TON: テレグラムオープンネットワーク。 パート 1: 概要、ネットワーク層、ADNL、DHT、オーバーレイ ネットワーク

ここ XNUMX 週間、Runet はテレグラムと、ロスコムナゾールによる無分別かつ無慈悲なブロックの状況について騒いでいます。 跳ね返りは多くの人を不快にさせましたが、これらはすべて Geektimes の投稿のトピックです。 私は別のことに驚きました。Telegram - Telegram Open Network に基づいてリリースが予定されている TON ネットワークの Habré に関する分析をまだ XNUMX 件も見ていません。 それに関する公式声明がないにもかかわらず、そこには研究すべき何かがあるので、私はこの欠陥を補いたいと思いました。

Telegram が非常に大規模なクローズド ICO を開始し、すでに信じられないほどの金額を集めているという噂があることを思い出させてください。 Gram 独自の暗号通貨が今年ローンチされることが予想されており、すべての Telegram ユーザーは自動的にウォレットを持つことになり、それ自体が他の暗号通貨に比べて大きな利点を生み出します。

残念ながら、公式声明はないので、私はこれ以上話を進めることしかできません。 出所不明の文書、これについてはすぐに警告します。 もちろん、それは非常に巧妙な偽物であることが判明する可能性がありますが、これがニコライ・ドゥロフによって書かれた（おそらく投資家の一人によってリークされた）将来のシステムに関する本物の白書である可能性もあります。 でも、たとえそれが偽物だったとしても、それを研究したり議論したりすることを誰も禁止しませんよね？

この文書には何が書かれていますか? 私はそれを本文に近い形で、ロシア語で、そしてもう少し人道的に、私自身の言葉で再話してみます（ニコライが形式的な数学に傾倒する傾向があることを許してください）。 たとえこれが本物であっても、これはシステムの説明草案であり、一般公開までに変更される可能性が非常に高いことに留意してください。

暗号通貨に加えて、さらに多くのことが期待されていることがわかりました。 順番に見ていきましょう。

• トーンブロックチェーン。 これがシステム全体の基礎となります。 それが何なのかわからない場合は、 ブロック — ここにはたくさんのブロックチェーンがあるので、調べることをお勧めします。 相互にネストされ、仮想的に断片化され、さらには他のブロックチェーンのブロック内に「垂直」ブロックチェーンが存在します。 のようなかっこいい響きの用語もいくつかあります。 インスタントハイパーキューブルーティング и 無限シャーディングパラダイム、しかしそれについては後で詳しく説明します。 そしてもちろん、プルーフ・オブ・ステークとスマートコントラクトも。
• TON P2P ネットワーク。 システムが構築されるベースとなるピアツーピア ネットワーク。 彼女については、物語のこの部分で最初に説明します。
• TONストレージ。 ファイルストレージは、ブロックチェーンに関係なく、前述のピアツーピアネットワーク上に構築されます。 トレントと比較できます。
• TONプロキシ。 これは、ネットワーク参加者の匿名性を高めることを目的としたサービスです。 どのパケットも直接送信するのではなく、I2P や TOR などの追加の暗号化を備えた中間トンネル経由で送信できます。
• トン DHT。 任意の値を格納するための分散ハッシュ テーブル。 上にも建てられています TONネットワーク （しかし同時にそれは彼によって使用されます）そして助けになります TONストレージ 「分散している」ノードを見つけて、 TONプロキシ — 中間中継器。 ただし、ブロックチェーンとは異なり、このハッシュ テーブルは安全なストレージではないことに注意してください。重要な情報を保存することはできません。
• TONサービス。 カスタム サービスのプラットフォーム。 本質的に、これは上記のすべてに加えて新しいインターネットです。 データ交換 - 経由 TONネットワーク/TONプロキシ、ロジックはスマートコントラクトにあります。 トーンブロックチェーン。 そして、かなりおなじみの URL を備えたインターフェイス。
• トンDNS。 私たちはよく知られた URL について話しているので、それらから 256 ビットのアドレス (アカウント、コントラクト、サービス、ノード) へのコンバーターも必要です。
• TON支払い。 そしてここでお金の問題が絡んでくるのです。 そして、それだけではありません グラム — エーテルと同様に、あらゆる「トークン」が可能になります。 ここではグラムが単なる「デフォルト」通貨になります。

