de la red, lo que lo hace propicio para la implementación práctica de aplicaciones DAPP. Si bien DPOS es más rápido, su velocidad de confianza es más lenta que la de los sistemas BFT. Por tanto, TON opta por el mecanismo de consenso BFT.

La arquitectura dinámica de múltiples fragmentos de TON facilita la escalabilidad de las aplicaciones: TON mejora la velocidad a través de consultas paralelas, mejora la precisión de las consultas con fragmentación dinámica y aumenta la extensibilidad a través de una estructura de bolsa de celdas.

1. Arquitectura dinámica de múltiples fragmentos: TON comprende tres capas: una única cadena maestra, múltiples cadenas de trabajo y cadenas de fragmentos que pueden aumentar, disminuir y dividirse dinámicamente. Cada cadena de fragmentos es una colección de varias cadenas de cuentas, y las DAPP pueden activar cadenas de fragmentos específicas de forma autónoma.
2. Estado global rápidamente actualizable: la actualización del estado global implica una estructura similar a DAG llamada "bolsa de células". Se actualiza rápidamente combinando un conjunto de celdas nuevo y antiguo, eliminando la raíz anterior. Al mismo tiempo, adopta un mecanismo de reparación de bloques verticales para actualizar bloques.

TON continuará optimizando su marco técnico en el futuro: a través de la expansión paralela, la introducción de herramientas de fragmentación de cadenas y el refuerzo de las inspecciones de nodos, TON apunta a mantener sus ventajas en velocidad y escalabilidad.

Desafíos de escalamiento de blockchain

La escalabilidad de blockchain es un desafío técnico crucial y un impulsor clave para el desarrollo de la tecnología blockchain: a medida que las aplicaciones blockchain crecen y el número de usuarios aumenta, las redes blockchain existentes a menudo enfrentan problemas de rendimiento insuficiente y tiempos prolongados de confirmación de transacciones. Los diseños tradicionales de blockchain limitan su capacidad para manejar transacciones a gran escala y demandas de los usuarios, lo que genera congestión de la red, altos costos de transacción e ineficiencia.

Los desafíos de la escalabilidad de blockchain surgen principalmente de la arquitectura distribuida y los mecanismos de consenso: el mecanismo de consenso y la naturaleza distribuida de blockchain requieren que cada nodo de la red verifique y registre todas las transacciones, lo que limita el rendimiento de la red. Además, la seguridad y las características descentralizadas de blockchain exigen que todos los nodos mantengan copias completas de blockchain, lo que aumenta la carga de almacenamiento y transmisión.

Para abordar el desafío de la escalabilidad de blockchain, los investigadores han propuesto varias soluciones de escalamiento, como Sharding, Sidechains y Layer 2: estos enfoques tienen como objetivo mejorar el rendimiento y el rendimiento de la red dividiendo la red en segmentos más pequeños, introduciendo blockchains independientes o construyendo estructuras adicionales. en la cadena principal. Sin embargo, estas soluciones plantean nuevos desafíos técnicos y problemas de seguridad, como la comunicación entre fragmentos, las transferencias de activos entre fragmentos y el diseño de mecanismos de consenso.

