טון: טלגרם רשת פתוחה. חלק 1: מבוא, שכבת רשת, ADNL, DHT, רשתות שכבת על

כבר שבועיים שה-Runet עושה רעש על טלגרם ועל המצב עם חסימתו חסרת היגיון וחסר רחמים על ידי Roskomnadzor. הריקושט העליב אנשים רבים, אבל כל אלה הם נושאים לפוסטים ב-Geektimes. הופתעתי ממשהו אחר - עדיין לא ראיתי ניתוח אחד על Habré של רשת TON המתוכננת לצאת על בסיס Telegram - Telegram Open Network. רציתי להשלים את החסר הזה, כי יש מה ללמוד שם – גם למרות היעדר הצהרות רשמיות על כך.

הרשו לי להזכיר לכם שיש שמועות שטלגרם השיקה ICO סגור בקנה מידה גדול מאוד, לאחר שכבר אספה סכומי כסף מדהימים. צפוי שמטבע הקריפטו של גראם יושק השנה - ולכל משתמש בטלגרם יהיה אוטומטית ארנק, מה שיוצר כשלעצמו יתרון משמעותי על פני מטבעות קריפטוגרפיים אחרים.

לצערי, מכיוון שאין הצהרות רשמיות, אני יכול רק להמשיך הלאה מסמך שמקורו לא ידוע, שעליו אני מיד מזהיר אותך. כמובן שזה עשוי להתברר כזיוף מיומן מאוד, אבל ייתכן גם שמדובר בכתב לבן אמיתי של המערכת העתידית, שנכתב על ידי ניקולאי דורוב (והודלף, כנראה, על ידי אחד המשקיעים). אבל גם אם זה מזויף, אף אחד לא יאסור עלינו ללמוד ולדון בזה, נכון?

מה אומר המסמך הזה? אנסה לספר אותו מחדש במילים שלי, קרוב לטקסט, אבל ברוסית וקצת יותר אנושי (שמא ניקולאי יסלח לי על הנטייה שלו להיכנס למתמטיקה פורמלית). זכור שגם אם זה מקורי, זוהי טיוטת תיאור של המערכת וסביר להניח שישתנה עד למועד ההשקה לציבור.

אנו למדים שבנוסף למטבעות קריפטוגרפיים, צפויים עוד הרבה. בואו ניקח את זה לפי הסדר.

• טון. זה הבסיס של המערכת כולה. אם אתה לא יודע מה זה בלוק - אני ממליץ לברר, כי יהיו כאן הרבה בלוקצ'יין. ממוקמים אחד בתוך השני, מפוצלים כמעט ואפילו "אנכיים" בלוקצ'יין בתוך בלוקים של בלוקצ'יין אחרים. יהיו גם כמה מונחים שנשמעים מגניבים כמו ניתוב Hypercube מיידי и פרדיגמת ריסוק אינסופית, אבל על כך בהמשך. וכמובן, הוכחת סיכון וחוזים חכמים.
• רשת TON P2P. רשת עמית לעמית שעל בסיסה תיבנה המערכת. היא תידון תחילה בחלק זה של הסיפור.
• אחסון טון. אחסון קבצים, אשר ללא קשר לבלוקצ'יין, ייבנה על רשת peer-to-peer הנזכרת לעיל. ניתן להשוות לטורנטים.
• TON פרוקסי. מדובר בשירות שמטרתו להגביר את האנונימיות של משתתפי הרשת. כל מנה יכולה להישלח לא ישירות, אלא דרך מנהרות מתווך עם הצפנה נוספת - כמו I2P או TOR.
• טון DHT. טבלת hash מבוזרת לאחסון ערכים שרירותיים. הוא גם בנוי מלמעלה רשת TON (אבל במקביל הוא משמש אותו) ועוזר אחסון טון למצוא צמתים "מפיצים", וכן TON פרוקסי - משחזרי ביניים. אבל יש לציין שבניגוד לבלוקצ'יין, טבלת ה-hash הזו אינה אחסון מאובטח – לא ניתן לאחסן בה מידע חשוב.
• שירותי טון. פלטפורמה לשירותים מותאמים אישית. בעצם, זהו אינטרנט חדש על כל מה שתואר לעיל. החלפת נתונים - באמצעות רשת TON/TON פרוקסי, וההיגיון הוא בחוזים החכמים של ה טון. וממשק עם כתובות URL מוכרות למדי.
• טון DNS. מכיוון שאנחנו מדברים על כתובות URL מוכרות, אנחנו צריכים גם ממיר מהן לכתובות של 256 סיביות – חשבונות, חוזים, שירותים וצמתים.
• TON תשלומים. וכאן נכנסת עניין הכסף לתמונה. וזה לא רק יהיה גרמתי - כמו באתר, כל "אסימונים" יהיו אפשריים; גרמים יהיו רק מטבע "ברירת המחדל" כאן.

