Pada 31 Oktober 2023, TON (sebelumnya Telegram Open Network) mencetak rekor dunia baru, mencapai puncak mengejutkan 104.715 transaksi per detik dalam uji langsung kinerja publik pertamanya, menyelesaikan total 107.652.545 transaksi dalam 25 menit. Diverifikasi dan dikonfirmasi oleh Certik, kinerja ini menjadikan TON blockchain tercepat dan paling skalabel di dunia, melampaui kecepatan pemrosesan semua blockchain L1 dan jaringan pembayaran terpusat terkemuka seperti PayPal, Visa dan Mastercard.
TON tidak diragukan lagi merupakan proyek yang luar biasa. Pada artikel ini, kita akan melihat secara mendalam whitepaper TON, mengungkapkan fitur teknis dan inovasi uniknya dan mengapa TON adalah blockchain tercepat di dunia.
Skalabilitas telah menjadi tantangan besar dalam pengembangan teknologi blockchain. Tujuan utama dari skema penskalaan blockchain adalah untuk meningkatkan throughput sistem dan mengurangi biaya transaksi, sehingga jaringan blockchain dapat memproses lebih banyak transaksi dan lebih beradaptasi dengan aplikasi skala besar. Meskipun rantai publik yang berbeda terus mencoba desain konsensus dan arsitektur baru, hasil saat ini masih belum memuaskan dan telah menjadi hambatan bagi blockchain untuk bergerak menuju aplikasi skala besar, yang sulit untuk membawa visi kami tentang TG miliar pengguna. Saat ini, solusi penskalaan utama dapat dibagi ke dalam kategori berikut:
Sharding: Membagi jaringan menjadi bagian-bagian yang lebih kecil, masing-masing mampu memproses transaksi dan kontrak pintar secara paralel, secara signifikan meningkatkan throughput jaringan. Tetapi sharding datang dengan potensi masalah keamanan, karena setiap pecahan bisa kurang aman daripada seluruh jaringan. Selain itu, komunikasi lintas-beling merupakan tantangan teknis. Contoh representatif: Ethereum 2.0 dan protokol NEAR.
Sidechains: Sidechain adalah jenis blockchain yang beroperasi secara independen dari rantai utama, dan dapat memiliki mekanisme konsensus dan parameter blok sendiri. Dengan sidechain, pengguna dapat mentransfer aset antara dua rantai, menurunkan beban pada rantai utama. Contoh representatif: Polygon
Solusi Layer 2: Dengan membangun lapisan lain di atas rantai utama, L2 mampu memberikan waktu konfirmasi transaksi yang lebih cepat dan biaya transaksi yang lebih rendah. Ambil L2 yang lebih terkenal, Optimisme dan Arbitrum: keduanya merupakan solusi penskalaan yang dirancang khusus untuk Ethereum. Akibatnya, bagian dari arsitektur Optimisme dan Arbitrum ada di Layer 1. Dengan peningkatan Ethereum, batas atas transaksi per detik (TPS) mereka telah meningkat dari 2-4k menjadi sekitar 2w.
zkSync 2.0: Dibandingkan dengan batas TPS zkSync 1.0 beberapa ratus, zkSync 2.0 membawa peningkatan yang signifikan. Tim zkSync mengklaim bahwa versi 2.0-nya dapat mencapai batas atas TPS 10w, tetapi sebagian besar institusi memperkirakan bahwa batas atas sebenarnya mungkin 1-2w. Starknet: Setelah menyelesaikan upgrade ke Quantum Leap pada bulan Juni, TPS-nya sekarang sedikit di atas 100TPS.
Solana: Solana menggunakan algoritma konsensus inovatif yang disebut Proof of History (PoH) sebagai inti dari solusi penskalaannya. Sementara Solana mengklaim memiliki hingga 65.000 TPS, sebagian besar sebenarnya bertindak sebagai komunikasi antar-node. Volume perdagangan sebenarnya hanya dapat dibatasi pada 6-8k TPS. Selain itu, karena desain mekanisme konsensus terpusatnya, Solana telah mengalami beberapa downtime dalam menghadapi sejumlah besar permintaan, seperti saat pencetakan NFT. Selain itu, Solana belum berhasil menerapkan rotasi simpul pusat.
Blockchain TON dirancang oleh pendiri dan tim inti Telegram. Sebagai salah satu platform sosial paling populer di dunia, Telegram memiliki hampir 900 juta pengguna aktif bulanan, memberikan pengalaman pengguna yang stabil dan lancar sambil mempertahankan tingkat keamanan dan privasi yang tinggi, dengan puluhan miliar pesan dikirim dalam perangkat lunak setiap hari. Konsep web3 telah menjadi relatif terkenal, tetapi pengguna crypto-native yang sebenarnya masih minoritas, dan sebagian besar mengandalkan pertukaran terpusat untuk mengakses token. Metamask, dompet kripto terdesentralisasi paling populer di dunia, saat ini hanya memiliki 30 juta pengguna aktif bulanan. Dan filosofi desain TON telah didasarkan pada melayani miliaran pengguna sejak awal, bukan hanya beberapa geek web3.
Sharding adalah konsep yang berasal dari desain database. Ini mengacu pada pemisahan kumpulan data logis yang besar dan kemudian mendistribusikannya di beberapa database yang tidak dibagikan satu sama lain, yang dapat didistribusikan di beberapa server. Secara sederhana, sharding memberikan kemampuan untuk skala horizontal, memungkinkan data untuk dipecah menjadi bagian-bagian independen yang dapat diproses secara paralel.
TON bukanlah proyek pertama yang memperkenalkan teknologi sharding ke dalam blockchain, misalnya, Ethereum 2.0 pernah mengumumkan 64 pecahan tetap dan kemudian ditinggalkan karena terlalu banyak kesulitan, sementara protokol Night Shadow NEAR berencana untuk mencapai 100 pecahan tahun depan, dan saat ini ada 4 pecahan.
