Principaux enseignements

TON possède une logique technologique de base centrée sur les applications à grande vitesse : TON est issu de Telegram, avec des transactions directement enregistrées sur la chaîne basée sur les messages, supportant la communication peer-to-peer.

1. Livraison asynchrone de messages : FunC, choisi comme langage de développement, facilite la communication entre les nœuds TON par l'échange de "messages". Cependant, comme le TON fonctionne comme une chaîne asynchrone, l'introduction du concept de temps logique (It) est cruciale pour synchroniser correctement les messages entre les chaînes. Pour ce faire, il faut s'assurer que le temps logique (lt) des messages est strictement exécuté dans l'ordre chronologique, ce qui garantit l'exactitude de l'exécution des informations.
2. Mécanisme de routage des messages Hypercube : TON utilise une combinaison de routage régulier et de routage rapide. L'acheminement régulier fait passer les messages entre les unités par une structure en hypercube impliquant des nœuds adjacents. Le routage rapide intègre des preuves de Merkle qui peuvent relayer les messages le long des arêtes de l'hypercube, ce qui améliore la vitesse.
3. Le consensus PoS + BFT pour le développement de l'écosystème : POS évite les calculs fastidieux pendant le processus de génération des blocs, ce qui se traduit par une plus grande efficacité, des coûts réduits et une amélioration des performances du réseau, ce qui favorise la mise en œuvre pratique des applications DAPP. Bien que le DPOS soit plus rapide, sa vitesse de confiance est inférieure à celle des systèmes BFT. C'est pourquoi la TON opte pour le mécanisme de consensus BFT.

L'architecture dynamique à plusieurs niveaux de TON facilite l'évolutivité des applications : TON augmente la vitesse grâce à des requêtes parallèles, améliore la précision des requêtes grâce à la répartition dynamique et stimule l'extensibilité grâce à une structure en sac de cellules.

1. Architecture dynamique à plusieurs niveaux : TON comprend trois couches : une chaîne maîtresse unique, plusieurs chaînes de travail et des chaînes d'échantillons (shardchains) qui peuvent augmenter, diminuer et se diviser de manière dynamique. Chaque shardchain est une collection de diverses chaînes de comptes, et les DAPP peuvent activer de manière autonome des shardchains spécifiques.
2. État global rapidement actualisable : La mise à jour de l'état global implique une structure similaire au DAG appelée "sac de cellules". Il se met rapidement à jour en combinant une nouvelle et une ancienne série de cellules, en supprimant l'ancienne racine. Simultanément, il adopte un mécanisme de réparation verticale des blocs pour la mise à jour des blocs.

TON continuera d'optimiser son cadre technique à l'avenir : Grâce à l'expansion parallèle, à l'introduction d'outils de partage de chaînes et au renforcement des inspections de nœuds, TON vise à maintenir ses avantages en termes de vitesse et d'évolutivité.

Défis liés à la mise à l'échelle de la blockchain

L'évolutivité de la blockchain est un défi technique crucial et un moteur essentiel du développement de la technologie blockchain : À mesure que les applications blockchain se développent et que le nombre d'utilisateurs augmente, les réseaux blockchain existants sont souvent confrontés à des problèmes de débit insuffisant et de longs délais de confirmation des transactions. La conception traditionnelle des blockchains limite leur capacité à gérer des transactions à grande échelle et les demandes des utilisateurs, ce qui entraîne une congestion du réseau, des coûts de transaction élevés et un manque d'efficacité.

Les défis liés à l'évolutivité de la blockchain découlent principalement de l'architecture distribuée et des mécanismes de consensus : Le mécanisme de consensus et la nature distribuée de la blockchain exigent que chaque nœud du réseau vérifie et enregistre toutes les transactions, ce qui limite le débit du réseau. En outre, la sécurité et les caractéristiques décentralisées de la blockchain exigent que tous les nœuds conservent des copies complètes de la blockchain, ce qui alourdit la charge de stockage et de transmission.

Pour relever le défi de l'évolutivité de la blockchain, les chercheurs ont proposé diverses solutions d'évolutivité telles que le Sharding, les Sidechains et les solutions de couche 2 : Ces approches visent à améliorer le débit et les performances du réseau en le divisant en segments plus petits, en introduisant des blockchains indépendantes ou en construisant des structures supplémentaires sur la chaîne principale. Toutefois, ces solutions soulèvent de nouveaux défis techniques et des problèmes de sécurité, tels que la communication entre les différents quartiers, les transferts d'actifs entre les différents quartiers et la conception d'un mécanisme de consensus.

