本文是一系列文章的延續，在這些文章中，我研究了（可能是）分佈式網絡 Telegram Open Network (TON) 的結構，該網絡正準備於今年發布。 在 我描述了它最基本的層面——節點之間交互的方式。
以防萬一，讓我提醒您，我與該網絡的開發無關，所有材料都是從開放（儘管未經驗證）來源收集的 - （還有一個附帶的 ，簡要概述了要點），去年年底出現。 在我看來，這份文件中的信息量表明了其真實性，儘管沒有得到官方證實。
今天我們來看看 TON 的主要組成部分——區塊鏈。
基本概念
帳戶 (帳戶）。 由256位數字標識的一組數據 帳戶ID （通常這是帳戶所有者的公鑰）。 在基本情況下（見下文 零工作鏈），該數據指的是用戶的餘額。 “佔領”具體 帳戶ID 任何人都可以，但它的值只能根據一定的規則改變。
智能合約 (智能合約）。 本質上，它是賬戶的一種特殊情況，輔以智能合約代碼和變量存儲。 如果在“錢包”的情況下，您可以根據相對簡單且預先確定的規則從中存入和取出資金，那麼在智能合約的情況下，這些規則將以代碼的形式編寫（以某種圖靈完備的形式）編程語言）。
區塊鏈狀態 (區塊鏈的狀態）。 所有賬戶/智能合約的狀態集合（抽象意義上是一個哈希表，其中鍵是賬戶標識符，值是賬戶中存儲的數據）。
信息 (信息）。 上面我使用了“貸方和借方貨幣”這一表達方式——這是消息的一個特定示例（“轉賬 N克 從帳戶 帳戶_1 記賬 帳戶_2”）。 顯然，只有擁有賬戶私鑰的節點才能發送這樣的消息 帳戶_1 - 並能夠通過簽名確認這一點。 將此類消息傳遞到常規帳戶的結果是其餘額增加，而智能合約的結果是執行其代碼（它將處理消息的接收）。 當然，其他消息也是可能的（不是傳輸貨幣金額，而是在智能合約之間傳輸任意數據）。
交易 (交易）。 消息傳遞的事實稱為事務。 交易改變了區塊鏈的狀態。 構成區塊鏈中區塊的是交易（消息傳遞記錄）。 在這方面，您可以將區塊鏈的狀態視為增量數據庫 - 所有塊都是“差異”，需要順序應用以獲得數據庫的當前狀態。 打包這些“差異”（並從中恢復完整狀態）的細節將在下一篇文章中討論。
TON 中的區塊鏈：它是什麼以及為什麼？
正如上一篇文章中提到的， 區塊鍊是一種數據結構，其元素（塊）被排序成一條“鏈”，鏈中的每個後續塊都包含前一個塊的哈希值。 評論提出了一個問題：當我們已經有了 DHT（分佈式哈希表）時，為什麼還需要這樣的數據結構？ 顯然，有些數據可以存儲在DHT中，但這只適合不太“敏感”的信息。 加密貨幣餘額無法存儲在 DHT 中 - 主要是由於缺乏對 DHT 的檢查 正直。 實際上，區塊鏈結構的整體複雜性不斷增加，以防止存儲在其中的數據受到干擾。
然而，TON 中的區塊鏈看起來比大多數其他分佈式系統中的區塊鏈更加複雜 - 這有兩個原因。 首先是希望盡量減少對 叉子。 在傳統加密貨幣中，所有參數都是在初始階段設定的，任何改變它們的嘗試實際上都會導致“另類加密貨幣宇宙”的出現。 第二個原因是支持壓榨（分片, 分片）區塊鏈。 區塊鍊是一種不會隨著時間的推移而變小的結構； 通常每個負責網絡運行的節點都被迫完整地存儲它。 在傳統（集中式）系統中，分片用於解決這樣的問題：數據庫中的一些記錄位於一台服務器上，一些位於另一台服務器上，等等。 就加密貨幣而言，這種功能仍然相當罕見，特別是因為很難將分片添加到最初計劃之外的系統中。
TON 計劃如何解決上述兩個問題？
區塊鏈內容。 工作鏈。
首先，我們來談談區塊鏈中計劃存儲什麼。 賬戶（基本情況下的“錢包”）和智能合約的狀態將存儲在那裡（為簡單起見，我們假設這與賬戶相同）。 本質上，這將是一個常規哈希表 - 其中的鍵將是標識符 帳戶ID和值是包含以下內容的數據結構：
- 平衡;
- 智能合約代碼（僅適用於智能合約）；
- 智能合約數據存儲（僅適用於智能合約）；
- 統計數據;
- (可選的) 賬戶轉賬的公鑰，默認為account_id；
- 傳出消息隊列（此處輸入消息以轉發給收件人）；
- 發送到此帳戶的最新消息的列表。
如上所述，塊本身由交易組成 - 傳遞到各個 account_id 帳戶的消息。 然而，除了account_id之外，消息還包含一個32位字段 工作鏈id ——所謂的標識符 工作鏈 (工作鏈, 工作區塊鏈）。 這允許您擁有多個具有不同配置且彼此獨立的區塊鏈。 在這種情況下，workchain_id = 0被認為是一種特殊情況， 零工作鏈 — 其中的餘額將對應於 TON（克）加密貨幣。 最有可能的是，一開始其他工作鏈根本不存在。
分片鏈。 無限分片範式。
但區塊鏈數量的增長並不止於此。 讓我們來處理分片。 讓我們想像一下，每個帳戶 (account_id) 都分配有自己的區塊鏈 - 它包含發送到它的所有消息 - 並且所有此類區塊鏈的狀態都存儲在單獨的節點上。
當然，這是非常浪費的：最有可能的是，在每一個 分片鏈 (分片鏈, 分片區塊鏈）交易將很少到達，並且將需要許多強大的節點（展望未來，我注意到我們不僅僅是在談論移動電話上的客戶端 - 而是在談論嚴肅的服務器）。
因此，分片鏈通過標識符的二進制前綴來組合賬戶：如果分片鏈的前綴為 0110，那麼它將包含以這些數字開頭的所有 account_id 的交易。 這 分片前綴 長度可以從 0 到 60 位 - 最主要的是它可以動態改變。
一旦其中一個分片鏈開始接收太多交易，在其上工作的節點就會根據預先確定的規則，將其“拆分”為兩個子鏈——它們的前綴將長一點（對於其中一個分片鏈來說，該位將是等於 0，其他為 - 1)。 例如， 分片前綴 = 0110b 將分裂成 01100b 和 01101b. 反過來，如果兩個“相鄰”分片鏈開始感到足夠自在（一段時間），它們將再次合併。
因此，分片是“自下而上”完成的——我們假設每個帳戶都有自己的分片，但目前它們通過前綴“粘合在一起”。 這就是它的意思 無限分片範式 (無限分片範式).