これは、TON の「接地された」層、つまり従来のプロトコルの上に構築されたネットワーク部分について説明する最初の部分です。 次のパートでは、以下で説明するシステムによってサポートされる「ソフト」ブロックチェーンについて説明します。 したがって、私の再話の順序は、上記の文書で使用されている順序とは多少異なります（すぐに抽象レベルから始まります）。

基本的な概念

TL (言語を入力)。 これは、任意のデータ構造用の抽象バイナリ形式です。 これは Telegram プロトコルで使用されており、TON でも積極的に使用される予定です。 詳しく知りたい場合は、 ここに彼の説明があります.

ハッシュ (ハッシュ）。 任意のデータ構造を単一の固定長の数値に不可逆的に変換する関数。 ドキュメント全体を通して、この関数について説明します。 SHA-256.

ネットワークノード ( ）。 ノードは、システムの動作を保証するソフトウェアです。 特に、各 Telegram クライアント アプリケーションには TON ノードが含まれることが想定されています。 低レベルでは、ノードは IPv4/IPv6 アドレスを持ち、UDP プロトコルを使用して通信しますが、より高いレベルでは、 抽象アドレス ADNL プロトコルを実装します (抽象アドレスと ADNL については以下を参照)。 システムの一部が何かを実行したり、データを保存したりするということは、ネットワーク ノードによって行われることが理解されます。

要約アドレス （または単に アドレス, 住所）。 ノードのアドレスは、その公開鍵によって決定されます。 より厳密には、公開キーを含むデータ構造の 256 ビット ハッシュ (SHA256) です (特定の暗号化アルゴリズムは指定されていません。例として楕円曲線と RSA-2048 が示されています)。 あるノードが別のノードと通信するには、そのノードのアドレスだけでなく、このデータ構造も知る必要があります。 理論的には、XNUMX つの物理ノードで任意の数のアドレス (異なるキーに対応する) を作成できます。

さらに、まさにそのようなリンクがよく使用されます。つまり、TL 構造の形式の「プロトタイプ」（ほぼすべてのデータを含む）と、そこからの 256 ビットのハッシュがアドレス指定に使用されます。

ブロッカイン (ブロックチェーン）。 ブロックチェーンはデータ構造、要素 (ブロック) は「チェーン」に順序付けされ、チェーンの後続の各ブロックには前のブロックのハッシュが含まれます。 このようにして、整合性が実現されます。新しいブロックを追加することによってのみ変更を加えることができます。

サービス (サービス）。 TON 内のサービスには、ブロックチェーンを使用するかどうかに応じて、さまざまなタイプがあります。 たとえば、2 つ (または複数) のネットワーク ノードは、従来の Web サーバーのようにブロックチェーンにレコードを作成せずに、以下で説明する ADNL プロトコルを使用して特定の RPC リクエストを処理できます。 これには、ADNL を介した HTTP の実装の可能性と、メッセンジャー自体のこのプロトコルへの移行が含まれます。 TOR や IXNUMXP と同様に、これによりさまざまなブロッキングに対する耐性が高まります。

同時に、多くのサービスには、ブロックチェーンとの対話とブロックチェーン外部でのリクエストの処理の両方が含まれます。 たとえば、TON Storage (ファイルストレージ) の場合、ファイル自体をブロックチェーンに保存することはあまり合理的ではありません。 これにはファイル ハッシュ (およびそれらに関するメタ情報) のみが含まれ、特殊なネットワーク ノードが「ファイル サーバー」として機能し、ADNL 経由で他のノードに送信できるようになります。

