キーテイクアウェイ

TONは、高速アプリケーションを中心としたコア技術ロジックを持っています:TONはTelegramに由来し、メッセージに基づいてトランザクションがチェーンに直接記録され、ピアツーピア通信をサポートします。

1. 非同期メッセージ配信:開発言語として選択されたFunCは、「メッセージ」の交換を通じてTONノード間の通信を容易にします。 ただし、TONは非同期チェーンとして動作するため、チェーン間でメッセージを正しく同期するには、論理時間(It)の概念を導入することが重要です。 これは、メッセージの論理時間(lt)が時系列で厳密に実行されるようにし、情報の正確な実行を保証することで実現されます。
2. Hypercube メッセージ ルーティング メカニズム: TON は、通常のルーティングと高速ルーティングの組み合わせを採用しています。 通常のルーティングでは、隣接するノードを含むハイパーキューブ構造を介してシャード間でメッセージを渡します。 高速ルーティングには、ハイパーキューブのエッジに沿ってメッセージを中継できるマークル証明が組み込まれており、速度が向上します。
3. エコシステム開発のためのPoS + BFTコンセンサス:POSは、ブロック生成プロセス中に大規模な計算を回避し、効率の向上、コストの削減、ネットワークパフォーマンスの向上を実現し、DAPPアプリケーションの実用的な実装を助長します。 DPOSは高速ですが、信頼速度はBFTシステムよりも遅くなります。 したがって、TONはBFTコンセンサスメカニズムを選択します。

TONの動的マルチシャードアーキテクチャは、アプリケーションのスケーラビリティを促進します:TONは、並列クエリによって速度を向上させ、動的シャーディングによってクエリの精度を向上させ、セル構造のバッグを通じて拡張性を高めます。

1. 動的なマルチシャードアーキテクチャ:TONは、単一のマスターチェーン、複数のワークチェーン、動的に増加、減少、分割できるシャードチェーンの3つのレイヤーで構成されています。 各シャードチェーンはさまざまなアカウントチェーンの集合体であり、DAPPは特定のシャードチェーンを自律的にアクティブ化できます。
2. 迅速に更新可能なグローバル状態: グローバル状態の更新には、「セルの袋」と呼ばれる DAG に似た構造が含まれます。 新しいセルと古いセルのセットを組み合わせて、古いルートを削除することで、すばやく更新されます。 同時に、ブロックを更新するための垂直ブロック修復メカニズムを採用しています。

TONは今後も技術体制の最適化を進め、並列拡張、チェーンシャーディングツールの導入、ノードインスペクションの強化などにより、スピードとスケーラビリティの優位性を維持することを目指しています。

ブロックチェーンスケーリングの課題

ブロックチェーンのスケーラビリティは、重要な技術的課題であり、ブロックチェーン技術の開発における重要な推進力です:ブロックチェーンアプリケーションが成長し、ユーザー数が増えるにつれて、既存のブロックチェーンネットワークは、スループットの不足やトランザクションの確認時間が長いという問題に直面することがよくあります。 従来のブロックチェーン設計では、大規模なトランザクションやユーザーの要求を処理する能力が制限され、ネットワークの輻輳、高いトランザクションコスト、非効率性につながっています。

ブロックチェーンのスケーラビリティの課題は、主に分散アーキテクチャとコンセンサスメカニズムに起因します:ブロックチェーンのコンセンサスメカニズムと分散型の性質により、ネットワーク内のすべてのノードがすべてのトランザクションを検証および記録する必要があり、ネットワークのスループットが制限されます。 さらに、ブロックチェーンのセキュリティと分散型の機能により、すべてのノードが完全なブロックチェーンコピーを維持する必要があり、ストレージと送信の負担が増大します。

ブロックチェーンのスケーラビリティの課題に対処するために、研究者はシャーディング、サイドチェーン、レイヤー2ソリューションなどのさまざまなスケーリングソリューションを提案しています。 これらのアプローチは、ネットワークをより小さなセグメントに分割したり、独立したブロックチェーンを導入したり、メインチェーン上に追加の構造を構築したりすることで、ネットワークのスループットとパフォーマンスを向上させることを目的としています。 しかし、これらのソリューションは、シャード間通信、シャード間の資産転送、コンセンサスメカニズムの設計など、新たな技術的課題やセキュリティ上の問題をもたらします。