另外，我想強調的是，工作鏈只是虛擬存在的——事實上， 工作鏈id 它是特定分片鏈標識符的一部分。 用正式術語來說，每個分片鏈都由一對數字定義（工作鏈id, 分片前綴).
糾錯。 垂直區塊鏈。
傳統上，區塊鏈上的任何交易都被認為是“一成不變的”。 然而，就 TON 而言，“重寫歷史”是可能的——以防有人（所謂的。 漁夫結）將證明其中一個區塊的簽名不正確。 在這種情況下，一個特殊的校正塊會被添加到相應的分片鏈中，其中包含被校正的塊本身的哈希值（而不是分片鏈中的最後一個塊）。 將分片鏈視為水平佈局的區塊鏈，我們可以說，糾正區塊不是從右側而是從上方附加到錯誤區塊上 - 因此它被認為成為小型“垂直區塊鏈”的一部分。 因此，我們可以說分片鍊是 二維區塊鏈.
如果在錯誤塊之後，後續塊引用了它所做的更改（即，基於無效交易進行了新交易），則糾正性交易也會“在頂部”添加到這些塊中。 如果這些區塊沒有影響“受影響”的信息，那麼這些“修正波”就不適用於它們。 例如，在上圖中，第一個區塊增加賬戶 C 餘額的交易被認為是不正確的 - 因此，第三個區塊中減少該賬戶餘額的交易也應該被取消，並進行糾正區塊應該在塊本身之上提交。
應該注意的是，雖然糾正塊被描述為位於原始塊的“上方”，但實際上它們將被添加到相應區塊鏈的末尾（它們應該按時間順序排列）。 二維位置僅顯示它們將“鏈接”到區塊鏈中的哪個點（通過位於其中的原始塊的哈希值）。
你可以單獨思考“改變過去”的決定有多好。 看來，如果我們承認分片鏈中出現錯誤區塊的可能性，那麼我們就無法避免出現錯誤糾正區塊的可能性。 據我所知，區別在於必須就新區塊達成共識的節點數量——每個分片鏈上工作的人數相對較少。”工作小組» 節點（經常改變其組成），並且引入糾正塊將需要每個人的同意 驗證節點。 我將在下一篇文章中詳細討論驗證者、工作組和其他節點角色。
一個區塊鏈統治一切
上面列出了很多關於不同類型區塊鏈的信息，這些信息本身也應該存儲在某個地方。 我們特別討論以下信息：
- 關於工作鏈的數量和配置；
- 關於分片鏈的數量及其前綴；
- 關於哪些節點當前負責哪些分片鏈；
- 添加到所有分片鏈的最後一個塊的哈希值。
正如你可能已經猜到的，所有這些東西都記錄在另一個區塊鏈存儲中 - 主鏈 (主鏈, 主區塊鏈）。 由於其區塊中存在來自所有分片鏈的區塊的哈希值，使得系統高度連接。 這意味著，除其他外，主鏈中新塊的生成將在分片鏈中的塊生成之後立即發生——預計分片鏈中的塊將幾乎每5 秒同時出現，並且分片鏈中的下一個塊將幾乎同時出現。 masterchain - 之後一秒鐘。
但是誰將負責執行所有這些艱鉅的工作——發送消息、執行智能合約、在分片鍊和主鏈中形成區塊，甚至檢查區塊是否有錯誤？ 這一切會不會是由數百萬安裝了 Telegram 客戶端的用戶的手機秘密完成的呢？ 或者，杜羅夫團隊可能會放棄去中心化的想法，他們的服務器會以老式的方式來做？
事實上，無論是哪一個答案都不正確。 但本文的篇幅很快就耗盡了，因此我們將在下一部分中討論節點的各種角色（您可能已經註意到其中提到了其中一些角色）以及它們的工作機制。
來源： www.habr.com