TON (The Open Network)

是 Telegram 团队发起的区块链项目，旨在提供快速、安全的中心化支付等服务。 TON 采用灵活的多层区块链结构，由主链、工作链、分片链等组成，实现有了高度的扩展性。

TON 使用了独特的 Catchain 共识机制，只有顶部节点就可以实现拜占庭容错。

TON 在生成每个新区块时就进行验证，确保安全。 TON 支持智能合约，使用了简化编程语言提高了安全性，并实现了跨链调用、异步通信等机制，大大增强了智能合约的互操作性和扩展性。

TON利用两级串口协议实现了高效可靠的跨链交易。协议进行了各种优化，适应生态链环境。 TON 还提供了代理层，封装了许多开源的去中心化服务，如存储、支付等，降低开发城镇，使应用可以方便地利用 TON 网络。

可以说，TON致力于提供一个高速、安全、易用、可靠的区块链基础网络，其架构和关键机制的设计都体现了这样的目标。TON为架构去中心化的应用和服务提供了坚实的基础基础。

TON 的经济模型

TON（Telegram Open Network）的初始总供应量为 50 亿代币。在代币分配方面，项目团队持有的代币占总供应量的 1.45%，而其余 98.55% 的代币是通过工作量证明（POW）进行发放已已。目前，网络投票机制从POW转变为权益证明（POS），每年通行率约为0.6%，以奖励POS。截至目前，总供应量为50.9亿代币。

2023年2月，TON VOTE通过了一项名为《TON Token经济模型优化提案》的提案，该提案建议对不活跃的钱包进行暂时冻结，冻结期为48个月。这些不活跃的钱包钱包从未进行过激活，也没有历史上的记录或代币转账记录。仅到提议时，共有171个未激活的钱包钱包，这些钱包总共持有超过10.81亿TON代币，约占当时总供应量的21%。

TON 的发展史

Telegram Open Network (TON)是由Telegram创建的区块链平台。该项目首次提出于2018年，旨在为Telegram的5亿多用户提供快速、安全的去中心化支付和数字身份等服务。TON的目标是通过扩展达到每秒数百万笔交易的处理能力，同时支持去中心化的生态系统。

2018年，Telegram开放网络发布了名为Gram的PDF和PDF版本。此外，该项目开始筹备并成功进行了代币的私募，从不同的领域募集了大约17亿美元的资金。然而，由于Telegram的背景下，该项目吸引了更多的关注，也面临着更多的问题。在ICO之前，发生了多起涉及骗局的事件，情况进一步复杂化。

Telegram 的创始人兼创始人 Pavel Durov 发表了官方声明，表示公司将寻求一种合法的方式来使用户能够参与 ICO。Gram 代币计划在美国曼哈顿范围内进行公开发售，因此 Telegram 必须遵守 SEC 的要求监管规定。 最初的计划是在代币发行时向投资者发行代币，巴塞罗那格拉姆被视为证券。 然而，SEC认为吸气代币发行时向投资者发行代币，将早期的格拉姆交易视为必然注册的证券发行。因此，Telegram 和 SEC 最终陷入了法律诉讼，Telegram 败诉。

2020年5月，项目的领导者Pavel Durov不再参与区块链开发，并开始退还项目的早期投资者。对于那些仍然看好该项目潜力的加密爱好者和开发者，他们接管了TON（项目）的代码已在GitHub上开源），将代币从Gram更名为TON币。

TON 的 Vertical Blockchain 网络结构

TON（The Open Network）旨在成为一个快速、安全和可扩展的区块链网络，用于支持去中心化的应用程序。其目标是实现高交易速度、可扩展性和安全性。

TON采用了一种灵活而复杂的网络结构，包括上层的主链和下层的分片链。主链负责协调和全局存储数据，而分片链负责处理交易，从而整体提高吞吐量。这些分片片链可以根据需要组成“分片群”，以优化处理速度。网络由一个主链和群体分片（也被称为相邻区块链）组成，主链由一组验证节点来协调，这就允许另外，动态分片机制系统自动进行水平扩展，有利于随着网络的增长保持较高的交易速度。当某个分片负载过重时，会进行“再分片”，因此分片细分为更小的分片，以减轻负担。而在分片空闲时，会进行“分片合并”，将多个分片合并在一起以节省分片资源。系统通过动态调整片大小来平衡工作负载。

