TON未來怎么樣？解讀TON技術(shù)特點與智能合約開發(fā)范式！隨著幣安上線TON生態(tài)最大的游戲Notcoin以及由全流通token經(jīng)濟模型所引發(fā)的巨量財富效應，TON在短時間內(nèi)即取得了極大的關(guān)注。和朋友聊了下得知TON的技術(shù)門檻比較高，而且DApp開發(fā)范式與主流公鏈協(xié)議有很大的差異，因此花了一些時間深入研究了一下相關(guān)課題，有些心得體會，與諸君分享。簡而言之，TON的核心設(shè)計理念是以一種“自下而上”的方式重構(gòu)傳統(tǒng)的區(qū)塊鏈協(xié)議，并以舍棄互操作性為代價，實現(xiàn)對高并發(fā)和高可擴展性的極致追求。

今天腳本之家小編給大家分享的是TON未來怎么樣？解讀TON技術(shù)特點與智能合約開發(fā)范式的詳細介紹了，有需要的幣友一起看看吧！

TON的核心設(shè)計思想——高并發(fā)與高可擴展性

可以這么說，TON中所有復雜的技術(shù)選型的目的都來自于對高并發(fā)與高可擴展性的追求，當然從其誕生的背景我們也不難理解這一點。

TON，即The Open Network，是一個去中心化的計算網(wǎng)絡(luò)，包含一個L1區(qū)塊鏈和多個組件。

TON最初由Telegram的創(chuàng)始人Nikolai Durov及其團隊共同開發(fā)，而發(fā)展到現(xiàn)在則由全球獨立貢獻者的社區(qū)支持并維護。

其誕生要追溯到2017年，Telegram團隊開始為自己探索區(qū)塊鏈解決方案。由于當時沒有現(xiàn)有的L1區(qū)塊鏈能夠支持Telegram的九位數(shù)用戶基礎(chǔ)，他們決定設(shè)計自己的區(qū)塊鏈，當時稱為Telegram Open Network。

時間來到了2018年，為了獲得實現(xiàn)TON所需的資源，Telegram在2018年第一季度發(fā)起了Gram代幣（后來改名為Toncoin）的銷售。

2020年由于監(jiān)管問題，Telegram團隊退出了TON項目。

隨后，一小部分開源開發(fā)者和Telegram比賽獲勝者接手了TON的代碼庫，將項目名稱更名為The Open Network，并繼續(xù)積極地開發(fā)區(qū)塊鏈至今，且遵循原始TON白皮書中概述的原則。

那么既然是以作為Telegram的去中心化執(zhí)行環(huán)境作為設(shè)計目標，自然要面對兩個問題，高并發(fā)請求與海量數(shù)據(jù)，我們知道隨著技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，號稱TPS最高的Solana實測最高TPS也只有65000，這顯然不足以支撐百萬級TPS要求的Telegram生態(tài)。

與此同時隨著Telegram的大規(guī)模應用，其產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量早已突破天際，而區(qū)塊鏈作為一個極度冗余的分布式系統(tǒng)，若要求網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點都保存一份完整的數(shù)據(jù)，這也是不現(xiàn)實的。

因此為了解決上述兩個問題，TON對主流的區(qū)塊鏈協(xié)議做出了兩個方面的優(yōu)化：

• 通過采用“無限分片范式”（Infinite Sharding Paradigm）設(shè)計系統(tǒng)，解決數(shù)據(jù)冗余問題，使其可以承載大數(shù)據(jù)，同時緩解性能瓶頸問題；

• 通過引入基于Actor模型的完全并行執(zhí)行環(huán)境，極大的提升網(wǎng)絡(luò)TPS；

做區(qū)塊鏈的鏈——通過無限分片能力讓每個賬戶都有一條專屬的賬戶鏈

當下我們知道，分片（sharding）已經(jīng)成為了大部分區(qū)塊鏈協(xié)議提升性能降低成本的主流方案，而TON則將這點做到了極致，并提出了無限分片范式，所謂無限分片范式，指的是允許區(qū)塊鏈根據(jù)網(wǎng)絡(luò)負載動態(tài)地增加或減少分片數(shù)量。這種范式使得TON能夠在保持高性能的同時，處理大規(guī)模的交易和智能合約操作，理論上TON可以為每個賬戶都建立一條專屬的賬戶鏈，并通過一定的規(guī)則保證這些鏈之間的一致性，