Tidak seperti metode sharding tradisional, TON menggunakan strategi sharding tak terbatas.
Namun, pendekatan TON dianggap maju bukan karena memiliki lebih banyak pecahan, tetapi karena dua fitur unik:
Jumlah pecahan tidak tetap: TON mendukung peningkatan jumlah pecahan sesuai dengan kebutuhan bisnis, hingga 2^60 rantai kerja, yang hampir tak terbatas.
Jumlah pecahan elastis: TON dapat secara otomatis membagi pecahan saat beban sistem tinggi dan menggabungkannya saat beban rendah. Ini adalah strategi yang sangat efektif untuk menangani kebutuhan penskalaan dinamis.
Saat ini, TON terdiri dari dua rantai kerja, rantai utama (Masterchain) untuk sinkronisasi dan tata kelola, dan rantai kerja (Workchain) untuk kontrak pintar. Di bawah rantai kerja adalah shardchain dan tingkat terendah dari rantai akun virtual (Accountchain)
Rantai kerja dapat dibagi menjadi pecahan N (dari 1 hingga 256 pecahan). Setiap pecahan memiliki grup validatornya sendiri. Tim rantai kerja bertanggung jawab untuk mengeksekusi transaksi dalam pecahannya sendiri. Pada saat yang sama, ia terus-menerus mengunduh blok dari semua pecahan lain dari rantai kerjanya. Secara umum, blockchain adalah serangkaian blok yang mencatat perubahan dalam keadaan mereka. Untuk blockchain POS, validator pertama-tama menyetujui bagaimana mereka ingin mengubah status blockchain dengan menyusun blok yang berisi daftar perubahan. Setelah memilih blok ini, jika cukup suara dikumpulkan, mereka menerapkan blok ke status blockchain dan pindah ke blok berikutnya.
Throughput thread blok sangat terbatas karena validator harus memeriksa semua transaksi di blok itu sebelum setuju untuk menerimanya. Jadi ada banyak utas di TON, dan Anda bisa menganggapnya sebagai blockchain mikro mini. Mereka ada secara paralel, dan masing-masing memiliki set validator sendiri.
Rantai utama
Rantai utama adalah utas blok utama dalam TON. Ini digunakan untuk menyinkronkan semua blok yang tersisa dan menghitung ulang set validator. Ketika semua utas menyetujui blok baru, mereka menandatanganinya dan mendaftarkannya ke rantai utama. Namun, validator mainchain tidak memverifikasi validitas blok, mereka hanya memeriksa apakah ditandatangani oleh validator yang sesuai. Jadi banyak utas dapat hidup berdampingan secara paralel. Kontrak dari thread yang berbeda berkomunikasi satu sama lain dengan mengirim pesan.
Rantai kerja
Rantai kerja adalah ruang alamat independen yang dapat dijalankan sesuai dengan aturannya. Misalnya, mereka mungkin memiliki mesin virtual yang berbeda atau memperpanjang waktu yang diperlukan untuk menerbitkan blok dengan batas gas tinggi. Yang terpenting, rantai kerja harus memiliki format antrian pesan yang sama sehingga mereka dapat bertukar pesan. Ini juga berarti bahwa semua rantai kerja harus memiliki jaminan keamanan yang kira-kira sama. Karena mereka dapat bertukar pesan, pesan-pesan ini membawa token jaringan. Sekarang ada dua rantai kerja yang aktif: rantai utama dan rantai kerja pemrosesan pertama. Rantai kerja ditentukan oleh awalan alamat: -1: ax ... 1s2 - Alamat akun di rantai utama. -1 adalah awalan rantai utama.
0: zx... 123 - Alamat akun dalam rantai kerja pertama. 0 - adalah awalan pertama untuk memproses rantai kerja.
Rantai beling
Benang pemrosesan, atau rantai pecahan, adalah benang blok independen yang memproses rantai kerja. Secara default, rantai kerja 0 hanya memiliki satu thread dan satu chain. Validator utas tersebut menerima pesan eksternal dan menangani pesan internal yang mereka kirim sendiri atau dari rantai kerja lain. Jika ada situasi di mana thread kelebihan beban selama blok N terakhir, thread dibagi: satu thread dibagi menjadi dua, dan transaksi dilakukan secara paralel.
Alamat dimulai dengan 0:00: - 0:88.. Akun di awal sekarang ada di utas 1 dengan akun 0:88: . - 0:FF.. Terletak di utas 2. Karena semua kontrak pintar berkomunikasi secara asinkron satu sama lain tanpa gangguan, throughput meningkat tiga kali lipat. Ketika beban turun, utas bergabung kembali setelah beberapa waktu. Jika beban terus meningkat, kedua utas dapat dibelah lagi dan lagi, dan seterusnya. Hanya ada satu utas di rantai utama.
Blok di TON lebih dari sekadar daftar transaksi yang perlu diselesaikan untuk mencapai perubahan keadaan. Sebaliknya, blok adalah:
Daftar pesan yang menjalankan transaksi, menghapusnya dari antrean masuk. Pesan baru memasuki antrian keluar setelah pesan diproses, dan kemudian pemrosesan pesan menyebabkan perubahan dalam status kontrak pintar. Artinya, agar validator shard X dapat mempertahankan status shard Y saat ini, ia tidak perlu mengeksekusi semua transaksi di blok shard Y. Itu hanya mengunduh blok dan merangkum perubahan yang telah terjadi. Terjadi dalam antrian pesan dan status kontrak pintar.