1. Le sharding, par exemple, consiste à diviser l'ensemble du réseau de la blockchain en fragments plus petits ou shards, chaque shard traitant indépendamment une partie des transactions et des données. Bien que ce mécanisme puisse améliorer le débit et les performances globales du réseau, il reste confronté à des problèmes liés à la sécurité et à la cohérence de la communication inter-classe et des transactions inter-classe. En outre, les mécanismes de partage doivent tenir compte de la conception et de la mise en œuvre de mécanismes de consensus afin de garantir la cohérence et la sécurité de l'ensemble du réseau.
2. La technologie Sidechain consiste à créer et à faire fonctionner des blockchains indépendantes connectées à la chaîne principale au sein d'un réseau de blockchains. Les sidechains facilitent les transferts d'actifs dans les deux sens avec la chaîne principale tout en ayant leurs propres règles et fonctionnalités. Le principe de base de la technologie sidechain est de traiter certaines transactions sur la sidechain, ce qui permet de soulager la chaîne principale et d'offrir une plus grande évolutivité et une plus grande souplesse. Cependant, les sidechains nécessitent des mécanismes et des protocoles sécurisés pour garantir la sécurité et la cohérence des transferts d'actifs dans les deux sens. En outre, la conception et la mise en œuvre des chaînes parallèles doivent tenir compte de la compatibilité et de l'interopérabilité avec la chaîne principale.
3. Le rollup, quant à lui, stocke un grand volume de données de transaction hors chaîne dans une chaîne latérale et soumet des informations récapitulatives de ces transactions à la chaîne principale pour vérification. Son avantage réside dans l'amélioration significative de l'évolutivité et de la performance du réseau blockchain en stockant les données de transaction hors chaîne et en utilisant la chaîne principale pour la vérification. Cependant, l'approche du rollup pose des problèmes de centralisation et de sécurité.
4. De nouveaux mécanismes de consensus, tels que la preuve d'historique (POH) de Solana, associent des horodatages à chaque transaction, fournissant ainsi une séquence temporelle vérifiable pour la blockchain. Cette séquence temporelle peut être utilisée pour vérifier l'ordre et l'heure des transactions, réduisant ainsi les coûts de communication et les retards dans le processus de consensus. Alors que Solana revendique un TPS allant jusqu'à 65 000, le débit de données réel, compte tenu de la communication de nœud à nœud, est d'environ 6 à 8 000 TPS (environ 4 à 5 000 par jour).

La blockchain TON , issue de Telegram , a été conçue dans l'idée de servir une base massive d'utilisateurs : Telegram est l'une des plateformes sociales les plus populaires au monde, avec plus de 800 millions d'utilisateurs actifs mensuels et des milliards de messages transmis chaque jour au sein du logiciel. TON, l'incursion de Telegram sur le web3, a été conçue dès le départ pour répondre aux besoins de milliards d'utilisateurs plutôt qu'à ceux d'une petite base d'utilisateurs.

L'architecture technique de TON

Conception adaptative de chaînes multiples à fractionnement infini

Le sharding de TON est ascendant : Alors que les schémas conventionnels de partage de blockchain adoptent généralement une approche descendante, établissant d'abord une blockchain unique, puis la décomposant en blockchains interactives pour améliorer les performances, le partage de TON adopte une approche ascendante. Il organise ces chaînes de comptes en shardchains, formant ainsi une Shardchain, alors que les Workchains n'existent que sous forme virtuelle ou logique. TON assure le traitement parallèle des transactions sur plusieurs chaînes, appelées "blockchain des blockchains". Cette approche permet d'améliorer efficacement les performances du système.

TON est doté d'une architecture de partage dynamique, composée d'une chaîne maîtresse, d'une chaîne de travail et d'une chaîne de partage : La masterchain assure la coordination, tandis que le traitement des transactions s'effectue au sein de diverses workchains et shardchains. En outre, le sharding de TON est dynamique, chaque compte fonctionnant comme un shardchain. Ceux-ci peuvent se combiner de manière adaptative en chaînes de tessons plus importantes en fonction des interactions entre les comptes afin de répondre aux besoins d'expansion dynamique.

1. Masterchain : Il n'y en a qu'une seule, qui englobe les paramètres du protocole, les ensembles de validateurs, les parts correspondantes et l'enregistrement des chaînes de travail actives actuelles et des chaînes de tessons qui leur sont subordonnées. Les chaînes inférieures transmettent le dernier hachage de bloc à la chaîne principale afin de garantir la détermination de l'état le plus récent lorsqu'il est nécessaire d'extraire un message d'une chaîne à l'autre.