抽象的來理解，在TON中一共存在四層鏈結(jié)構(gòu)：

• 賬戶鏈（AccountChain）：該層鏈表示與某個賬戶相關(guān)的一系列交易所組成的鏈，之所以交易可以組成鏈式結(jié)構(gòu)，是因為對于一個狀態(tài)機來說，只要執(zhí)行規(guī)則一致，狀態(tài)機在接收到相同順序的指令后得到的結(jié)果是一致的，因此所有區(qū)塊鏈分布式系統(tǒng)中都需要對交易進行鏈式排序，TON也不例外。賬戶鏈是TON網(wǎng)絡(luò)中最基本的組成單元，通常情況下賬戶鏈是一個虛擬的概念，不太可能真正存在一個獨立的賬戶鏈。

• 分片鏈（ShardChain）：在大部分的語境下，分片鏈才是TON中實際的組成單元，所謂分片鏈，即為一組賬戶鏈的集合。

• 工作鏈（WorkChain）：也可以叫做一組有自定義規(guī)則的分片鏈，例如創(chuàng)建一個基于EVM的工作鏈，在其上運行Solidity智能合約。理論上，社區(qū)中的每個人都可以創(chuàng)建自己的工作鏈。事實上，構(gòu)建它是一個相當復雜的任務，在此之前還要支付創(chuàng)建它的（昂貴）費用，并獲得驗證者的2/3的票數(shù)來批準創(chuàng)建你的工作鏈。

• 主鏈（MasterChain）：最后在TON中有一條特殊的鏈被稱為主鏈，該鏈負責為所有分片鏈帶來最終性。一旦分片鏈的區(qū)塊的哈希值被合并到主鏈的區(qū)塊中，該分片鏈區(qū)塊及其所有父區(qū)塊被認為具有最終性，這意味著它們可以被認為是固定且不可變的內(nèi)容，而被所有分片鏈的后續(xù)區(qū)塊引用。

通過采用這樣的范式，使TON網(wǎng)絡(luò)具備以下三個特點:

• 動態(tài)分片: TON可以自動拆分和合并分片鏈以適應負載的變化。這意味著新塊總是快速生成，而交易不會產(chǎn)生很長的等待時間。

• 高度可擴展:通過無限分片范式，TON能夠支持幾乎無限數(shù)量的分片，理論上可以達到2的60次方個工作鏈。

• 自適應性: 當網(wǎng)絡(luò)中的某個部分負載增加時，該部分可以被細分成更多的分片來處理增加的交易量。相反，當負載減少時，分片可以合并以提高效率。

那么這樣一個多鏈系統(tǒng)，首先需要面臨的就是跨鏈通信問題，尤其是由于具有無限分片的能力，當網(wǎng)絡(luò)中的分片數(shù)量達到一定量級后，鏈與鏈之間的信息路由將成為一件困難的事情。試想一下網(wǎng)絡(luò)中共有4個節(jié)點，每個節(jié)點負責維護1條獨立的工作鏈，其中鏈接關(guān)系表示該節(jié)點除了負責自身的工作鏈中交易排序工作之外，還需要監(jiān)聽并處理目標鏈中狀態(tài)變化，在TON中具體通過監(jiān)聽輸出隊列的消息實現(xiàn)，

假設(shè)工作鏈1中的賬戶A希望向工作鏈3中的賬戶C發(fā)送一個消息。則需要設(shè)計到消息路由問題，在這個例子中有兩條路由路徑，工作鏈1 -> 工作鏈2-> 工作鏈3，工作鏈1 -> 工作鏈4 -> 工作鏈3。

當面臨更復雜的情況時，就需要一個高效且低成本的路由算法快速完成消息通信，TON選擇了所謂“超立方體路由算法”來實現(xiàn)跨鏈消息通信路由發(fā)現(xiàn)。所謂超立方體結(jié)構(gòu)指的是一種特殊的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，一個n維超立方體是由2^n個頂點組成的，每個頂點都可以通過一個n位的二進制數(shù)來唯一標識。在這個結(jié)構(gòu)中，任意兩個頂點如果在二進制表示中只有一位不同，那么它們就是相鄰的。例如，在一個3維超立方體中，頂點000和頂點001是相鄰的，因為它們只在最后一位上不同。而上述例子即是一個2維超立方體。