Mengubah dunia blockchain secara fundamental tidak bisa datang tanpa harga. Untuk memanfaatkan pendekatan radikal ini, pengembang kontrak pintar TON harus merancang kontrak mereka secara berbeda. Unit atom dasar dari blockchain TON adalah kontrak pintar. Kontrak pintar memiliki alamat, kode, dan unit data (status persisten). Satuan semacam itu disebut satuan atom karena kontrak pintar selalu memiliki akses yang disinkronkan secara atomik ke semua keadaan persistennya.
Perutean jaringan hypercube
TON telah menciptakan mekanisme perutean cerdas untuk memastikan bahwa transaksi antara dua blockchain selalu diproses dengan cepat, tidak peduli seberapa besar sistemnya, dan waktu yang diperlukan untuk mengirim informasi antara blockchain TON hanya meningkat secara logaritmik dengan jumlah rantai, sehingga bahkan penskalaan ke jutaan rantai memungkinkan mereka untuk berkomunikasi dengan kecepatan tercepat.
Dalam blockchain TON, Instant Hypercube Routing dan Slow Routing adalah dua mekanisme routing yang digunakan untuk menangani transaksi lintas rantai.
Instant Hypercube Routing: Ide TON untuk mempercepat perutean pesan, memungkinkan transaksi lintas rantai diselesaikan dalam waktu singkat. Dalam perutean kubus lambat tradisional, pesan dirutekan oleh rantai pecahan di sepanjang jaringan hypercube ke rantai pecahan tujuan. Namun, selama perutean pesan, validator tempat rantai pecahan tujuan berada dapat memilih untuk memproses pesan terlebih dahulu untuk menambahkannya ke blok, dan kemudian memberikan bukti Merkel (tanda terima) dan mengirim tanda terima untuk menghancurkan pesan yang sedang dikirim. Ini memungkinkan transaksi lintas rantai diselesaikan dalam waktu yang sangat singkat. Perutean cepat mencapai interaksi lintas rantai yang efisien dengan membangun struktur perutean kubus dimensi tinggi. Dalam struktur ini, setiap rantai dipetakan ke satu simpul kubus, dan jarak antara rantai dinyatakan sebagai jumlah lompatan antara simpul. Dengan pendekatan ini, transaksi dapat dialihkan dengan cepat pada jalur terpendek, membuat interaksi lintas rantai menjadi efisien. Perutean cepat dapat menyelesaikan transaksi lintas rantai dalam hitungan detik tanpa menunggu konfirmasi blok.
Perutean lambat: Perutean lambat adalah metode yang relatif tradisional untuk memproses transaksi lintas rantai dengan mentransfer transaksi secara bertahap dari rantai sumber ke rantai tujuan. Dalam metode ini, transaksi pertama-tama dikemas ke dalam blok pada rantai sumber dan kemudian ditransfer ke rantai tujuan melalui relayer. Validator rantai tujuan memverifikasi validitas transaksi dan kemudian mengemasnya ke dalam blok rantai tujuan. Keuntungan dari perutean lambat dibandingkan perutean cepat adalah memberikan tingkat keamanan dan desentralisasi yang lebih tinggi, karena transaksi lintas rantai harus melalui proses konfirmasi blok penuh. Mirip dengan jaringan TCP/IP, alamat IP tujuan ditujukan ke tujuan untuk memastikan bahwa pesan ditransmisikan secara andal ke rantai tujuan secara berurutan. Untuk jaringan hypercube rantai pecahan skala N, lompatan rantai pecahan menengah = log16 (N) -1 harus dilalui. Oleh karena itu, hanya 4 node routing (rantai shard perantara) yang diperlukan untuk mendukung jutaan rantai shard.
Mengapa dirancang seperti ini? **
Validator diperlukan untuk distribusi. Jika sistemnya sangat besar, dengan puluhan ribu node, itu terlalu terbebani untuk diskalakan. Setelah sharding, setiap shard memiliki satu set, shard0, shard1... Juga perlu untuk mencapai komunikasi lintas beling. Komunikasi dapat dipecah silang, dan berpindah dari satu pecahan ke pecahan lainnya berarti harus ada mekanisme perutean untuk pecahan dan pecahan. Koneksi membentuk rute yang melewati beberapa simpul perantara. Setiap kali pesan dirutekan, itu setara dengan peningkatan waktu transmisi sebesar satu waktu blok.
Seiring bertambahnya jumlah rantai beling, ini akan membutuhkan banyak daya komputasi dan bandwidth jaringan, membatasi skalabilitas sistem. Akibatnya, tidak mungkin untuk menyampaikan pesan langsung dari satu pecahan ke semua pecahan lainnya. Sebaliknya, setiap pecahan hanya "terhubung" ke pecahan yang berbeda dengan angka heksadesimal pada pengenal pecahan (w,s) mereka. Dengan cara ini, semua rantai pecahan membentuk grafik "hypercube", dan pesan diteruskan di sepanjang tepi hypercube ini.
Jika pesan dikirim ke pecahan yang berbeda dari pecahan saat ini, angka heksadesimal dari pengenal pecahan saat ini (dipilih secara deterministik) akan diganti dengan nomor pecahan target yang sesuai, dan pengidentifikasi yang dihasilkan akan berfungsi sebagai perkiraan tujuan untuk menjadi penerima pesan yang diteruskan.
Keuntungan utama dari hypercube routing adalah kondisi validitas blok, di mana validator yang membuat blok rantai pecahan harus mengumpulkan dan memproses pesan dari antrian output rantai pecahan "tetangga" atau kehilangan stakingnya. Dengan cara ini, dapat diharapkan bahwa pesan apa pun akan mencapai tujuan akhirnya cepat atau lambat; Pesan tidak hilang saat transit atau dikirim ulang.
Perutean hypercube memperkenalkan beberapa latensi dan biaya tambahan karena kebutuhan untuk meneruskan pesan melalui beberapa rantai pecahan perantara. Namun, jumlah rantai pecahan perantara ini tumbuh sangat lambat, yang terkait dengan log N dari jumlah total rantai beling.