זהו החלק הראשון שמתאר את השכבה "המקורקעת" של TON - חלק הרשת שלו, שנבנה על גבי פרוטוקולים מסורתיים. בחלק הבא נדבר על ה"רך" - blockchain, אשר יתמך על ידי המערכת המתוארת להלן. לפיכך, סדר החזרה שלי שונה במקצת מזה שנעשה במסמך הנ"ל (שמתחיל מיד ברמה המופשטת).

מושגים בסיסיים

TL (הקלד שפה). זהו פורמט בינארי מופשט עבור מבני נתונים שרירותיים. הוא משמש בפרוטוקול טלגרם ויהיה בשימוש פעיל ב-TON. אם אתה רוצה להכיר את זה בפירוט - הנה התיאור שלו.

בְּלִיל (שירים). פונקציה המבצעת טרנספורמציה בלתי הפיכה של מבנה נתונים שרירותי למספר בודד באורך קבוע. לאורך התיעוד מדברים על הפונקציה SHA-256.

צומת רשת (צומת). צומת היא התוכנה שתבטיח שהמערכת תפעל. בפרט, ההנחה היא שכל אפליקציית לקוח של טלגרם תכלול צומת TON. ברמה נמוכה, לצמתים יש כתובות IPv4/IPv6 והם מתקשרים באמצעות פרוטוקול UDP; ברמה גבוהה יותר, יש להם כתובות מופשטות וליישם את פרוטוקול ADNL (על כתובות אבסטרקטיות ו-ADNL - ראה להלן). כשזה מגיע לעובדה שחלקים מסוימים של המערכת עושים משהו או מאחסנים נתונים מסוימים, מובן שזה נעשה על ידי צמתי רשת.

כתובת מופשטת (או בפשטות כתובת, כתובת). כתובת של צומת נקבעת לפי המפתח הציבורי שלו. באופן קפדני יותר, מדובר ב-hash של 256 סיביות (SHA256) של מבנה הנתונים המכיל את המפתח הציבורי (אלגוריתם ההצפנה הספציפי לא מצוין - עקומות אליפטיות ו-RSA-2048 ניתנים כדוגמאות). כדי שצומת אחד יתקשר עם אחר, הוא צריך לדעת לא רק את הכתובת של אותו אחד, אלא גם את מבנה הנתונים הזה. בתיאוריה, צומת פיזי אחד יכול ליצור כל מספר של כתובות (המקבילות למפתחות שונים).

יתר על כן, רק קישור כזה משמש לעתים קרובות: "אב טיפוס" בצורה של מבנה TL (המכיל כמעט כל נתונים), ו-hash של 256 סיביות ממנו, המשמש להתייחסות.

בלוקצ'יין (blockchain). Blockchain הוא מבנה נתונים, אלמנטים (בלוקים) אשר מסודרים ל"שרשרת", וכל בלוק עוקב של השרשרת מכיל את ה-hash של הקודם. בדרך זו מושגת שלמות – שינויים יכולים להתבצע רק על ידי הוספת בלוקים חדשים.

שירות (שרות). שירותים בתוך TON יכולים להיות מסוגים שונים, תלוי אם הם משתמשים בבלוקצ'יין או לא. לדוגמה, צומת רשת אחד (או רבים) יכול לעבד בקשות RPC מסוימות באמצעות פרוטוקול ADNL המתואר להלן, מבלי ליצור רשומות כלשהן בבלוקצ'יין - כמו שרתי אינטרנט מסורתיים. כולל אפשרות הטמעת HTTP על ADNL, כמו גם המעבר של המסנג'ר עצמו לפרוטוקול זה. באנלוגיה ל-TOR או I2P, זה יהפוך אותו לעמיד יותר בפני חסימות שונות.

במקביל, מספר שירותים כרוכים הן באינטראקציה עם הבלוקצ׳יין והן בעיבוד בקשות מחוצה לו. למשל, עבור TON Storage - אחסון קבצים - לא מאוד הגיוני לאחסן את הקבצים עצמם בבלוקצ'יין. הוא יכיל רק גיבוב קבצים (יחד עם קצת מטא-מידע עליהם), וצמתי רשת מיוחדים יפעלו כ"שרתי קבצים", מוכנים לשלוח אותם לצמתים אחרים באמצעות ADNL.