1. La fragmentación, por ejemplo, implica dividir toda la red blockchain en fragmentos o fragmentos más pequeños, y cada fragmento procesa de forma independiente una parte de las transacciones y los datos. Si bien este mecanismo puede mejorar el rendimiento y el rendimiento general de la red, todavía enfrenta desafíos relacionados con la seguridad y la coherencia de la comunicación entre fragmentos y las transacciones entre fragmentos. Además, los mecanismos de fragmentación deben abordar el diseño y la implementación de mecanismos de consenso para garantizar la coherencia y seguridad de la red general.
2. La tecnología de cadena lateral implica la creación y ejecución de cadenas de bloques independientes conectadas a la cadena principal dentro de una red de cadenas de bloques. Las cadenas laterales facilitan las transferencias de activos bidireccionales con la cadena principal y al mismo tiempo tienen sus propias reglas y funcionalidades. El principio básico de la tecnología de cadena lateral es procesar algunas transacciones en la cadena lateral, aliviando la carga de la cadena principal y proporcionando mayor escalabilidad y flexibilidad. Sin embargo, las cadenas laterales requieren mecanismos y protocolos seguros para garantizar la seguridad de los activos y la coherencia en las transferencias de activos bidireccionales. Además, el diseño e implementación de cadenas laterales debe considerar la compatibilidad e interoperabilidad con la cadena principal.
3. Rollup, por otro lado, almacena un gran volumen de datos de transacciones fuera de la cadena en una cadena lateral y envía información resumida de estas transacciones a la cadena principal para su verificación. Su ventaja radica en mejorar significativamente la escalabilidad y el rendimiento de la red blockchain al almacenar datos de transacciones fuera de la cadena y utilizar la cadena principal para la verificación. Sin embargo, existen preocupaciones sobre la centralización y la seguridad con el enfoque Rollup.
4. Los nuevos mecanismos de consenso, como la Prueba de Historia (POH) de Solana, asocian marcas de tiempo con cada transacción, proporcionando una secuencia de tiempo verificable para la cadena de bloques. Esta secuencia de tiempo se puede utilizar para verificar el orden y el tiempo de las transacciones, reduciendo los costos de comunicación y los retrasos en el proceso de consenso. Si bien Solana afirma un TPS de hasta 65.000, el rendimiento de datos real, considerando la comunicación de nodo a nodo, es de alrededor de 6-8k TPS (alrededor de 4-5k diarios).

TON blockchain, originada en Telegram, fue concebida con la idea de servir a una base de usuarios masiva: Telegram es una de las plataformas sociales más populares del mundo, cuenta con más de 800 millones de usuarios activos mensuales y transmite miles de millones de mensajes dentro del software todos los días. TON, como incursión de Telegram en web3, fue diseñado desde el principio para atender a miles de millones de usuarios en lugar de solo a una pequeña base de usuarios.

Arquitectura técnica de TON

Diseño adaptable de múltiples cadenas divididas infinitas

La fragmentación de TON es ascendente: mientras que los esquemas de fragmentación de cadenas de bloques convencionales suelen adoptar un enfoque de arriba hacia abajo, estableciendo primero una única cadena de bloques y luego dividiéndola en cadenas de bloques interactivas para mejorar el rendimiento, la fragmentación de TON adopta un enfoque ascendente. Organiza estas cadenas de cuentas en cadenas de fragmentos, formando una cadena de fragmentos, donde las cadenas de trabajo existen puramente en formas virtuales o lógicas. TON logra el procesamiento de transacciones en paralelo a través de múltiples cadenas, lo que se conoce como "cadena de bloques de cadenas de bloques". Este enfoque aumenta efectivamente el rendimiento del sistema.

TON presenta una arquitectura de fragmentación dinámica, que consta de masterchain, workchain y shardchain: la masterchain coordina, mientras que el procesamiento de transacciones real ocurre dentro de varias cadenas de trabajo y shardchains. Además, la fragmentación de TON es dinámica y cada cuenta funciona como una cadena de fragmentación. Estos pueden combinarse de forma adaptativa en cadenas de fragmentos más grandes según las interacciones entre cuentas para abordar las necesidades de expansión dinámica.

1. Masterchain: solo hay uno, que abarca parámetros de protocolo, conjuntos de validadores, recursos compartidos correspondientes y registro de las cadenas de trabajo activas actuales y sus cadenas de fragmentos subordinadas. Las cadenas inferiores envían el último hash de bloque a la cadena maestra para garantizar la determinación del último estado cuando es necesaria la recuperación de mensajes entre cadenas.

Si la fragmentación alcanza su límite, cada cadena de fragmentación almacenará solo una cuenta o contrato inteligente. Esto da como resultado numerosas "cadenas de cuentas" que describen el estado y las transiciones de cuentas individuales, y estas cadenas se transmiten información mutuamente, formando Workchain a través de Shardchains.