Komunikasi tidak sinkron
Kontrak pintar pada TON mengimplementasikan komunikasi asinkron, yang dapat dibandingkan dengan layanan mikro Internet. Setiap layanan mikro hanya memiliki akses yang disinkronkan secara atomik ke data lokalnya. Komunikasi antara dua layanan mikro melibatkan pengiriman pesan asinkron melalui jaringan.
Dalam arsitektur sistem, sistem yang lebih besar sering membutuhkan arsitektur layanan mikro. Pendekatan terdistribusi ini membutuhkan beberapa trade off untuk diadopsi, tetapi dapat membawa manfaat pengalaman pengguna. Manajemen sistem modern bergantung pada sequencer seperti Kubernetes untuk mengambil satu set layanan mikro dalam kontainer dan secara otomatis memutar instance baru sesuai kebutuhan (autoscaling) dan mempartisinya secara efisien di antara mesin.
Untuk menggunakan analogi Kubernetes (Massive Cluster Management System), inilah yang dilakukan TON. Ketika beban pada rantai pecahan tertentu meningkat, ia dibagi menjadi dua bagian. Karena kontrak pintar bersifat atomik, mereka tidak pernah terbelah dua. Ini berarti bahwa beberapa kontrak pintar yang pernah berada di rantai pecahan yang sama mungkin suatu hari menemukan diri mereka berada di rantai pecahan yang berbeda.
Mesin Virtual (TVM) TON menerapkan konsep layanan mikro terdistribusi ke arsitektur keseluruhan yang mengacu pada EVM Ethereum.
Desentralisasi negara
Ini adalah salah satu mekanisme sharding yang paling kompleks dan menantang di ruang sharding. Seluruh database dibagi dan ditempatkan pada pecahan yang berbeda. Setiap pecahan menyimpan semua data dalam pecahannya sendiri, bukan keadaan seluruh blockchain.
Dalam sharding blockchain TON, semua layanan diimplementasikan dalam bentuk kontrak pintar, dan data status kontrak pintar hanya disimpan dalam jaringan shard yang sesuai, untuk mencapai sharding negara.
Tidak hanya itu, di TON, kontrak telah mencapai jalur implementasi yang unik di industri, di mana setiap pengguna dapat mengelola status token dalam kontrak mereka sendiri, benar-benar mewujudkan desentralisasi dari keadaan blockchain. Saya akan mengeksplorasi prinsip-prinsip desain ini secara rinci melalui studi kasus.
Pertama-tama, Anda perlu memahami kontrak Wallet dan kontrak Jetton wallet. Kontrak Dompet adalah kontrak pintar khusus pengguna yang mengelola token pengguna di blockchain TON. Jetton (Rusia: Permata) Kontrak dompet adalah jenis kontrak dompet khusus yang didedikasikan untuk mengelola token Jetton pengguna. Token ini dapat digunakan untuk membayar biaya jaringan dan menjalankan kontrak pintar. Setiap pengguna memiliki kontrak Wallet dan kontrak Jetton wallet mereka sendiri. Kontrak ini bertindak sebagai dompet digital bagi pengguna untuk menyimpan dan mengelola token mereka. Pada saat yang sama, kontrak ini juga dapat berinteraksi dengan kontrak pengguna lain untuk memungkinkan transfer dan perdagangan aset terdesentralisasi.
Dalam hal ini, diasumsikan bahwa pengguna A dan pengguna B masing-masing memiliki kontrak dompet mereka sendiri. Pengguna A ingin mentransfer sejumlah token ke Pengguna B. Dalam hal ini, kontrak Dompet Pengguna A berinteraksi dengan Kontrak Dompet Pengguna B untuk merealisasikan transfer token. Seluruh proses tidak perlu bergantung pada satu kontrak terpusat, tetapi melalui dua kontrak terdesentralisasi.
Pengguna blockchain TON semua memiliki kontrak mereka sendiri untuk mengelola keadaan aset mereka, yang berarti bahwa tidak ada kontrak terpusat tunggal untuk mengambil risiko mengelola semua aset. Ini meningkatkan desentralisasi sistem dan mengurangi risiko satu titik kegagalan. Status semua aset pengguna dikelola oleh kontrak khusus, dan penyerang tidak dapat memengaruhi seluruh sistem dengan menyerang satu kontrak terpusat. Transaksi aset antar pengguna juga dapat dieksekusi secara otomatis melalui kontrak pintar, menghindari risiko operasi manusia. Anda juga dapat menyesuaikan kontrak dompet Anda sendiri dan kontrak dompet Jetton sesuai dengan kebutuhan Anda untuk mencapai lebih banyak fungsi dan skenario aplikasi. Ini memberi pengguna lebih banyak fleksibilitas dan otonomi. Setiap orang mengelola status aset dalam kontrak mereka sendiri, dan skalabilitas sistem ditingkatkan. Ketika jumlah pengguna meningkat, begitu juga jumlah kontrak, tetapi ini tidak memberikan tekanan yang tidak semestinya pada keseluruhan sistem karena setiap kontrak beroperasi secara independen.
Di atas adalah analisis saya tentang skalabilitas blockchain TON dan arsitektur teknis buku putih, terima kasih kepada Dr. Awesome Doge untuk mengedit draf pertama. Terima kasih kepada tim pengembangan Rusia dan Ukraina atas ketekunan mereka dan akhirnya kepada pendiri Telegram, Tuan Nikolai Durov, untuk desainnya yang hebat bertahun-tahun yang lalu, dan ini adalah untuk kemuliaan pikiran manusia.
Lihat Asli
Halaman ini mungkin berisi konten pihak ketiga, yang disediakan untuk tujuan informasi saja (bukan pernyataan/jaminan) dan tidak boleh dianggap sebagai dukungan terhadap pandangannya oleh Gate, atau sebagai nasihat keuangan atau profesional. Lihat Penafian untuk detailnya.