Si le sharding atteint sa limite, chaque shardchain ne stockera qu'un seul compte ou contrat intelligent. Il en résulte de nombreuses "chaînes de comptes" décrivant l'état et les transitions des comptes individuels, ces chaînes se transmettant mutuellement des informations, formant ainsi des chaînes de travail (Workchain) par l'intermédiaire des chaînes de vertébrés (Shardchains).

1. Chaîne de travail : Il s'agit d'un concept virtuel existant en tant que collection de Shardchains, le système prenant en charge jusqu'à 2^32 Workchains. Chaque Workchain peut personnaliser de manière flexible les règles, telles que les types de transactions, les types de jetons, les contrats intelligents et les formats d'adresses, tant que les normes d'interopérabilité sont respectées. Toutefois, les chaînes de travail doivent partager le même format de file d'attente pour un échange efficace de messages, ce qui implique des garanties de sécurité similaires pour toutes les chaînes de travail.
2. Shardchain : Pour améliorer l'efficacité du traitement, les Shardchains se divisent automatiquement en cas de forte charge et fusionnent en cas de faible charge. Chaque Workchain se divise en Shardchains (jusqu'à 2^60). Les Shardchains répartissent le travail entre toutes les Shardchains, chacune ne servant qu'une partie de la collection de comptes.

Mécanismes de transfert d'informations

Message : Puisque TON utilise la fonction send_raw_message de FunC pour développer son langage, les messages transmis par les nœuds TON sont appelés "messages". Dans le système TON, une transaction se compose d'un message entrant qui la déclenche initialement et d'un ensemble de messages sortants qui sont envoyés à d'autres contrats ;

Routage hypercube : Mécanisme de messagerie structuré en trois dimensions qui permet aux messages créés dans un bloc d'une chaîne en nuages d'être rapidement transmis et traités dans le bloc suivant de la chaîne en nuages cible.

Livraison asynchrone de messages

Les appels asynchrones posent des problèmes de synchronisation : Dans les blockchains synchrones, les transactions peuvent inclure plusieurs appels de contrats intelligents. Dans les systèmes asynchrones, les utilisateurs ne peuvent pas recevoir rapidement les réponses du contrat intelligent cible dans la même transaction. Ce délai s'explique par le fait que le traitement des appels de contrat peut prendre plusieurs blocs et que la distance d'acheminement entre les blocs source et destination influe sur ce processus.

Pour parvenir à un partage infini, il est essentiel d'assurer une parallélisation complète des messages, ce qui conduit à l'introduction du concept de temps logique : Dans TON, chaque transaction s'exécute uniquement sur un seul contrat intelligent et communique entre les contrats à l'aide de messages. Cela introduit le concept de temps logique dans les chaînes asynchrones, permettant la synchronisation des messages entre les chaînes. Chaque message a son temps logique ou temps Lamport (ci-après dénommé lt). Ce temps est utilisé pour suivre les relations entre les événements et déterminer quels événements les validateurs doivent traiter en premier.

La logique d'exécution est garantie en suivant strictement l'ordre d'exécution du lt des messages : Les messages envoyés par un compte et les transactions effectuées sur un compte sont strictement ordonnés, le lt des transactions générées étant supérieur au lt des messages. En outre, le lt des messages envoyés dans une transaction est strictement supérieur au lt de la transaction qui déclenche les messages. En cas de messages multiples, ceux dont le lt est le plus faible sont traités en premier.

Mécanisme de routage Message Hypercube

TON utilise l'exécution parallèle avec Fast Routing + Slow Routing :

Acheminement lent : Une méthode plus stable et plus traditionnelle de traitement des informations entre chaînes, où les informations sont regroupées dans un bloc sur la chaîne source, puis relayées d'une chaîne de tessons à l'autre par l'intermédiaire d'un relayeur. Plusieurs chaînes de tessons intermédiaires peuvent également être utilisées pour la transmission. Toutes les chaînes de tessons forment un graphe "hypercube", et les messages se propagent le long des arêtes de cet hypercube. Après validation par les validateurs, les informations sont regroupées dans un autre bloc.

L'avantage de l'acheminement lent réside dans une sécurité et une décentralisation accrues, car toutes les informations doivent passer par un processus complet de confirmation des blocs. Pour un réseau hypercube de chaînes de tessons avec une échelle de N, le nombre de routes à sauter = log16(N). Par conséquent, seuls 4 nœuds de routage sont nécessaires pour prendre en charge un million de chaînes de tessons.