1. たとえば、シャーディングでは、ブロックチェーンネットワーク全体を小さなフラグメントまたはシャードに分割し、各シャードがトランザクションとデータの一部を個別に処理します。 このメカニズムにより、ネットワーク全体のスループットとパフォーマンスは向上しますが、シャード間通信とシャード間トランザクションのセキュリティと一貫性に関連する課題が残っています。 さらに、シャーディングメカニズムは、ネットワーク全体の一貫性とセキュリティを確保するために、コンセンサスメカニズムの設計と実装に対処する必要があります。
2. サイドチェーン技術には、ブロックチェーンネットワーク内のメインチェーンに接続された独立したブロックチェーンの作成と実行が含まれます。 サイドチェーンは、独自のルールと機能を持ちながら、メインチェーンとの双方向の資産移転を容易にします。 サイドチェーン技術の基本原理は、一部のトランザクションをサイドチェーン上で処理することで、メインチェーンの負担を軽減し、より高いスケーラビリティと柔軟性を提供することです。 しかし、サイドチェーンには、双方向の資産移転における資産の安全性と一貫性を確保するために、安全なメカニズムとプロトコルが必要です。 さらに、サイドチェーンの設計と実装では、メインチェーンとの互換性と相互運用性を考慮する必要があります。
3. 一方、ロールアップは、大量のトランザクションデータをオフチェーンのサイドチェーンに保存し、これらのトランザクションの概要情報をメインチェーンに送信して検証します。 その利点は、トランザクションデータをオフチェーンに保存し、メインチェーンを使用して検証することにより、ブロックチェーンネットワークのスケーラビリティとパフォーマンスを大幅に向上させることにあります。 ただし、ロールアップ アプローチには、集中化とセキュリティに関する懸念があります。
4. SolanaのProof of History(POH)などの新しいコンセンサスメカニズムは、各トランザクションにタイムスタンプを関連付け、ブロックチェーンに検証可能な時系列を提供します。 このタイムシーケンスを使用してトランザクションの順序と時間を検証し、コミュニケーションコストとコンセンサスプロセスの遅延を削減できます。 Solanaは最大65,000のTPSを主張していますが、ノード間通信を考慮すると、実際のデータスループットは約6〜8kのTPS(毎日約4〜5k)です。

Telegramに由来するTONブロックチェーンは、大規模なユーザーベースにサービスを提供するという考えで考案されました:Telegramは世界で最も人気のあるソーシャルプラットフォームの1つであり、月間アクティブユーザー数8億人以上を誇り、ソフトウェア内で毎日数十億のメッセージを送信しています。 Telegramのweb3への進出であるTONは、当初から、単なる小さなユーザーベースではなく、何十億人ものユーザーに対応するように設計されていました。

TONの技術アーキテクチャ

適応型無限分割マルチチェーン設計

TONのシャーディングはボトムアップ:従来のブロックチェーンシャーディングスキームは通常、トップダウンのアプローチを採用しており、最初に単一のブロックチェーンを確立し、それをインタラクティブなブロックチェーンに分解してパフォーマンスを向上させますが、TONのシャーディングはボトムアップのアプローチを採用しています。 これらのアカウントチェーンをシャードチェーンに整理し、シャードチェーンを形成し、ワークチェーンは純粋に仮想的または論理的な形式で存在します。 TONは、「ブロックチェーン・オブ・ブロックチェーン」と呼ばれる複数のチェーンにまたがる並列トランザクション処理を実現します。 このアプローチにより、システムのパフォーマンスが効果的に向上します。

TONは、マスターチェーン、ワークチェーン、シャードチェーンで構成される動的なシャーディングアーキテクチャを特徴としており、マスターチェーンは調整され、実際のトランザクション処理はさまざまなワークチェーンとシャードチェーン内で行われます。 さらに、TONのシャーディングは動的であり、各アカウントはシャードチェーンとして機能します。 これらは、アカウント間の相互作用に基づいてより大きなシャードチェーンに適応的に組み合わせることができ、動的な拡張のニーズに対応できます。