Buku Putih TON Dijelaskan: Demistifikasi Teknologi di Balik Blockchain Tercepat di Dunia
Pada 31 Oktober 2023, TON (sebelumnya Telegram Open Network) mencetak rekor dunia baru, mencapai puncak mengejutkan 104.715 transaksi per detik dalam uji langsung kinerja publik pertamanya, menyelesaikan total 107.652.545 transaksi dalam 25 menit. Diverifikasi dan dikonfirmasi oleh Certik, kinerja ini menjadikan TON blockchain tercepat dan paling skalabel di dunia, melampaui kecepatan pemrosesan semua blockchain L1 dan jaringan pembayaran terpusat terkemuka seperti PayPal, Visa dan Mastercard.
TON tidak diragukan lagi merupakan proyek yang luar biasa. Pada artikel ini, kita akan melihat secara mendalam whitepaper TON, mengungkapkan fitur teknis dan inovasi uniknya dan mengapa TON adalah blockchain tercepat di dunia.
! Analisis Laporan Resmi TON: Demistifikasi Teknologi di Balik Blockchain Tercepat di Dunia
Tantangan penskalaan
Skalabilitas telah menjadi tantangan besar dalam pengembangan teknologi blockchain. Tujuan utama dari skema penskalaan blockchain adalah untuk meningkatkan throughput sistem dan mengurangi biaya transaksi, sehingga jaringan blockchain dapat memproses lebih banyak transaksi dan lebih beradaptasi dengan aplikasi skala besar. Meskipun rantai publik yang berbeda terus mencoba desain konsensus dan arsitektur baru, hasil saat ini masih belum memuaskan dan telah menjadi hambatan bagi blockchain untuk bergerak menuju aplikasi skala besar, yang sulit untuk membawa visi kami tentang TG miliar pengguna. Saat ini, solusi penskalaan utama dapat dibagi ke dalam kategori berikut:
Sharding: Membagi jaringan menjadi bagian-bagian yang lebih kecil, masing-masing mampu memproses transaksi dan kontrak pintar secara paralel, secara signifikan meningkatkan throughput jaringan. Tetapi sharding datang dengan potensi masalah keamanan, karena setiap pecahan bisa kurang aman daripada seluruh jaringan. Selain itu, komunikasi lintas-beling merupakan tantangan teknis. Contoh representatif: Ethereum 2.0 dan protokol NEAR.
Sidechains: Sidechain adalah jenis blockchain yang beroperasi secara independen dari rantai utama, dan dapat memiliki mekanisme konsensus dan parameter blok sendiri. Dengan sidechain, pengguna dapat mentransfer aset antara dua rantai, menurunkan beban pada rantai utama. Contoh representatif: Polygon
Solusi Layer 2: Dengan membangun lapisan lain di atas rantai utama, L2 mampu memberikan waktu konfirmasi transaksi yang lebih cepat dan biaya transaksi yang lebih rendah. Ambil L2 yang lebih terkenal, Optimisme dan Arbitrum: keduanya merupakan solusi penskalaan yang dirancang khusus untuk Ethereum. Akibatnya, bagian dari arsitektur Optimisme dan Arbitrum ada di Layer 1. Dengan peningkatan Ethereum, batas atas transaksi per detik (TPS) mereka telah meningkat dari 2-4k menjadi sekitar 2w.
zkSync 2.0: Dibandingkan dengan batas TPS zkSync 1.0 beberapa ratus, zkSync 2.0 membawa peningkatan yang signifikan. Tim zkSync mengklaim bahwa versi 2.0-nya dapat mencapai batas atas TPS 10w, tetapi sebagian besar institusi memperkirakan bahwa batas atas sebenarnya mungkin 1-2w. Starknet: Setelah menyelesaikan upgrade ke Quantum Leap pada bulan Juni, TPS-nya sekarang sedikit di atas 100TPS.
Solana: Solana menggunakan algoritma konsensus inovatif yang disebut Proof of History (PoH) sebagai inti dari solusi penskalaannya. Sementara Solana mengklaim memiliki hingga 65.000 TPS, sebagian besar sebenarnya bertindak sebagai komunikasi antar-node. Volume perdagangan sebenarnya hanya dapat dibatasi pada 6-8k TPS. Selain itu, karena desain mekanisme konsensus terpusatnya, Solana telah mengalami beberapa downtime dalam menghadapi sejumlah besar permintaan, seperti saat pencetakan NFT. Selain itu, Solana belum berhasil menerapkan rotasi simpul pusat.
Blockchain TON dirancang oleh pendiri dan tim inti Telegram. Sebagai salah satu platform sosial paling populer di dunia, Telegram memiliki hampir 900 juta pengguna aktif bulanan, memberikan pengalaman pengguna yang stabil dan lancar sambil mempertahankan tingkat keamanan dan privasi yang tinggi, dengan puluhan miliar pesan dikirim dalam perangkat lunak setiap hari. Konsep web3 telah menjadi relatif terkenal, tetapi pengguna crypto-native yang sebenarnya masih minoritas, dan sebagian besar mengandalkan pertukaran terpusat untuk mengakses token. Metamask, dompet kripto terdesentralisasi paling populer di dunia, saat ini hanya memiliki 30 juta pengguna aktif bulanan. Dan filosofi desain TON telah didasarkan pada melayani miliaran pengguna sejak awal, bukan hanya beberapa geek web3.
! Analisis Laporan Resmi TON: Demistifikasi Teknologi di Balik Blockchain Tercepat di Dunia
Paradigma sharding tak terbatas
Sharding adalah konsep yang berasal dari desain database. Ini mengacu pada pemisahan kumpulan data logis yang besar dan kemudian mendistribusikannya di beberapa database yang tidak dibagikan satu sama lain, yang dapat didistribusikan di beberapa server. Secara sederhana, sharding memberikan kemampuan untuk skala horizontal, memungkinkan data untuk dipecah menjadi bagian-bagian independen yang dapat diproses secara paralel.