霧サービス (フォグサービス）。 私たちは、分散化とそれらへのオープンな参加を意味するいくつかのサービスについて話しています。 たとえば、TON プロキシは、他のノード間でパケットを転送する仲介 (プロキシ) としてノードを提供したい参加者がサポートできるサービスです。 必要に応じて、彼は、マイクロペイメント用の TON Payments システム (つまり、フォグ サービスでもあります) を使用して、このために設定した料金を請求することができます。

ADNL: 抽象データグラム ネットワーク層

最下位レベルでは、ノード間の通信は UDP プロトコルを使用して実行されます (ただし、他のオプションも使用できます)。

上で述べたように、あるノードが別のノードにパケットを送信するには、そのノードがその公開鍵の 256 つ (つまり、そのノードが定義するアドレス) を知っている必要があります。 このキーを使用してパケットを暗号化し、パケットの先頭に XNUMX ビットの宛先アドレスを追加します。XNUMX つのノードがこれらのアドレスを複数持つことができるため、これにより復号化にどのキーを使用するかを決定できるようになります。

さらに、受信者のアドレスの代わりに、データ パケットの先頭にいわゆるアドレスが含まれる場合があります。 識別子 チャンネル。 この場合、パケットの処理はすでにノード間の特定の合意に依存しています。たとえば、特定のチャネルに送信されたデータは別のノード宛てである可能性があり、そのノードに転送する必要があります（これはサービスです） TONプロキシ）。 もう XNUMX つの特殊なケースは、ノード間の直接対話ですが、このチャネルの個別のキー ペア (Diffie-Hellman プロトコルを使用して事前生成) を使用した暗号化を伴う場合があります。

最後に、特殊なケースは「ヌル」チャネルです。ノードが「近隣」の公開鍵をまだ知らない場合、暗号化をまったく行わずにパケットを送信できます。 これは初期化のみを目的としています。ノードがキーに関する情報を送信したら、その後の通信に使用する必要があります。

上記のプロトコル (256 ビットのチャネル識別子 + パケットの内容) は ADNL と呼ばれます。 このドキュメントでは、TCP の類似物またはその独自のアドオンである RLDP (Reliable Large Datagram Protocol) を実装する可能性について言及していますが、実装の詳細については触れていません。

TON DHT: 分散ハッシュ テーブル

他の分散システムの場合と同様、TON には DHT の実装が含まれます。 分散ハッシュテーブル。 より具体的には、テーブルは次のとおりです カデムリア様。 このタイプのハッシュ テーブルに慣れていない場合でも、心配しないでください。以下で、ハッシュ テーブルがどのように機能するかを大まかに説明します。

抽象的な意味では、DHT は 256 ビットのキーを任意の長さのバイナリ値にマップします。 この場合、テーブル内のキーは特定の TL 構造からのハッシュです (構造自体も DHT と一緒に保存されます)。 これはノード アドレスの形成に非常に似ており、実際に DHT 内に存在する可能性があります (たとえば、このようなキーを使用して、特定のノードに対応するノードの IP アドレスを取得します)。 抽象アドレス、彼がそれを隠さなければ）。 しかし、一般的な場合、「キーのプロトタイプ」（キーのプロトタイプ） 説明, 主要な説明) は、ハッシュ テーブル内のエントリ (つまり、あるノードの公開キー) の「所有者」、保存されている値のタイプ、およびこのエントリを後で変更できるルールを示すメタデータです。 たとえば、ルールにより、所有者のみに値の変更を許可したり、(リプレイ攻撃から保護するために) 値を下方に変更することを禁止したりすることができます。

256 ビット キーに加えて、DHT アドレスの概念が導入されています。 通常のホスト アドレスとの違いは、DHT アドレスが必ず IP アドレスに関連付けられることです。 ノードがその IP を隠さない場合、DHT に通常のアドレスを使用できます。 しかし、多くの場合、DHT のニーズに応じて別の「半永久的」アドレスが作成されます。