Routage rapide : Dans le cas du routage lent, les messages se propagent le long des arêtes de l'hypercube. Pour accélérer le processus, le routage rapide permet aux validateurs de la chaîne de tessons de destination de traiter le message à l'avance, de fournir une preuve de Merkle et d'envoyer un accusé de réception pour détruire le message émetteur.

Le routage rapide est plus rapide (les nœuds peuvent trouver le chemin optimal) et empêche la double livraison. Cependant, il ne peut pas remplacer le routage lent car les validateurs ne sont pas pénalisés en cas de perte de reçus, ce qui présente un certain risque pour la sécurité.

État global d'une chaîne de blocs (sharded blockchain)

"Sac de cellules" : Un ensemble de cellules mises à jour d'une manière similaire à un graphe acyclique dirigé (DAG). Il s'agit de représenter le nouvel état comme un autre "sac de cellules" avec sa propre racine, puis de combiner les nouveaux et les anciens ensembles de cellules tout en supprimant l'ancienne racine.

Réparation verticale des blocs : Dans les chaînes de tessons TON, chaque bloc n'est pas un simple bloc, mais une chaîne. Lorsqu'il est nécessaire de corriger un bloc dans une chaîne de tessons erronée, un nouveau bloc est soumis à la "chaîne de blocs verticale" pour le remplacer.

Consensus

Le réseau POS se compose de trois rôles :

1. Nœuds de validation : Participent au maintien de la sécurité du réseau en misant 300 000 tonnes sur le respect des exigences matérielles. Les blocs sont créés par 100 à 1000 nœuds sélectionnés, élus chaque mois. Pendant leur mandat, les nœuds élus sont divisés en plusieurs groupes de travail pour créer de nouveaux blocs. Pour être considéré comme créé avec succès, chaque nouveau bloc doit être signé par plus de 2/3 des nœuds jalonnés dans le groupe de travail. Un comportement malveillant peut conduire à la radiation et à la disqualification.
2. Pêcheur : il joue le rôle de superviseur en envoyant des preuves non valides pour vérifier si les nœuds de validation ont accompli avec diligence leurs tâches de vérification.
3. Nominateur : Suggère de nouveaux blocs candidats à la chaîne de tessons aux nœuds de validation. Si le bloc est élu, le conservateur en profite. Ils sont chargés de vérifier l'état de la chaîne de stockage et les données de la chaîne de stockage voisine et de les envoyer aux nœuds validateurs.

BFT (Byzantine Fault Tolerance) : Après avoir évalué les options, TON choisit BFT plutôt que DPOS en raison de son niveau de confiance plus élevé et de sa rapidité, bien que DPOS soit plus rapide.

Le nouveau cadre de TON peut soutenir le transfert d'informations à grande vitesse de TG

TON atteint une vitesse de transaction et une finalité élevées grâce à une architecture dynamique à plusieurs niveaux : Chaque portefeuille d'utilisateur dans TON peut avoir sa propre chaîne, et la base théorique d'un TPS élevé comprend le calcul parallèle des " shards ", la prise en charge de la communication instantanée entre les " shards ", et le TVM qui prend en charge le calcul asynchrone.

TON apporte une plus grande évolutivité grâce à un mécanisme de transmission d'informations : dans la blockchain TON, les appels entre les contrats intelligents sont asynchrones plutôt qu'atomiques. Cela signifie que lorsqu'un contrat intelligent en appelle un autre, l'appel n'est pas exécuté immédiatement mais est traité dans un bloc futur après la fin de la transaction. Cette conception permet une plus grande évolutivité car il n'est pas nécessaire d'achever le traitement de toutes les transactions en un seul bloc.

TON continuera à optimiser le cadre technique à l'avenir...

La feuille de route technique de TON permettra de faire progresser en permanence les avantages de la vitesse et de l'évolutivité de TON :

1. Séparation des trieurs et des valideurs.
2. Amélioration de l'évolutivité et de la rapidité : Permettre à TON de réaliser une expansion parallèle dans le traitement d'un grand nombre de transactions.
3. Guides et outils de partage en chaîne : Guides d'organisation et exemples de code pour gérer de grandes quantités de travail TON dans les échanges, les systèmes de paiement et les services TON.
4. Améliorer la coordination entre les nœuds de validation : Renforcer et améliorer la détection et la sanction des validateurs peu performants.

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