TON bukanlah proyek pertama yang memperkenalkan teknologi sharding ke dalam blockchain, misalnya, Ethereum 2.0 pernah mengumumkan 64 pecahan tetap dan kemudian ditinggalkan karena terlalu banyak kesulitan, sementara protokol Night Shadow NEAR berencana untuk mencapai 100 pecahan tahun depan, dan saat ini ada 4 pecahan.
Tidak seperti metode sharding tradisional, TON menggunakan strategi sharding tak terbatas.
Namun, pendekatan TON dianggap maju bukan karena memiliki lebih banyak pecahan, tetapi karena dua fitur unik:
! Analisis Laporan Resmi TON: Demistifikasi Teknologi di Balik Blockchain Tercepat di Dunia
Saat ini, TON terdiri dari dua rantai kerja, rantai utama (Masterchain) untuk sinkronisasi dan tata kelola, dan rantai kerja (Workchain) untuk kontrak pintar. Di bawah rantai kerja adalah shardchain dan tingkat terendah dari rantai akun virtual (Accountchain)
Rantai kerja dapat dibagi menjadi pecahan N (dari 1 hingga 256 pecahan). Setiap pecahan memiliki grup validatornya sendiri. Tim rantai kerja bertanggung jawab untuk mengeksekusi transaksi dalam pecahannya sendiri. Pada saat yang sama, ia terus-menerus mengunduh blok dari semua pecahan lain dari rantai kerjanya. Secara umum, blockchain adalah serangkaian blok yang mencatat perubahan dalam keadaan mereka. Untuk blockchain POS, validator pertama-tama menyetujui bagaimana mereka ingin mengubah status blockchain dengan menyusun blok yang berisi daftar perubahan. Setelah memilih blok ini, jika cukup suara dikumpulkan, mereka menerapkan blok ke status blockchain dan pindah ke blok berikutnya.
Throughput thread blok sangat terbatas karena validator harus memeriksa semua transaksi di blok itu sebelum setuju untuk menerimanya. Jadi ada banyak utas di TON, dan Anda bisa menganggapnya sebagai blockchain mikro mini. Mereka ada secara paralel, dan masing-masing memiliki set validator sendiri.
Rantai utama
Rantai utama adalah utas blok utama dalam TON. Ini digunakan untuk menyinkronkan semua blok yang tersisa dan menghitung ulang set validator. Ketika semua utas menyetujui blok baru, mereka menandatanganinya dan mendaftarkannya ke rantai utama. Namun, validator mainchain tidak memverifikasi validitas blok, mereka hanya memeriksa apakah ditandatangani oleh validator yang sesuai. Jadi banyak utas dapat hidup berdampingan secara paralel. Kontrak dari thread yang berbeda berkomunikasi satu sama lain dengan mengirim pesan.
Rantai kerja
Rantai kerja adalah ruang alamat independen yang dapat dijalankan sesuai dengan aturannya. Misalnya, mereka mungkin memiliki mesin virtual yang berbeda atau memperpanjang waktu yang diperlukan untuk menerbitkan blok dengan batas gas tinggi. Yang terpenting, rantai kerja harus memiliki format antrian pesan yang sama sehingga mereka dapat bertukar pesan. Ini juga berarti bahwa semua rantai kerja harus memiliki jaminan keamanan yang kira-kira sama. Karena mereka dapat bertukar pesan, pesan-pesan ini membawa token jaringan. Sekarang ada dua rantai kerja yang aktif: rantai utama dan rantai kerja pemrosesan pertama. Rantai kerja ditentukan oleh awalan alamat: -1: ax ... 1s2 - Alamat akun di rantai utama. -1 adalah awalan rantai utama.
0: zx... 123 - Alamat akun dalam rantai kerja pertama. 0 - adalah awalan pertama untuk memproses rantai kerja.
Rantai beling
Benang pemrosesan, atau rantai pecahan, adalah benang blok independen yang memproses rantai kerja. Secara default, rantai kerja 0 hanya memiliki satu thread dan satu chain. Validator utas tersebut menerima pesan eksternal dan menangani pesan internal yang mereka kirim sendiri atau dari rantai kerja lain. Jika ada situasi di mana thread kelebihan beban selama blok N terakhir, thread dibagi: satu thread dibagi menjadi dua, dan transaksi dilakukan secara paralel.
Alamat dimulai dengan 0:00: - 0:88.. Akun di awal sekarang ada di utas 1 dengan akun 0:88: . - 0:FF.. Terletak di utas 2. Karena semua kontrak pintar berkomunikasi secara asinkron satu sama lain tanpa gangguan, throughput meningkat tiga kali lipat. Ketika beban turun, utas bergabung kembali setelah beberapa waktu. Jika beban terus meningkat, kedua utas dapat dibelah lagi dan lagi, dan seterusnya. Hanya ada satu utas di rantai utama.
Blok di TON lebih dari sekadar daftar transaksi yang perlu diselesaikan untuk mencapai perubahan keadaan. Sebaliknya, blok adalah:
Daftar pesan yang menjalankan transaksi, menghapusnya dari antrean masuk. Pesan baru memasuki antrian keluar setelah pesan diproses, dan kemudian pemrosesan pesan menyebabkan perubahan dalam status kontrak pintar. Artinya, agar validator shard X dapat mempertahankan status shard Y saat ini, ia tidak perlu mengeksekusi semua transaksi di blok shard Y. Itu hanya mengunduh blok dan merangkum perubahan yang telah terjadi. Terjadi dalam antrian pesan dan status kontrak pintar.