שירות ערפל (שירות ערפל). אנחנו מדברים על כמה שירותים המרמזים על ביזור והשתתפות פתוחה בהם. לדוגמה, TON Proxy הוא שירות שיכול להיתמך על ידי כל משתתף שרוצה לספק את הצומת שלו כמתווך (פרוקסי) להעברת מנות בין צמתים אחרים. אם ירצה, הוא יכול לגבות עמלה שנקבעה על ידו על כך - באמצעות מערכת TON Payments עבור מיקרו-תשלומים (שהיא, בתורה, גם שירות ערפל).

ADNL: מופשט Datagram Network Layer

ברמה הנמוכה ביותר, התקשורת בין צמתים תתבצע באמצעות פרוטוקול UDP (אם כי אפשרויות אחרות מקובלות).

כפי שהוזכר לעיל, על מנת שצומת אחד ישלח מנה לאחרת, עליו להכיר את אחד המפתחות הציבוריים שלו (ולכן את הכתובת שהוא מגדיר). הוא מצפין את החבילה במפתח זה ומוסיף את כתובת היעד של 256 סיביות לתחילת החבילה - מכיוון שצומת אחד יכול להכיל כמה מהכתובות הללו, זה יאפשר לו לקבוע באיזה מפתח להשתמש לפענוח.

בנוסף, במקום כתובת הנמען, ההתחלה של חבילת הנתונים עשויה להכיל את מה שנקרא. מזהה ערוץ. במקרה זה, עיבוד החבילה כבר תלוי בהסכמים ספציפיים בין צמתים - למשל, נתונים הנשלחים לערוץ מסוים עשויים להיות מיועדים לצומת אחר ויש להעביר אליו (זהו השירות TON פרוקסי). מקרה מיוחד נוסף עשוי להיות אינטראקציה ישירות בין צמתים, אך עם הצפנה באמצעות זוג מפתחות בודד עבור ערוץ זה (נוצר מראש באמצעות פרוטוקול דיפי-הלמן).

לבסוף, מקרה מיוחד הוא ערוץ "null" - אם צומת עדיין לא מכיר את המפתחות הציבוריים של "שכניו", הוא יכול לשלוח להם מנות ללא הצפנה כלל. זה מיועד רק לאתחול - ברגע שהצמתים שולחים מידע על המפתחות שלהם, יש להשתמש בהם להמשך תקשורת.

הפרוטוקול המתואר לעיל (256 סיביות של מזהה ערוץ + תוכן מנות) נקרא ADNL. התיעוד מזכיר את האפשרות להטמיע אנלוגי של TCP על גביו או תוסף משלו - RLDP (Reliable Large Datagram Protocol), אך לא נכנס לפרטים לגבי הטמעתם.

TON DHT: טבלת Hash מבוזרת

כמו במקרה של מערכות מבוזרות אחרות, TON כרוכה ביישום של DHT - טבלת חשיש מבוזרת. ליתר דיוק, הטבלה היא דמוי קדמליה. אם אינך מכיר סוג זה של טבלת גיבוב, אל תדאג, להלן אתאר בערך כיצד הם עובדים.

במובן מופשט, DHT ממפה מפתחות של 256 סיביות לערכים בינאריים באורך שרירותי. במקרה זה, המפתחות בטבלה הם hashes ממבנה TL מסוים (גם המבנים עצמם מאוחסנים יחד עם ה-DHT). זה דומה מאוד ליצירת כתובות צומת - והן אכן יכולות להיות נוכחות ב-DHT (לדוגמה, באמצעות מפתח כזה כתובת ה-IP של צומת המתאימה לנתון כתובת מופשטת, אם הוא לא מסתיר את זה). אבל במקרה הכללי, "אבטיפוס של מפתחות" (שלהם תיאורים, תיאורי מפתח) הוא מטא נתונים המציינים את ה"בעלים" של ערך בטבלת hash (כלומר, המפתח הציבורי של צומת כלשהו), סוג הערך המאוחסן והכללים שבאמצעותם ניתן לשנות ערך זה לאחר מכן. לדוגמה, כלל עשוי לאפשר רק לבעלים לשנות את הערך, או לאסור על שינוי הערך כלפי מטה (כדי להגן מפני התקפות שידור חוזר).

בנוסף למפתחות של 256 סיביות, המושג של כתובות DHT מוצג. ההבדל עם כתובות מארח רגילות הוא שכתובת ה-DHT קשורה בהכרח לכתובת IP. אם צומת לא מסתיר את ה-IP שלו, הוא יכול להשתמש בכתובת רגילה עבור DHT. אך לעתים קרובות יותר, תיווצר כתובת נפרדת "קבועה למחצה" לצרכי DHT.

