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不久前，TON（Telegram Open Network）社区宣布其 testnet 将于本月全面开放测试，主网也将于2019年10月31日上线。本文将为读者解读 TON 的垂直多链架构。

链与“制作人”

TON 全称 Telegram Open Network，其创始人Nikolai Durov 是 Telegram 创始人Pavel Durov 的哥哥。

Durov 兄弟在社交网络界可谓大名鼎鼎，他们创办的社交网络网站 VK 一度与 Facebook 齐名。但由于不愿与俄政府合作导致VK网站被强制收购，Pavel 只得带领团队辗转世界各地。

2013年，Pavel 团队上线了匿名社交应用 Telegram；四年后，TON 项目启动之初，也一举吸引了投资者无数。

第五代公链

白皮书中，Pavel Durov 对当前的公链项目做出如下分类：

第一代：单链，PoW，不支持智能合约。例：Bitcoin（2009年启动）
第二代：单链，PoW，智能合约支持。例：Ethereum 1.0（2013年启动）
第三代：单链，PoS，智能合约支持。 例：Ethereum 2.0（2020年启动）
第三代：多链，PoS，不支持智能合约，松散耦合。例：Bitshares（2014年启动）
第四代：多链，PoS，智能合约支持，松散耦合。例：EOS（2017年启动）、PolkaDot（2016年提出）
第五代：多链，PoS 与 BFT，智能合约支持，紧密耦合，动态分片。例：TON（2017年提出）

由此可见，TON 几乎是 ETH2.0、EOS、PolkaDot 的集大成者，堪称2019年的“公链之王”。

TON区块链网络&平台基础设施

TON 提出了一种可扩展的多链区块链架构，并准备了多个基础网络设施，拟支持通过各种链上服务，以实现用户友好的界面，并支持各种加密货币和各种应用程序。

TON Blockchain：去中心化的 PoS 多链网络。使用“区块中的区块链概念”设计多链分片构架。
TON Storage：类 IPFS 的去中心化存储技术。
TON Proxy：匿名代理和隐藏节点的身份和 IP 地址
TON Services：提供第三方 app 的交互接口协议。
TON DNS：时下流行的去中心化的网络名称服务。
TON Payments：类似 Libra 的网络支付通道。

TON区块链网络

· 主链（masterchains）

主链用来存储 TON 协议、TON 初始化参数等基本信息，也包含验证节点名单和验证节点的 stake 记录。

由于 TON 是多链网络，工作链和分片链的最新区块 hash 也都会包含在最新的主链区块上。

· 工作链（workchains）

主链最多可生成2^32条工作链。只需支付主链的交易费用 + 满足2/3的验证节点支持，即可创建新的工作链。

每条工作链可分管不同的虚拟机、账户地址格式、交易数据格式和基础代币等。工作链会有自己的基础代币和在其协议之上建立的代币，可将每条工作链视为一个独立的DApp。

· 分片链（shardchains）

工作链最多可拆分为2^60条分片链。分片链可以保存智能合约和各类账户格式信息，同一工作链下的分片链使用相同的区块结构和生成规则、包括账户生成格式。

· 垂直区块链（Vertical-blockchain）

TON 的区块链分为主链、工作链和分片链三层网络。主链上若干个区块保存了不同的区块链协议，根据这些协议又独立运行着不同的区块链。这样的三层架构设计即为“区块中的区块链（block blockchain）”或“垂直区块链（vertical blockchain）”。

为了更加形象地表示 TON 的垂直区块链网络，我们可以将 TON 网络分为三层：

第一层：TON 主链，可视为类似比特币的公链，Gram 即为 BTC。
第二层：在主链上标记了若干个区块，分别保存不同的协议。譬如 LTC 区块、ETH 区块、XRP 区块，这些区块组成的第二层网络称为工作链。
第三层：根据不同的协议，每一个区块上运行着一条区块链，譬如 LTC 链、ETH 链和 XRP链。由此引申出了第三层网络称为分片链。
最后，所有分片链上的区块统一哈希后的值记录为主链的区块哈希值。这就是TON“垂直区块链”和“紧密耦合”属性。

· 出块间隔

主链每5s生成新区块，但主链区块会在所有分片链新块生成后大约1s生成，这是为了包含所有分片链最新区块的 hash。

· 无限分片范式（ Infinite Sharding Paradigm）

每个分片链只包含一个账号或者智能合约，以此 TON 拥有大量的账户链描述账户的状态和交易信息。这样的模型定义称为无限分片范式。

所以传统区块链是自上而下的（up-bottom），而 TON 网络是自下而上（bottom-up）的模型。

· 紧密耦合与松散耦合（Close-coupled vs Tightly-coupled）

一旦分片所有哈希被合并写入主链区块中，分片的区块及其父块被认为是一致的，且分片链上的区块包含最新的主链哈希值。一般认为，主链上引用的分片链的哈希是不变的。

参考 EOS 系统上需要20个区块确认后才会认为区块信息的不可逆转，可以称为松散耦合。 TON 的区块生成即不可逆的能力定义为紧密耦合。

· TON 的节点角色

TON 团队旨在打造人人可参与的 PoS 公链，为了兼顾去中心化和性能，TON 的链上治理设计了多个角色：

Validators 验证节点

验证节点可以互相检查新块的有效性，发现无效区块后，负责签名的验证节点会收到部分或全部 staketoken 丢失的惩罚，也可能失去一段时间的 stake 资格。

Nominator 提名节点

提名节点可以指定验证节点，做出加权的投票。提名节点可以获得验证节点的 staking 收益分成，同时也需分担验证节点 slashtoken 的风险。

Fisherman 渔夫节点

渔夫节点可以通过验证无效的区块获得收益。在主链抵押少量的 Grams，即可成为渔夫节点。

Collator 校验节点

校验节点负责向验证节点（validator）提交新的分片候选区块，填补区块和相邻区块的数据，并提供相应的默克尔证明（Merkle Proofs）。这样验证节点无需下载分片链的完整状态也可以验证候选区块的有效性。同时，验证节点会分配部分区块收益提供给校验节点。

通过这种形式，验证节点可以将提交候选区块的工作外包给校验节点来避免和降低检查相邻分片区块的必要性。

总结

未来，各类 DApp 将会在 TON 主网上运行，而 Telegram 可能会成为 TON 的首个 DApp。

目前看来，Libra 引发的社交+支付的模式将成为区块链技术应用落地首选领域。Telegram 的三亿用户加之币圈 App 的光环使得 Durov 团队再次成为 Facebook 有力的竞争对手。

Libra 的稳定币方案需要兼顾政府的监管与去中性化不可篡改的特性，目前已遇到了诸多问题。而 TON 选择隐匿币的路线虽然可以绕过合规问题，其能否实现以上诸多技术难点仍需谨慎看待。

参考资料
一文初识硬核 Telegram；Telegram（电报）中文版白皮书:
https://mp.weixin.qq.com/s/WLlD088acBDfjUM4bCEd0A

TON-Whitepaper:
https://tonbeta.io/gNQ7e9z3lCGi519Wz8mmC0Kg8aA0goeZKAQ802vo.pdf

TON-beta/TelegramOpenNetwork:
https://github.com/TON-beta/TelegramOpenNetwork

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