Mengubah dunia blockchain secara fundamental tidak bisa datang tanpa harga. Untuk memanfaatkan pendekatan radikal ini, pengembang kontrak pintar TON harus merancang kontrak mereka secara berbeda. Unit atom dasar dari blockchain TON adalah kontrak pintar. Kontrak pintar memiliki alamat, kode, dan unit data (status persisten). Satuan semacam itu disebut satuan atom karena kontrak pintar selalu memiliki akses yang disinkronkan secara atomik ke semua keadaan persistennya.
Perutean jaringan hypercube
TON telah menciptakan mekanisme perutean cerdas untuk memastikan bahwa transaksi antara dua blockchain selalu diproses dengan cepat, tidak peduli seberapa besar sistemnya, dan waktu yang diperlukan untuk mengirim informasi antara blockchain TON hanya meningkat secara logaritmik dengan jumlah rantai, sehingga bahkan penskalaan ke jutaan rantai memungkinkan mereka untuk berkomunikasi dengan kecepatan tercepat.
Dalam blockchain TON, Instant Hypercube Routing dan Slow Routing adalah dua mekanisme routing yang digunakan untuk menangani transaksi lintas rantai.
! Analisis Laporan Resmi TON: Demistifikasi Teknologi di Balik Blockchain Tercepat di Dunia
Instant Hypercube Routing: Ide TON untuk mempercepat perutean pesan, memungkinkan transaksi lintas rantai diselesaikan dalam waktu singkat. Dalam perutean kubus lambat tradisional, pesan dirutekan oleh rantai pecahan di sepanjang jaringan hypercube ke rantai pecahan tujuan. Namun, selama perutean pesan, validator tempat rantai pecahan tujuan berada dapat memilih untuk memproses pesan terlebih dahulu untuk menambahkannya ke blok, dan kemudian memberikan bukti Merkel (tanda terima) dan mengirim tanda terima untuk menghancurkan pesan yang sedang dikirim. Ini memungkinkan transaksi lintas rantai diselesaikan dalam waktu yang sangat singkat. Perutean cepat mencapai interaksi lintas rantai yang efisien dengan membangun struktur perutean kubus dimensi tinggi. Dalam struktur ini, setiap rantai dipetakan ke satu simpul kubus, dan jarak antara rantai dinyatakan sebagai jumlah lompatan antara simpul. Dengan pendekatan ini, transaksi dapat dialihkan dengan cepat pada jalur terpendek, membuat interaksi lintas rantai menjadi efisien. Perutean cepat dapat menyelesaikan transaksi lintas rantai dalam hitungan detik tanpa menunggu konfirmasi blok.
Perutean lambat: Perutean lambat adalah metode yang relatif tradisional untuk memproses transaksi lintas rantai dengan mentransfer transaksi secara bertahap dari rantai sumber ke rantai tujuan. Dalam metode ini, transaksi pertama-tama dikemas ke dalam blok pada rantai sumber dan kemudian ditransfer ke rantai tujuan melalui relayer. Validator rantai tujuan memverifikasi validitas transaksi dan kemudian mengemasnya ke dalam blok rantai tujuan. Keuntungan dari perutean lambat dibandingkan perutean cepat adalah memberikan tingkat keamanan dan desentralisasi yang lebih tinggi, karena transaksi lintas rantai harus melalui proses konfirmasi blok penuh. Mirip dengan jaringan TCP/IP, alamat IP tujuan ditujukan ke tujuan untuk memastikan bahwa pesan ditransmisikan secara andal ke rantai tujuan secara berurutan. Untuk jaringan hypercube rantai pecahan skala N, lompatan rantai pecahan menengah = log16 (N) -1 harus dilalui. Oleh karena itu, hanya 4 node routing (rantai shard perantara) yang diperlukan untuk mendukung jutaan rantai shard.
Mengapa dirancang seperti ini? **
Validator diperlukan untuk distribusi. Jika sistemnya sangat besar, dengan puluhan ribu node, itu terlalu terbebani untuk diskalakan. Setelah sharding, setiap shard memiliki satu set, shard0, shard1... Juga perlu untuk mencapai komunikasi lintas beling. Komunikasi dapat dipecah silang, dan berpindah dari satu pecahan ke pecahan lainnya berarti harus ada mekanisme perutean untuk pecahan dan pecahan. Koneksi membentuk rute yang melewati beberapa simpul perantara. Setiap kali pesan dirutekan, itu setara dengan peningkatan waktu transmisi sebesar satu waktu blok.
Seiring bertambahnya jumlah rantai beling, ini akan membutuhkan banyak daya komputasi dan bandwidth jaringan, membatasi skalabilitas sistem. Akibatnya, tidak mungkin untuk menyampaikan pesan langsung dari satu pecahan ke semua pecahan lainnya. Sebaliknya, setiap pecahan hanya "terhubung" ke pecahan yang berbeda dengan angka heksadesimal pada pengenal pecahan (w,s) mereka. Dengan cara ini, semua rantai pecahan membentuk grafik "hypercube", dan pesan diteruskan di sepanjang tepi hypercube ini.
Jika pesan dikirim ke pecahan yang berbeda dari pecahan saat ini, angka heksadesimal dari pengenal pecahan saat ini (dipilih secara deterministik) akan diganti dengan nomor pecahan target yang sesuai, dan pengidentifikasi yang dihasilkan akan berfungsi sebagai perkiraan tujuan untuk menjadi penerima pesan yang diteruskan.
Keuntungan utama dari hypercube routing adalah kondisi validitas blok, di mana validator yang membuat blok rantai pecahan harus mengumpulkan dan memproses pesan dari antrian output rantai pecahan "tetangga" atau kehilangan stakingnya. Dengan cara ini, dapat diharapkan bahwa pesan apa pun akan mencapai tujuan akhirnya cepat atau lambat; Pesan tidak hilang saat transit atau dikirim ulang.