מושג המרחק מוצג מעל המפתחות וכתובות ה-DHT - בזה הכל עולה בקנה אחד עם הטבלאות קדמליה - המרחק בין המקשים שווה ל-XOR (OR בלעדי סיביות) שלהם. כמו בטבלאות קדמליה, יש לאחסן את הערך המתאים למפתח מסוים s צמתים שיש להם את המרחק הקצר ביותר למפתח זה (s הנה מספר קטן יחסית).

כדי שצומת DHT יתקשר עם צמתים אחרים כאלה, הוא שומר בזיכרון טבלת ניתוב DHT - כתובות DHT ו-IP של צמתים איתם קיים אינטראקציה בעבר, מקובצות לפי המרחק אליהם. יש 256 קבוצות כאלה (הן מתאימות לביט המשמעותי ביותר שנקבע בערך המרחק - כלומר, צמתים במרחק מ-0 עד 255 ייפלו לקבוצה אחת, מ-256 ל-65535 - לקבוצה הבאה וכו'). בתוך כל קבוצה, מאוחסן מספר מוגבל של צמתים "הטובים ביותר" (במונחים של פינג אליהם).

כל צומת חייב לתמוך במספר פעולות: אחסון ערך עבור מפתח, חיפוש צמתים и לחפש ערכים. חיפוש צמתים כרוך בהנפקה, בהתבסס על מפתח נתון, של הצמתים הקרובים ביותר אליו מטבלת הניתוב; חיפוש ערכים זהה, למעט כאשר הצומת יודע את הערך של המפתח (ואז הוא פשוט מחזיר אותו). בהתאם לכך, אם צומת רוצה למצוא ערך לפי מפתח ב-DHT, הוא שולח שאילתות למספר קטן של צמתים הקרובים ביותר למפתח זה מטבלת הניתוב שלו. אם הערך הנדרש אינו בין התגובות שלהם, אבל יש כתובות צומת אחרות, הבקשה חוזרת אליהם.

TON DHT יכול לשמש למטרות שונות, למשל, ליישם אחסון קבצים דמוי טורנט (ראה. אחסון טון); לקבוע את הכתובות של צמתים המיישמים שירותים מסוימים; לאחסן מידע על בעלי חשבונות בבלוקצ'יין. אבל היישום החשוב ביותר הוא גילוי הצמתים לפי הכתובות המופשטות שלהם. לשם כך, הכתובת משמשת כמפתח שצריך למצוא את הערך שלו. כתוצאה מהבקשה, או שהצומת עצמו יימצא (אם הכתובת שחיפשה הייתה כתובת ה-DHT הקבועה למחצה שלו), או שהערך יהיה כתובת ה-IP והיציאה לחיבור - או כתובת אחרת שאמורה לשמש ככתובת מנהרת ביניים.

רשתות שכבת-על ב-TON

פרוטוקול ADNL שתואר לעיל מרמז על היכולת של כל צמתים להחליף מידע זה עם זה - אם כי לא בהכרח בדרכים אופטימליות. אנו יכולים לומר שבזכות ADNL, כל הצמתים יוצרים גרף TON גלובלי (מחובר באופן אידיאלי). אבל אפשר בנוסף ליצור רשתות שכבת-על - תת-גרפים בתוך הגרף הזה.

בתוך רשת כזו, האינטראקציה מתבצעת רק באופן ישיר - באמצעות חיבורים שנוצרו מראש בין צמתים המשתתפים ברשת (באמצעות ערוצי ADNL שתוארו לעיל). יצירת קשרים כאלה בין שכנים, חיפוש השכנים עצמם, הוא תהליך אוטומטי המבקש לשמור על הקישוריות של רשת העל ולמזער עיכובים בחילופי הנתונים בה.

בנוסף, ישנה דרך להפיץ במהירות עדכוני שידור גדולים בתוך הרשת - הם מחולקים לחתיכות, מתווספים בקוד תיקון שגיאות, וכל החלקים הללו נשלחים ממשתף אחד למשתתף אחר. לפיכך, המשתתף לא צריך להשיג את כל החלקים במלואם לפני שליחתם הלאה לאורך הרשת.

רשתות שכבת-על יכולות להיות ציבוריות או פרטיות. להיות חבר ברשת ציבורית זה לא קשה - אתה צריך למצוא מבנה TL שמתאר את זה (הוא יכול להיות ציבורי או נגיש על ידי מפתח מסוים ב-DHT). במקרה של רשת פרטית, מבנה זה חייב להיות ידוע לצומת מראש.

המשך יבוא

החלטתי לפצל את סקירת TON למספר מאמרים. כאן מסתיים החלק הזה, ו בבא אני עובר לשקול את המבנה של הבלוקצ'יין (ליתר דיוק, בלוקצ'יין) שממנו יהיה מורכב TON.

מקור: www.habr.com