1. Workchain: es un concepto virtual que existe como una colección de Shardchains, y el sistema admite hasta 2 ^ 32 Workchains. Cada Workchain puede personalizar reglas de manera flexible, como tipos de transacciones, tipos de tokens, contratos inteligentes y formatos de direcciones, siempre que se cumplan los estándares de interoperabilidad. Sin embargo, las Workchains deben compartir el mismo formato de cola de mensajes para un intercambio de mensajes eficiente, lo que implica garantías de seguridad similares para todas las Workchains.
2. Shardchain: para mejorar la eficiencia del procesamiento, las Shardchains se dividen automáticamente durante cargas elevadas y se fusionan durante cargas reducidas. Cada cadena de trabajo se divide además en cadenas de fragmentos (hasta 2^60). Shardchains distribuye el trabajo entre todas las Shardchains, y cada una sirve solo una parte de la colección de cuentas.

Mecanismos de transferencia de información

Mensaje: Dado que TON utiliza la función send_raw_message de FunC para desarrollar su lenguaje, los mensajes pasados por los nodos TON se denominan "mensajes". Una transacción en TON consta de un mensaje entrante que inicialmente la activa y un conjunto de mensajes salientes que se envían a otros contratos;

Enrutamiento de hipercubo: un mecanismo de mensajería estructurado tridimensional que permite que los mensajes creados en un bloque de una cadena fragmentada se entreguen y procesen rápidamente en el siguiente bloque de la cadena fragmentada de destino.

Entrega de mensajes asincrónicos

Las llamadas asincrónicas plantean desafíos de sincronización: en las cadenas de bloques síncronas, las transacciones pueden incluir múltiples llamadas de contratos inteligentes. En los sistemas asincrónicos, los usuarios no pueden recibir rápidamente respuestas del contrato inteligente de destino en la misma transacción. Este retraso se debe a que las llamadas de contrato pueden tardar varios bloques en procesarse y la distancia de enrutamiento entre los bloques de origen y destino afecta este proceso.

Para lograr una fragmentación infinita, es esencial garantizar una paralelización completa de los mensajes, lo que lleva a la introducción del concepto de tiempo lógico: en TON, cada transacción se ejecuta únicamente en un único contrato inteligente y se comunica entre contratos mediante mensajes. Esto introduce el concepto de tiempo lógico en cadenas asíncronas, permitiendo la sincronización de mensajes entre cadenas. Cada mensaje tiene su hora lógica o hora Lamport (en adelante lt). Este tiempo se utiliza para rastrear las relaciones entre eventos y determinar qué eventos los validadores deben procesar primero.

La lógica de ejecución se garantiza siguiendo estrictamente el orden de ejecución del mensaje lt: los mensajes enviados desde una cuenta y las transacciones que ocurren en una cuenta están estrictamente ordenados, con el lt de transacciones generadas mayor que el lt de mensajes. Además, el lt de mensajes enviados en una transacción es estrictamente mayor que el lt de la transacción que activa los mensajes. En el caso de varios mensajes, aquellos con un lt más bajo se procesan antes.

Mecanismo de enrutamiento de mensajes de hipercubo

TON emplea ejecución paralela con enrutamiento rápido + enrutamiento lento:

Enrutamiento lento: un método de procesamiento de información entre cadenas más estable y tradicional, donde la información se empaqueta en un bloque en la cadena de origen y luego se transmite de una cadena de fragmentos a otra a través de un retransmisor. También se pueden utilizar múltiples cadenas de fragmentos intermediarias para la transmisión. Todas las cadenas de fragmentos forman un gráfico de "hipercubo" y los mensajes se propagan a lo largo de los bordes de este hipercubo. Después de la validación por parte de los validadores, la información se empaqueta en otro bloque.

La ventaja del enrutamiento lento radica en una mayor seguridad y descentralización, ya que toda la información debe pasar por un proceso completo de confirmación de bloque. Para una red de hipercubo de cadenas de fragmentos con una escala de N, el número de rutas de salto = log16 (N). Por lo tanto, sólo se necesitan 4 nodos de enrutamiento para soportar un millón de cadenas de fragmentos.

Enrutamiento rápido: en el enrutamiento lento, los mensajes se propagan a lo largo de los bordes del hipercubo. Para acelerar, Fast Routing permite a los validadores de la cadena de fragmentos de destino procesar el mensaje por adelantado, proporcionar una prueba Merkle y enviar un recibo para destruir el mensaje transmitido.

El enrutamiento rápido es más rápido (los nodos pueden encontrar la ruta óptima) y evita la doble entrega. Sin embargo, no puede reemplazar el enrutamiento lento porque los validadores no son penalizados por perder recibos, lo que representa un cierto riesgo de seguridad.