在超立方體路由協(xié)議中，消息將從源工作鏈到目標工作鏈的路由過程是通過比較源工作鏈和目標工作鏈地址的二進制表示來進行的。路由算法會找到這兩個地址之間的最小距離（即二進制表示中不同位的數(shù)量），并通過相鄰工作鏈逐步轉(zhuǎn)發(fā)信息，直到達到目標工作鏈。這種方法能夠確保數(shù)據(jù)包沿著最短路徑傳輸，從而提高了網(wǎng)絡(luò)的通信效率。

當然為了簡化這個過程，TON也提出了一個樂觀技術(shù)方案，當用戶可以提供對某個路由路徑的有效證明，這通常是某個merkle trie root，節(jié)點即可直接承認該用戶提交的消息的可信性，這也被稱為即時超立方體路由。

因此我們可以看到TON中的地址和其他區(qū)塊鏈協(xié)議有著明顯的區(qū)別，其他主流區(qū)塊鏈協(xié)議大都采用橢圓加密算法生成的公私鑰中公鑰對應的哈希作為地址，因為地址只是做唯一性區(qū)分，而不需要承載路由尋址的功能，而TON中的地址有兩部分組成，（workchain_id, account_id），其中workchain_id即按照超立方體路由算法地址進行編碼，在這里就不詳細展開了。

還有一個容易產(chǎn)生疑問的點，你可能已經(jīng)發(fā)覺到主鏈和每個工作鏈均有鏈接關(guān)系，那么所有跨鏈信息均通過主鏈做中繼不就可以了么，就像是cosmos那樣。在TON的設(shè)計理念中，主鏈僅用于處理最關(guān)鍵的任務，即維護眾多工作鏈的最終性，將消息通過主鏈做路由也不是不行，只是由此產(chǎn)生的手續(xù)費用將十分昂貴。

最后簡單提一下其共識算法，TON采用了BFT+PoS的方式，即任意staker均有機會參與區(qū)塊打包，TON的選舉治理合約會每隔一段時間，從所有Stakers中隨機選擇一個打包的驗證者集群，被選中稱為驗證者的節(jié)點將通過BFT算法打包出塊，若打包錯誤信息或作惡，其stake的token將會被罰沒，反之將得到出塊獎勵。這基本上已經(jīng)是一個比較常見的選擇了，因此不在這里展開介紹。

基于Actor模型的智能合約和完全并行執(zhí)行環(huán)境

TON中另一個與主流區(qū)塊鏈協(xié)議不同的點是其智能合約執(zhí)行環(huán)境。為了突破主流區(qū)塊鏈協(xié)議TPS的限制，TON采用了自下而上的設(shè)計思路，采用Actor模型重構(gòu)了智能合約及其執(zhí)行方式，使其具備了完全并行執(zhí)行的能力。

我們知道主流的區(qū)塊鏈協(xié)議大都采用的是單線程串行的執(zhí)行環(huán)境，以Ethereum為例，其執(zhí)行環(huán)境EVM是一個以交易作為輸入的狀態(tài)機，當出塊節(jié)點通過打包區(qū)塊完成對交易的排序后，將以該順序通過EVM執(zhí)行交易，整個過程是完全串行并單線程的，即某個時刻只能有一筆被執(zhí)行，這樣做的好處是只要確認了交易順序，執(zhí)行的結(jié)果在廣泛的分布式集群中就具有一致性，與此同時由于同時只有一筆交易被串行執(zhí)行，這就意味著在執(zhí)行過程中，不可能存在其他交易對某待訪問狀態(tài)數(shù)據(jù)進行修改，這樣就實現(xiàn)了智能合約之間的互操作性。例如我們通過Uniswap使用USDT購買ETH，當該交易被執(zhí)行時，該交易對中LP的分布情況即為一個確定值，這樣就可以通過某些數(shù)學模型得出對應的結(jié)果，但假設(shè)情況不是這樣的，在執(zhí)行某bonding curve的計算時，有其他LP添加了新的流動性，那么計算結(jié)果將會是一個過時的結(jié)果，這顯然是不可接受的。