距離の概念はキーと DHT アドレスの上に導入されています。ここではすべてがテーブルと一致しています。 カデルリア — キー間の距離は、それらの XOR (ビット単位の排他的論理和) に等しい。 Kademlia テーブルと同様に、特定のキーに対応する値は、 s このキーまでの距離が最も短いノード (s ここでは比較的小さい数です)。

DHT ノードが他のそのようなノードと通信するために、DHT ノードはメモリ内に保持されます。 DHT ルーティング テーブル — DHT と、以前に対話したノードの IP アドレス。距離ごとにグループ化されています。 このようなグループは 256 個あります (距離値に設定された最上位ビットに対応します。つまり、0 から 255 までの距離にあるノードは 256 つのグループに分類され、65535 から XNUMX までは次のグループに分類されます)。 各グループ内には、限られた数の「最良の」ノードが保存されます (ノードへの ping の観点から)。

各ノードはいくつかの操作をサポートする必要があります。 キーの値を保存する, ノード検索 и 値を検索する。 ノードの検索には、指定されたキーに基づいて、ルーティング テーブルからそのキーに最も近いノードを発行することが含まれます。 値の検索は、ノードがキーの値を知っている場合を除いて同じです (その後、キーの値を返すだけです)。 したがって、ノードが DHT 内のキーによって値を見つけたい場合は、ルーティング テーブルからこのキーに最も近い少数のノードにリクエストを送信します。 必要な値が応答に含まれていないが、他のノード アドレスがある場合は、要求がそれらに対して繰り返されます。

TON DHT は、torrent のようなファイル ストレージを実装するなど、さまざまな目的に使用できます (「. TONストレージ); 特定のサービスを実装するノードのアドレスを決定するため。 アカウント所有者に関する情報をブロックチェーンに保存します。 しかし、最も重要なアプリケーションは、抽象アドレスによるノードの検出です。 これを行うには、値を見つける必要があるキーとしてアドレスが使用されます。 リクエストの結果、ノード自体が見つかるか (検索されたアドレスが半永久的な DHT アドレスの場合)、値は接続用の IP アドレスとポート、またはノードとして使用される別のアドレスになります。中間トンネル。

TON のオーバーレイ ネットワーク

上で説明した ADNL プロトコルは、必ずしも最適な方法ではありませんが、任意のノードが相互に情報を交換できる機能を意味します。 ADNL のおかげで、すべてのノードがグローバル TON グラフ (理想的には接続された) を形成していると言えます。 ただし、このグラフ内にオーバーレイ ネットワーク、つまりサブグラフを作成することもできます。

このようなネットワーク内では、対話は、ネットワークに参加しているノード間で事前に形成された接続 (上記の ADNL チャネル経由) を通じてのみ直接実行されます。 近隣者間のこのような接続の形成、つまり近隣者自体の検索は、オーバーレイ ネットワークの接続を維持し、ネットワーク内でのデータ交換の遅延を最小限に抑えることを目的とした自動プロセスです。

さらに、大規模なブロードキャスト更新をネットワーク内で迅速に配布する方法があります。それらは断片に分割され、エラー修正コードが追加され、これらすべての断片が XNUMX つの参加者から別の参加者に送信されます。 したがって、参加者は、ネットワークに沿ってさらに送信する前に、すべてのパーツを完全に入手する必要はありません。

オーバーレイ ネットワークはパブリックまたはプライベートにすることができます。 パブリック ネットワークのメンバーになることは難しくありません。パブリック ネットワークを記述する TL 構造を見つける必要があります (パブリック ネットワークにすることも、DHT 内の特定のキーでアクセスできることもできます)。 プライベート ネットワークの場合、この構造はノードに事前に知られている必要があります。

つづきます

TON のレビューをいくつかの記事に分割することにしました。 ここでこの部分は終わりますが、 次に、次で 次に、TON を構成するブロックチェーン (より正確にはブロックチェーン) の構造について考えていきます。

出所： habr.com