Perutean hypercube memperkenalkan beberapa latensi dan biaya tambahan karena kebutuhan untuk meneruskan pesan melalui beberapa rantai pecahan perantara. Namun, jumlah rantai pecahan perantara ini tumbuh sangat lambat, yang terkait dengan log N dari jumlah total rantai beling.
Komunikasi tidak sinkron
Kontrak pintar pada TON mengimplementasikan komunikasi asinkron, yang dapat dibandingkan dengan layanan mikro Internet. Setiap layanan mikro hanya memiliki akses yang disinkronkan secara atomik ke data lokalnya. Komunikasi antara dua layanan mikro melibatkan pengiriman pesan asinkron melalui jaringan.
Dalam arsitektur sistem, sistem yang lebih besar sering membutuhkan arsitektur layanan mikro. Pendekatan terdistribusi ini membutuhkan beberapa trade off untuk diadopsi, tetapi dapat membawa manfaat pengalaman pengguna. Manajemen sistem modern bergantung pada sequencer seperti Kubernetes untuk mengambil satu set layanan mikro dalam kontainer dan secara otomatis memutar instance baru sesuai kebutuhan (autoscaling) dan mempartisinya secara efisien di antara mesin.
Untuk menggunakan analogi Kubernetes (Massive Cluster Management System), inilah yang dilakukan TON. Ketika beban pada rantai pecahan tertentu meningkat, ia dibagi menjadi dua bagian. Karena kontrak pintar bersifat atomik, mereka tidak pernah terbelah dua. Ini berarti bahwa beberapa kontrak pintar yang pernah berada di rantai pecahan yang sama mungkin suatu hari menemukan diri mereka berada di rantai pecahan yang berbeda.
Mesin Virtual (TVM) TON menerapkan konsep layanan mikro terdistribusi ke arsitektur keseluruhan yang mengacu pada EVM Ethereum.
Desentralisasi negara
Ini adalah salah satu mekanisme sharding yang paling kompleks dan menantang di ruang sharding. Seluruh database dibagi dan ditempatkan pada pecahan yang berbeda. Setiap pecahan menyimpan semua data dalam pecahannya sendiri, bukan keadaan seluruh blockchain.
Dalam sharding blockchain TON, semua layanan diimplementasikan dalam bentuk kontrak pintar, dan data status kontrak pintar hanya disimpan dalam jaringan shard yang sesuai, untuk mencapai sharding negara.
Tidak hanya itu, di TON, kontrak telah mencapai jalur implementasi yang unik di industri, di mana setiap pengguna dapat mengelola status token dalam kontrak mereka sendiri, benar-benar mewujudkan desentralisasi dari keadaan blockchain. Saya akan mengeksplorasi prinsip-prinsip desain ini secara rinci melalui studi kasus.
Pertama-tama, Anda perlu memahami kontrak Wallet dan kontrak Jetton wallet. Kontrak Dompet adalah kontrak pintar khusus pengguna yang mengelola token pengguna di blockchain TON. Jetton (Rusia: Permata) Kontrak dompet adalah jenis kontrak dompet khusus yang didedikasikan untuk mengelola token Jetton pengguna. Token ini dapat digunakan untuk membayar biaya jaringan dan menjalankan kontrak pintar. Setiap pengguna memiliki kontrak Wallet dan kontrak Jetton wallet mereka sendiri. Kontrak ini bertindak sebagai dompet digital bagi pengguna untuk menyimpan dan mengelola token mereka. Pada saat yang sama, kontrak ini juga dapat berinteraksi dengan kontrak pengguna lain untuk memungkinkan transfer dan perdagangan aset terdesentralisasi.
Dalam hal ini, diasumsikan bahwa pengguna A dan pengguna B masing-masing memiliki kontrak dompet mereka sendiri. Pengguna A ingin mentransfer sejumlah token ke Pengguna B. Dalam hal ini, kontrak Dompet Pengguna A berinteraksi dengan Kontrak Dompet Pengguna B untuk merealisasikan transfer token. Seluruh proses tidak perlu bergantung pada satu kontrak terpusat, tetapi melalui dua kontrak terdesentralisasi.
Pengguna blockchain TON semua memiliki kontrak mereka sendiri untuk mengelola keadaan aset mereka, yang berarti bahwa tidak ada kontrak terpusat tunggal untuk mengambil risiko mengelola semua aset. Ini meningkatkan desentralisasi sistem dan mengurangi risiko satu titik kegagalan. Status semua aset pengguna dikelola oleh kontrak khusus, dan penyerang tidak dapat memengaruhi seluruh sistem dengan menyerang satu kontrak terpusat. Transaksi aset antar pengguna juga dapat dieksekusi secara otomatis melalui kontrak pintar, menghindari risiko operasi manusia. Anda juga dapat menyesuaikan kontrak dompet Anda sendiri dan kontrak dompet Jetton sesuai dengan kebutuhan Anda untuk mencapai lebih banyak fungsi dan skenario aplikasi. Ini memberi pengguna lebih banyak fleksibilitas dan otonomi. Setiap orang mengelola status aset dalam kontrak mereka sendiri, dan skalabilitas sistem ditingkatkan. Ketika jumlah pengguna meningkat, begitu juga jumlah kontrak, tetapi ini tidak memberikan tekanan yang tidak semestinya pada keseluruhan sistem karena setiap kontrak beroperasi secara independen.
Di atas adalah analisis saya tentang skalabilitas blockchain TON dan arsitektur teknis buku putih, terima kasih kepada Dr. Awesome Doge untuk mengedit draf pertama. Terima kasih kepada tim pengembangan Rusia dan Ukraina atas ketekunan mereka dan akhirnya kepada pendiri Telegram, Tuan Nikolai Durov, untuk desainnya yang hebat bertahun-tahun yang lalu, dan ini adalah untuk kemuliaan pikiran manusia.