但是這種架構(gòu)也有明顯的局限性，那就是TPS的瓶頸，而這個瓶頸在當前多核處理器下顯得很老舊，就像你用一個最新的PC去玩一些老的電腦游戲，比如紅警，當作戰(zhàn)單位多到一定數(shù)量后，依然會發(fā)現(xiàn)卡的不行，這就是軟件架構(gòu)的問題。

你可能會聽到一些協(xié)議已經(jīng)在關(guān)注這個問題，并提出了自己的并行方案，以當前號稱TPS最高的Solana為例，也具備并行執(zhí)行的能力。只不過其設(shè)計思路與TON不同，在Solana中，其核心思想是將所有交易按照執(zhí)行依賴關(guān)系分為幾組，不同組之間不共享任何狀態(tài)數(shù)據(jù)。即不存在相同的依賴，這樣不同組內(nèi)的交易就可以并行執(zhí)行而不用擔心出現(xiàn)沖突的情況，而對于同組內(nèi)的交易，則還是沿用傳統(tǒng)的串行方式執(zhí)行。

而在TON中，其完全舍棄了串行執(zhí)行的架構(gòu)，轉(zhuǎn)而采用了一個專為并行而生的開發(fā)范式，Actor模型來重構(gòu)執(zhí)行環(huán)境。所謂Actor模型是由Carl Hewitt在1973年首次提出，目的是通過消息傳遞來解決傳統(tǒng)并發(fā)程序中共享狀態(tài)的復雜性問題。每個Actor都有自己的私有狀態(tài)和行為，且與其他Actor之間不共享任何狀態(tài)信息。Actor模型是一種并發(fā)計算的計算模型，它通過消息傳遞來實現(xiàn)并行計算。在這個模型中，"Actor"是基本的工作單元，它能夠處理接收的消息、創(chuàng)建新的Actor、發(fā)送更多消息、決定如何響應接下來的消息。Actor模型需要具備以下幾個特性：

• 封裝和獨立性：每個Actor在處理消息時都是完全獨立的，可以并行處理消息而不會互相干擾。

• 消息傳遞：Actor之間僅通過發(fā)送和接收消息進行交互，消息傳遞是異步的。

• 動態(tài)結(jié)構(gòu)：Actor可以在運行時創(chuàng)建更多的Actor，這種動態(tài)性使得Actor模型能夠根據(jù)需要擴展系統(tǒng)。

TON采用了這個架構(gòu)，來設(shè)計智能合約模型，這就意味著在TON中，每個智能合約都是一個Actor模型，其具備完全獨立的存儲空間。因為不依賴任何外部數(shù)據(jù)。除此之外，對同一個智能合約的調(diào)用還是按照接收隊列中消息的排序進行執(zhí)行，因此TON中的交易將可以被高效的并行執(zhí)行，而不需要擔心沖突問題。

然而這樣的設(shè)計方案也帶來了一些全新的影響，對于DApp開發(fā)者來說，其習慣的開發(fā)范式將被打破，具體如下：

1.智能合約之間的異步調(diào)用：在TON的智能合約內(nèi)部是無法原子性的調(diào)用外部合約或訪問外部合約數(shù)據(jù)的，我們知道在Solidity中，合約A的function1中調(diào)用合約B的function2，或者通過合約C的只讀function3訪問某狀態(tài)數(shù)據(jù)，整個過程是原子性的，在一筆交易中被執(zhí)行，這是一件非常容易的事情，然而在TON中，這將不可能實現(xiàn)，任何與外部智能合約的交互都將通過打包新的交易異步執(zhí)行，這種由智能合約發(fā)起的交易也被稱為內(nèi)部消息。且執(zhí)行過程中無法阻塞以獲得執(zhí)行結(jié)果。

例如我們開發(fā)一個DEX，如果采用EVM中常見的范式，通常會有一個統(tǒng)一的router合約用于管理交易路由，而每個Pool都單獨管理某個交易對相關(guān)的LP數(shù)據(jù)，那么假設(shè)當前有兩個池子USDT-DAI和DAI-ETH。當用戶希望通過USDT直接購買ETH，就可以通過router合約在一筆交易中順序請求這兩個池子，完成原子性 交易。然而在TON中就沒有這么容易實現(xiàn)了，需要思考新的開發(fā)范式，若仍然復用該該范式的話，那信息流可能是這樣的，這個請求將伴隨一個由用戶發(fā)起的external message和三個internal messages完成（注意這是用于說明差異性的，真實的開發(fā)中甚至連ERC20的范式也要重新設(shè)計）。