TON采用了无限分片的策略，其中包括以下两个独特的特点：

分片数量不固定：TON 具有支持不断增加的分片数量的能力，根据业务需求，分片数量可以动态扩展，最大达到2^60个工作链，这个数量几乎可以被视为无限。

分片具有数量弹性：TON具备在系统负载高时自动分割分片的能力，以应对高负载情况，同时在负载降低时可以自动合并分片。这种灵活的策略非常有效，能够满足动态扩展需求，确保网络的高效运行。

上图简要展示了TON区块链的逻辑结构，从上到下包括以下关键组件：主链（Masterchain）用于同步和治理，工作链（Workchain）用于智能合约，分片链（Shardchain）和最底层的虚拟账户链（Accountchain）。工作链可以进一步分成N个分片（从1到256个分片），每个分片都有自己的验证节点组。以下是TON区块链的运行逻辑：

主链（Masterchain）：主链用于同步整个网络并进行治理。它跟踪网络状态的全局变化，确保网络的一致性。

工作链（Workchain）：工作链是用于智能合约的区块链层。它允许创建和执行智能合约，并包含各种分片链。

分片链（Shardchain）：分片链是处理工作链区块的独立线程。每个分片链有一组验证节点组，负责在自己的分片中执行交易。分片链具有弹性，可以分割或合并以适应负载情况。

虚拟账户链（Accountchain）：最底层的链，用于管理虚拟账户。虚拟账户链用于管理用户账户、余额和交易记录。

消息和区块：区块不仅包含交易列表，还包含消息列表、从队列删除消息、新消息进入队列以及消息导致的合约状态变化。这使得区块链的吞吐量大量增加，因为节点消耗在接受区块之前检查所有交易。

总的来说，TON的架构和多层次的区块链结构能够实现高度可扩展性、高吞吐量和高安全性，为中心去化应用提供了精细的基础。它允许任务处理交易，自动适应网络负载，并提供了高效的状态同步机制。

TON 的共识机制

TON 使用一种名为 Catchain 的权益论证投票机制，其中验证节点依次负责高效创建区块，以实现的投票过程和去中心化。

TON网络采用独特的猫链共识机制，只要三分之一的验证节点参与并遵循规则，就可以保证网络正常运行，实现了拜占庭容错的理论极限。明显以太坊和卡尔达诺等项目，TON的区块验证是在生成区块时即进行，而不是等到出现问题再通过分叉进行协调。

在 TON 中，每个新区块通过“区块生成循环”来创建，验证节点在规定的期限内达成共识，否则该区块将被跳过。验证节点在生成区块时分工明确，其中一部分负责创建区块，一部分提出投票建议，而其余部分进行投票。每个新的循环，节点的任务会重新分配，以保证系统的正常运转。主网络中的验证节点数量上限为100，而每个分片链上的节点数量在 10 至 30 秒之间。测试结果显示，TON 网络每 5 个节点可以生成一个区块，并且所有节点能够完成完整的投票过程。TON 的系统设计主要受到 Cosmos 和 Algorand 的启发，尽管在某些细节上存在差异，例如节点之间的通信方式。TON允许全网节点进行通信，但也可能会导致通信效率较低，因此各个项目都在寻找方法来加速通信。

TON 的智能合约

TON区块链采用了一种被称为有限状态机的轻量级智能合约变体，这使得复杂的应用程序可以在优化存储和执行速度之间取得平衡。与坊间以太虚拟机（EVM）不同， TON 允许合同的状态发生变化，这代表了从法律合同模型向软件工程师模型的转变。在其他 Layer 1 区块链中，合同通常被视为不可更改的，但用户经常使用复杂的代理机制等方式来规避这种限制。而 TON 的设计旨在减少这种复杂性，允许更直接的合同变更。

TON 的分层结构提高了扩展性，使得能够支持更复杂和大规模的智能合约应用。动态分片保证了智能合约可以线性扩展，而不是像以太坊那样容易受到网络拥堵的影响。实现了异步消息传递，从而提高了智能合约之间的通信效率。跨链支持使得智能合约可以访问其他工作链的数据，同时还提供了标准的智能合约库供开发者使用。Fift代码可以编译成模型不同虚拟机的形式，这意味着相同的合约可以在不同的工作链上运行。TON还通过基础设施优化，如常数验证和局部检查点，为智能合约的执行提供了支持。

总结几个特殊之处:

TON使用了简化的编程语言Fift，而不是复杂的Solidity，这使得智能合约更加安全和高效。

五语言的特点包括支持无限循环，这允许进行更复杂的计算。相比之下，以太坊限制了循环的步骤数，从而限制了计算的能力。

TON 的智能合约基于状态机（State Machine），这有助于保证每个智能合约状态变更的原子性，从而避免了可重入攻击。

跨链调用是TON的一个重要特性，它允许一个智能合约调用另一个工作链上的智能合约，很大程度上提高了不同链之间的互操作性。

TON 支持异步消息交互，这意味着智能合约之间可以通过非阻塞的异步消息进行通信，从而提高了整体吞吐量。

另外，TON提供轻客户端支持，智能合约代码可以编译成轻客户端，从而能够在分片链之间进行交互。

最后，TON引入了垃圾恢复机制，这意味着智能合约不需要手动管理内存，因为系统会自动进行内存恢复。

此外，TON 的智能合约具备准系统级权限，它们可以直接访问底层区块链资源，而通过节点来执行这些操作。

TON 的跨链处理

TON网络在进行跨链交易时采用了两阶段提交（2PC）协议的变体，以保证跨链交易的一致性和可靠性。

TON的跨链交易2PC协议主要包括以下阶段：

初始阶段：发起跨链交易的A链锁定本链资产并生成收益，然后向目标链B发送准备请求。

准备阶段：链B上的接收账户执行本地操作，准备接收资产。如果准备成功，链B响应链A表示已准备就绪。

提交阶段：链A接收链B的响应后，启动本链资产的转移，并通知链B可以完成接收端的资产转移操作。

确认完成阶段：链B在完成接收端资产的转移后，向链A发送确认信息，跨链资产转移。

在整个流程中，如果任何一方发生失败或超时，可以通过回滚操作将多余链的状态恢复到之前的状态，以保证跨链交易或成功完成，或者完全失败，从而避免资产损失。直接进行跨链交易，2PC协议引入了额外的准备和确认步骤，以确保极限状态的同步，并显着降低了跨链操作失败的风险。

TON 对 2PC 协议进行了一系列优化，其中链环境，并以最大适应保持跨链交易的一致性和可靠性。这些优化包括：

异步设计：与传统的同步2PC不同，TON采用异步方式执行准备和提交阶段，可以执行任务，提高了效率。

超时处理：引入超时时间设置，一旦超时，即可取消操作，数组资产被永久锁定。

重试机制：当发生超时或故障时，系统会自动进行交易重试，以确保最终的一致性。

准备队列：目标链引入了准备队列，可以批量处理准备请求，防止网络拥堵。

状态回退：目标链定期创建状态快照，以便在交易失败时可以快速回退状态，而无需逐步回退。

分片支持：采用分片来处理准备和提交请求，有助于分散负载，避免单个链的过度压力。

零知识证明：交易双方可以使用零知识证明来保护账户隐私，提高安全性。

减少回滚：通过优化超时时间和重试机制，最大程度减少了需要回滚操作的情况。

优先设计：优先设计使不同的组件如推理、执行和协调之间解耦，进而系统优化和扩展。

这些优化措施使得TON网络能够更好地应对复杂的跨链交易环境，提高了整个系统的稳定性和性能。

TON 的代理层

网络提供了一个代理层，它位于TON区块链之上，旨在创建去中心化服务，包括域名解析、支付和存储等。该代理层具有以下主要特点和意义：

桥接外部应用：代理层构建了外部应用与底层区块链之间的桥梁，提供了简单的接口，使外部应用能够与区块链进行交互。

支持去中心化服务：代理层支持构建各种去中心化服务，如域名解析、存储和支付，而不需要每个应用都各自实现这些通用服务。

继承区块链特性：代理层服务使用智能合约编程，继承了区块链的安全性和审计性等特点，提供了可信任的执行环境。

优先和解耦：服务高度和解耦，应用可以根据需要调用这些服务，而不必部署全部服务。

跨链互操作：代理层服务实现了跨链互操作，应用程序可以轻松访问多个工作链上的数据和功能。

异步非阻塞交互：服务间采用异步非阻塞交互模式，提高了吞吐量，避免了链间调用的阻塞问题。

简化开发：TON SDK封装了代理层服务的访问，使开发者能够使用熟悉的方法进行调用，简化了应用的开发过程。

开源和审计：代理层服务的代码是开源的，允许开发者查看、审计，并在其基础上进行创新。

升级和治理：服务版本和参数可以通过主链上的协议治理进行升级，保持系统的灵活性。

总之，代理层在TON网络中扮演关键的角色，使开发者能够构建各种去中心化的应用和服务，同时提供一种高度可信任和分级的方式来满足各种应用需求。

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