1. マスターチェーン: プロトコル パラメーター、バリデーター セット、対応する共有、および現在アクティブなワークチェーンとその下位シャードチェーンの記録を含む 1 つのみがあります。 下位チェーンは、最新のブロックハッシュをマスターチェーンに送信し、クロスチェーンメッセージの取得が必要な場合に最新の状態を確実に決定します。

シャーディングが上限に達すると、各シャードチェーンは1つのアカウントまたはスマートコントラクトのみを保存します。 これにより、個々のアカウントの状態と遷移を記述する多数の「アカウントチェーン」が作成され、これらのチェーンが相互に情報を送信し、シャードチェーンを介してワークチェーンを形成します。

1. Workchain: これはシャードチェーンのコレクションとして存在する仮想概念であり、システムは最大 2^32 個のワークチェーンをサポートします。 各ワークチェーンは、相互運用性の基準を満たしている限り、トランザクションタイプ、トークンタイプ、スマートコントラクト、アドレス形式などのルールを柔軟にカスタマイズできます。 ただし、効率的なメッセージ交換のためには、ワークチェーンは同じメッセージキュー形式を共有する必要があり、すべてのワークチェーンで同様のセキュリティが保証されることを意味します。
2. シャードチェーン:処理効率を高めるために、シャードチェーンは高負荷時に自動的に分割され、負荷が減少するとマージされます。 各ワークチェーンはさらにシャードチェーンに分割されます (最大 2^60)。 シャードチェーンは、すべてのシャードチェーンに作業を分散し、それぞれがアカウントコレクションの一部のみを提供します。

情報転送メカニズム

メッセージ:TONはFunCの send_raw_message 関数を使用して言語を開発するため、TONノードによって渡されるメッセージは「メッセージ」と呼ばれます。 TON のトランザクションは、最初にトリガーする受信メッセージと、他のコントラクトに送信される一連の送信メッセージで構成されます。

ハイパーキューブ ルーティング: シャード チェーンの 1 つのブロックで作成されたメッセージを、ターゲット シャード チェーンの次のブロックに迅速に配信および処理できるようにする 3 次元構造化メッセージング メカニズム。

非同期メッセージ配信

非同期呼び出しには同期の課題があります:同期ブロックチェーンでは、トランザクションに複数のスマートコントラクト呼び出しが含まれる場合があります。 非同期システムでは、ユーザーは同じトランザクションでターゲットのスマートコントラクトから応答を迅速に受け取ることができません。 この遅延は、コントラクト呼び出しの処理に複数のブロックが必要であり、送信元ブロックと宛先ブロック間のルーティング距離がこのプロセスに影響を与えるためです。

無限シャーディングを実現するには、メッセージの完全な並列化を確実にすることが不可欠であり、論理時間の概念の導入につながります:TONでは、各トランザクションは単一のスマートコントラクトでのみ実行され、メッセージを使用してコントラクト間で通信します。 これにより、非同期チェインに論理時間の概念が導入され、チェーン間でのメッセージの同期が可能になります。 各メッセージには、論理時刻または Lamport 時刻 (以下、lt と呼びます) があります。 この時間は、イベント間の関係を追跡し、バリデーターが最初に処理する必要があるイベントを決定するために使用されます。

実行ロジックは、メッセージ lt の実行順序に厳密に従うことで保証されます: アカウントから送信されたメッセージとアカウントで発生するトランザクションは厳密に順序付けられ、生成されたトランザクションの lt はメッセージの lt よりも大きくなります。 さらに、トランザクションで送信されるメッセージの lt は、メッセージをトリガーするトランザクションの lt よりも厳密に大きくなります。 複数のメッセージの場合、lt が低いメッセージが先に処理されます。

Message Hypercube ルーティング・メカニズム

TONは、高速ルーティング+低速ルーティングによる並列実行を採用しています。

スロールーティング:より安定した従来のクロスチェーン情報処理方法であり、情報はソースチェーン上のブロックにパッケージ化され、リレイヤーを介してあるシャードチェーンから別のシャードチェーンに中継されます。 複数の中間シャードチェーンを伝送に使用することもできます。 すべてのシャードチェーンは「ハイパーキューブ」グラフを形成し、メッセージはこのハイパーキューブのエッジに沿って伝播します。 バリデーターによる検証の後、情報は別のブロックにパッケージ化されます。