Estado global de una cadena de bloques fragmentada

“Bolsa de celdas”: un conjunto de celdas actualizadas de manera similar a un gráfico acíclico dirigido (DAG). Esto implica representar el nuevo estado como otra “bolsa de células” con su propia raíz, y luego combinar los conjuntos de células nuevos y antiguos mientras se elimina simultáneamente la raíz anterior.

Reparación de bloques verticales: en las cadenas de fragmentos TON, cada bloque no es solo un bloque, sino una cadena. Cuando sea necesario arreglar un bloque en una cadena de fragmentos errónea, se enviará un nuevo bloque a la "cadena de bloques vertical" para el reemplazo del bloque.

Consenso

La red POS consta de tres roles:

1. Nodos validadores: participantes en el mantenimiento de la seguridad de la red apostando 300.000 TON al cumplir con los requisitos de hardware. Los bloques son creados por entre 100 y 1000 nodos seleccionados, elegidos mensualmente. Durante su mandato, los nodos electos se dividen en múltiples grupos de trabajo para crear nuevos bloques. Cada nuevo bloque requiere firmas de más de 2/3 de los nodos apostados en el grupo de trabajo para que se considere creado con éxito. El comportamiento malicioso puede dar lugar a cortes y descalificación.
2. Pescador: actúa como supervisor enviando pruebas no válidas para verificar si los nodos validadores han completado diligentemente sus tareas de verificación.
3. Nominador: sugiere nuevos bloques candidatos de cadena de fragmentos a los nodos de validación. Si el bloque es elegido, el curador se beneficia. Son responsables de verificar el estado de la cadena de fragmentos y los datos de la cadena de fragmentos vecina y enviarlos a los nodos validadores.

BFT (tolerancia a fallas bizantinas): TON, después de sopesar las opciones, elige BFT en lugar de DPOS por su mayor nivel de confianza y velocidad, a pesar de que DPOS es más rápido.

El nuevo marco de TON puede respaldar la transferencia de información de alta velocidad de TG

TON logra una alta velocidad y finalidad de las transacciones a través de una arquitectura dinámica de múltiples fragmentos: cada billetera de usuario en TON puede tener su propia cadena, y la base teórica para un TPS alto incluye el cálculo paralelo de fragmentos, soporte para comunicación instantánea entre fragmentos y soporte TVM. cálculo asincrónico.

TON aporta una mayor escalabilidad a través de un mecanismo de transferencia de información: en la cadena de bloques TON, las llamadas entre contratos inteligentes son asíncronas en lugar de atómicas. Esto significa que cuando un contrato inteligente llama a otro, la llamada no se ejecuta inmediatamente sino que se procesa en algún bloque futuro después de que finaliza la transacción. Este diseño permite una mayor escalabilidad ya que no requiere completar todo el procesamiento de transacciones en un solo bloque.

TON continuará optimizando el marco técnico en el futuro...

La hoja de ruta técnica de TON mejorará continuamente las ventajas de velocidad y escalabilidad de TON:

1. Separación de Clasificadores y Validadores.
2. Escalabilidad y mejora de la velocidad: Permitir que TON logre una expansión paralela en el manejo de una gran cantidad de transacciones.
3. Guías y herramientas de fragmentación de cadenas: guías de organización y ejemplos de códigos para manejar grandes cargas de trabajo TON en intercambios, sistemas de pago y servicios TON.
4. Mejora de la coordinación entre los nodos validadores: Fortalecer y mejorar la detección y el castigo de los validadores con bajo rendimiento.

Descargo de responsabilidad:

1. Este artículo se reimprime de [community.tonup]. Todos los derechos de autor pertenecen al autor original [Kiwi de la PKU blockchain Association]. Si hay objeciones a esta reimpresión, comuníquese con el equipo de Gate Learn y ellos lo manejarán de inmediato.
2. Descargo de responsabilidad: los puntos de vista y opiniones expresados en este artículo son únicamente los del autor y no constituyen ningún consejo de inversión.
3. Las traducciones del artículo a otros idiomas están a cargo del equipo de Gate Learn. A menos que se mencione, está prohibido copiar, distribuir o plagiar los artículos traducidos.