2.需要仔細考慮跨合約調(diào)用時出現(xiàn)執(zhí)行錯誤情況的處理流程，為每個合約間調(diào)用設(shè)計相應的彈回（bounce）函數(shù)。我們知道在主流的EVM中，當交易執(zhí)行時遇到問題時，整個交易將會被回滾，即被重置到執(zhí)行最初時的狀態(tài)。這在串行單線程模型中是容易理解的。然而在TON中，由于合約間調(diào)用采用了異步的方式執(zhí)行，即使后續(xù)某環(huán)節(jié)出錯，由于前面已經(jīng)被成功執(zhí)行的交易已經(jīng)被執(zhí)行并確認，這就有可能造成問題。因此TON中設(shè)置了一種特殊的消息類型，叫做彈回消息，即當某內(nèi)部消息觸發(fā)的后續(xù)執(zhí)行過程出現(xiàn)錯誤時，被觸發(fā)合約可以通過觸發(fā)合約預留的彈回函數(shù)將觸發(fā)合約中的某些狀態(tài)重置。

3.在某些復雜情況下，先被接收的交易不一定先被執(zhí)行完畢，因此不可以預設(shè)這種時序關(guān)系。在這樣一個異步和并行智能合約調(diào)用的系統(tǒng)中，定義處理操作順序可能很難。這就是為什么 TON 中的每個消息都有它的邏輯時間Lamport time（后面簡稱 lt）。它用于理解哪個事件引發(fā)了另一個以及驗證者首先需要處理什么。對于一個簡單的模型，先被接收的交易一定先被執(zhí)行完成。

在這個模型中，A和B分別表示兩個智能合約，則有如果 msg1_lt < msg2_lt，則tx1_lt < tx2_lt的時序關(guān)系。

然而在較為復雜的情況下，這個規(guī)則就會被打破。在官方文檔中有這樣的例子，假設(shè)我們有三個合約A、B和C。在一筆交易中，A發(fā)送兩個內(nèi)部消息msg1和msg2：一個給B，另一個給C。盡管它們是按確切順序創(chuàng)建的（先msg1，然后是msg2），但我們無法確定msg1 將在msg2之前被處理。這是因為從 A 到 B 和從 A 到 C 的路由可能在長度和驗證者集中有所不同。如果這些合約位于不同的分片鏈中，其中一條消息可能需要幾個區(qū)塊才能到達目標合約。即我們有兩種可能的交易路徑，如圖所示。

4.在TON中，其智能合約的持久化存儲采用了一個以Cell為單元的有向無環(huán)圖作為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)將按照編碼規(guī)則緊湊的壓縮為一個Cell，同時按照有向無環(huán)圖的方式向下延伸，這與EVM中狀態(tài)數(shù)據(jù)基于hashmap的結(jié)構(gòu)組織不同，由于數(shù)據(jù)請求算法的不同，TON中為不同深度的數(shù)據(jù)處理設(shè)置了不同的Gas價格，越深的Cell數(shù)據(jù)處理所需要的Gas越高，因此在TON中存在一種DOS攻擊的范式，即某些惡意用戶通過發(fā)送大量垃圾消息占用某個智能合約中所有的淺層Cell，這就意味著誠實用戶的存儲成本將越來越高。而在EVM中，由于hashmap的查詢復雜度為o(1)，因此有著相同的Gas，不會有類似問題。所以TON Dapp開發(fā)者應該盡量避免智能合約中出現(xiàn)無界數(shù)據(jù)類型。當出現(xiàn)無界數(shù)據(jù)類型時，應通過分片的方式將其打散。

5.還有一些特征則不那么特殊了，例如智能合約需要為存儲支付租金，在TON中智能合約天然是可升級的，以及原生的抽象賬戶功能，即在TON中所有錢包地址均為智能合約，只是未被初始化等，這些需要開發(fā)者小心留意。

以上就是腳本之家小編給大家分享的TON未來怎么樣？從技術(shù)特點解讀TON幣投資價值了，希望大家喜歡！

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