スロールーティングの利点は、すべての情報が完全なブロック確認プロセスを経る必要があるため、セキュリティの向上と分散化にあります。 スケールが N のシャード チェーンのハイパーキューブ ネットワークの場合、ルートの数はホップ = log16(N) です。 したがって、100 万個のシャード チェーンをサポートするために必要なルーティング ノードは 4 つだけです。

高速ルーティング: 低速ルーティングでは、メッセージはハイパーキューブの端に沿って伝達されます。 高速化のために、ファストルーティングでは、宛先シャードチェーンのバリデーターがメッセージを事前に処理し、マークルプルーフを提供し、送信メッセージを破棄するためのレシートを送信できます。

ファストルーティングはより高速で(ノードは最適なパスを見つけることができ)、二重配信を防ぎます。 しかし、バリデーターはレシートを失ってもペナルティを受けないため、スロールーティングに取って代わることはできません。

シャード化されたブロックチェーンのグローバルな状態

「細胞の袋」:有向非巡回グラフ(DAG)と同様の方法で更新された一連の細胞。 これには、新しい状態を独自のルートを持つ別の「セルの袋」として表し、新しいセルと古いセルのセットを組み合わせると同時に、古いルートを削除することが含まれます。

垂直ブロック修復:TONシャードチェーンでは、各ブロックは単一のブロックではなくチェーンです。 誤ったシャードチェーンのブロックを固定する必要がある場合、ブロックの差し替えのために新しいブロックが「垂直ブロックチェーン」に提出されます。

コンセンサス

POS ネットワークは、次の 3 つの役割で構成されています。

1. バリデータノード:ハードウェア要件を満たした上で300,000トンをステーキングすることにより、ネットワークセキュリティを維持する参加者。 ブロックは、毎月選出される100〜1000の選択されたノードによって作成されます。 選出されたノードは、その任期中に複数のワーキンググループに分かれて新しいブロックを作成します。 新しいブロックは、ワーキンググループ内のステークされたノードの2/3以上からの署名が正常に作成されたと見なされる必要があります。 悪質な行為は、斬撃や失格につながる可能性があります。
2. フィッシャーマン:バリデータノードが検証タスクを熱心に完了したかどうかを確認するために、無効な証明を送信することでスーパーバイザーとして機能します。
3. ノミネーター: 新しいシャードチェーン候補ブロックをバリデーターノードに提案します。 ブロックが選出されると、キュレーターは利益を得ます。 シャードチェーンと隣接するシャードチェーンデータの状態を検証し、バリデーターノードに送信する役割を担います。

BFT(ビザンチンフォールトトレランス):TONは、オプションを検討した結果、DPOSの方が高速であるにもかかわらず、より高い信頼レベルと速度のためにDPOSよりもBFTを選択します。

TONの新しいフレームワークは、TGの高速情報転送をサポートできます

TONは、動的なマルチシャードアーキテクチャを通じて高いトランザクション速度とファイナリティを実現します:TONの各ユーザーウォレットは独自のチェーンを持つことができ、高いTPSの理論的基盤には、シャードの並列計算、インスタントシャード間通信のサポート、非同期計算をサポートするTVMが含まれます。

TONは、情報受け渡しメカニズムを通じてより高いスケーラビリティをもたらします:TONブロックチェーンでは、スマートコントラクト間の呼び出しはアトミックではなく非同期です。 つまり、あるスマートコントラクトが別のスマートコントラクトを呼び出すと、その呼び出しはすぐには実行されず、トランザクションが終了した後、将来のブロックで処理されます。 この設計により、すべてのトランザクション処理を 1 つのブロックで完了する必要がないため、スケーラビリティが向上します。

TONは今後も技術フレームワークの最適化を続けていきます...

TONの技術ロードマップは、TONのスピードとスケーラビリティの利点を継続的に向上させます。

1. ソーターとバリデーターの分離。
2. スケーラビリティと速度の向上:TONは、多数のトランザクションを処理する際の並列拡張を実現できます。
3. チェーンシャーディングガイドとツール:取引所、決済システム、およびTONサービスで高負荷のTON作業を処理するためのガイドとコード例を整理します。
4. バリデータノード間の連携の強化:パフォーマンスの低いバリデーターの検出と処罰を強化・改善します。

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