详述TON的技术特点与智能合约开发范式

作者：@Web3Mario

引言

随着币安上线TON生态最大的游戏Notcoin以及由全流通token经济模型所引发的巨量财富效应，TON在短时间内即取得了极大的关注。和朋友聊了下得知TON的技术门槛比较高，而且DApp开发范式与主流公链协议有很大的差异，因此花了一些时间深入研究了一下相关课题，有些心得体会，与诸君分享。简而言之，TON的核心设计理念是以一种“自下而上”的方式重构传统的区块链协议，并以舍弃互操作性为代价，实现对高并发和高可扩展性的极致追求。

TON的核心设计思想——高并发与高可扩展性

可以这么说，TON中所有复杂的技术选型的目的都来自于对高并发与高可扩展性的追求，当然从其诞生的背景我们也不难理解这一点。TON，即The Open Network，是一个去中心化的计算网络，包含一个L1区块链和多个组件。TON最初由Telegram的创始人Nikolai Durov及其团队共同开发，而发展到现在则由全球独立贡献者的社区支持并维护。其诞生要追溯到2017年，Telegram团队开始为自己探索区块链解决方案。由于当时没有现有的L1区块链能够支持Telegram的九位数用户基础，他们决定设计自己的区块链，当时称为Telegram Open Network。时间来到了2018年，为了获得实现TON所需的资源，Telegram在2018年第一季度发起了Gram代币（后来改名为Toncoin）的销售。2020年由于监管问题，Telegram团队退出了TON项目。随后，一小部分开源开发者和Telegram比赛获胜者接手了TON的代码库，将项目名称更名为The Open Network，并继续积极地开发区块链至今，且遵循原始TON白皮书中概述的原则。

那么既然是以作为Telegram的去中心化执行环境作为设计目标，自然要面对两个问题，高并发请求与海量数据，我们知道随着技术发展到现在，号称TPS最高的Solana实测最高TPS也只有65000，这显然不足以支撑百万级TPS要求的Telegram生态。与此同时随着Telegram的大规模应用，其产生的数据量早已突破天际，而区块链作为一个极度冗余的分布式系统，若要求网络中每个节点都保存一份完整的数据，这也是不现实的。

因此为了解决上述两个问题，TON对主流的区块链协议做出了两个方面的优化：

通过采用“无限分片范式”（Infinite Sharding Paradigm）设计系统，解决数据冗余问题，使其可以承载大数据，同时缓解性能瓶颈问题；

通过引入基于Actor模型的完全并行执行环境，极大的提升网络TPS；

做区块链的链——通过无限分片能力让每个账户都有一条专属的账户链

当下我们知道，分片（sharding）已经成为了大部分区块链协议提升性能降低成本的主流方案，而TON则将这点做到了极致，并提出了无限分片范式，所谓无限分片范式，指的是允许区块链根据网络负载动态地增加或减少分片数量。这种范式使得TON能够在保持高性能的同时，处理大规模的交易和智能合约操作，理论上TON可以为每个账户都建立一条专属的账户链，并通过一定的规则保证这些链之间的一致性，

抽象的来理解，在TON中一共存在四层链结构：

账户链（AccountChain）：该层链表示与某个账户相关的一系列交易所组成的链，之所以交易可以组成链式结构，是因为对于一个状态机来说，只要执行规则一致，状态机在接收到相同顺序的指令后得到的结果是一致的，因此所有区块链分布式系统中都需要对交易进行链式排序，TON也不例外。账户链是TON网络中最基本的组成单元，通常情况下账户链是一个虚拟的概念，不太可能真正存在一个独立的账户链。

分片链（ShardChain）：在大部分的语境下，分片链才是TON中实际的组成单元，所谓分片链，即为一组账户链的集合。

工作链（WorkChain）：也可以叫做一组有自定义规则的分片链，例如创建一个基于EVM的工作链，在其上运行Solidity智能合约。理论上，社区中的每个人都可以创建自己的工作链。事实上，构建它是一个相当复杂的任务，在此之前还要支付创建它的（昂贵）费用，并获得验证者的2/3的票数来批准创建你的工作链。

主链（MasterChain）：最后在TON中有一条特殊的链被称为主链，该链负责为所有分片链带来最终性。一旦分片链的区块的哈希值被合并到主链的区块中，该分片链区块及其所有父区块被认为具有最终性，这意味着它们可以被认为是固定且不可变的内容，而被所有分片链的后续区块引用。

通过采用这样的范式，使TON网络具备以下三个特点:

动态分片: TON可以自动拆分和合并分片链以适应负载的变化。这意味着新块总是快速生成，而交易不会产生很长的等待时间。

高度可扩展:通过无限分片范式，TON能够支持几乎无限数量的分片，理论上可以达到2的60次方个工作链。