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作者：溫曉樺、吳陽煜、岑大師
雷鋒網AI金融評論報道，去中心化即使通訊工具Telegram于2018年1月表示計劃推出自己的區(qū)塊鏈平臺——TON（Telegram Open Network，“Telegram開源網絡”），以及將發(fā)行加密貨幣來進行聊天工具的支付等功能。
作為一款主打隱私安全的加密即時通訊應用，Telegram采用端對端加密，所有內容不會通過其服務器；它的私密聊天功能可以在用戶退出登錄時自動刪除聊天記錄。這些特點使得Telegram搖身一變成為幣圈最受歡迎的通訊工具之一。而宣布將加入支付功能的Telegram，即被業(yè)內譽為是區(qū)塊鏈界的“微信”。
而對于未來將推出的TON，業(yè)內也給予了厚望。本文將從團隊、產品本身的系統(tǒng)架構、技術創(chuàng)新、應用場景、生態(tài)建設、技術挑戰(zhàn)等來對該項目進行深度解析。
關于Telegram及其創(chuàng)始人的傳奇故事，請戳《Telegram傳奇：俄羅斯富豪、黑客高手、極權和陰謀…...》。
據雷鋒網AI金融評論了解，Telegram發(fā)布的白皮書介紹稱，Telegram開放網絡（Telegram Open Network，簡稱 TON），是由以下幾個部分組成：
一個靈活的多區(qū)塊鏈平臺，簡稱 TON 區(qū)塊鏈，每秒能夠處理幾百萬次的交易，帶有圖靈完備的智能合約、可升級的區(qū)塊鏈參數、多種加密貨幣價值轉移，并支持小額支付渠道和鏈下支付渠道。TON 區(qū)塊鏈帶來了一些獨特的全新特點，例如可以“自愈”的垂直區(qū)塊鏈機制和即時超立方體路由，使其快速、可靠、可擴展并能保持自我一致性。
一個P2P網絡，簡稱 TON 網絡，用來訪問 TON 區(qū)塊鏈、發(fā)送候選交易并只接收關于客戶感興趣的區(qū)塊鏈部分的更新，例如與客戶的賬戶和智能合約有關的部分，但是也支持隨機分布的服務，無論是否與區(qū)塊鏈有關。
一個分布式文檔存儲技術，簡稱 TON 存儲，可以通過 TON 網絡訪問，是 TON 區(qū)塊鏈用來存檔區(qū)塊和狀態(tài)數據的拷貝文檔，也可以用來給用戶或其他平臺運行的服務存儲隨機文檔，使用類似種子的訪問技術。
一個網絡代理/匿名層，稱為 TON 代理，類似隱形網計劃 I2P，在需要時用來隱藏 TON 網絡的身份和 IP 地址，例如包含大量加密貨幣的賬戶進行交易所用的節(jié)點，或者高風險區(qū)塊鏈驗證節(jié)點，可以隱藏準確的 IP 地址和地理位置，以防御 DDoS 攻擊。
一個類似 Kademlia 的分布式散列表，稱為 TON DHT，用作 TON 存儲的“種子追蹤器”、TON 代理的 “輸入隧道定位器”和 TON 服務的服務定位器。
一個用于隨機服務的平臺，稱為 TON 服務，存在于 TON 網絡和 TON 代理之上，并可通過其訪問。帶有類似瀏覽器或者智能手機應用的交互界面，這些界面和持續(xù)服務入口點可以在 TON 區(qū)塊鏈上發(fā)布。任意時刻，提供服務的實際節(jié)點可以從在 TON 區(qū)塊鏈發(fā)布的信息開始，通過 TON DHT 查詢。服務可以在 TON 區(qū)塊鏈里創(chuàng)建智能合約，為客戶提供一定的擔保。
TON DNS，一種可以為賬戶、智能合約、服務和網絡節(jié)點提供人類可讀的名字的服務。
TON 支付，一個小額支付、小額支付渠道和小額支付渠道網絡的平臺?？梢杂米骺焖俚逆溝聝r值轉移和支付 TON 服務支持的服務。
TON 可以很方便地融入第三方聊天和社交網絡應用，因此使得區(qū)塊鏈技術和分布式服務終于不再僅限于是一小部分加密貨幣的早期采用者。我們會以我們自己的項目 Telegram Messenger 為例子詳細討論。
白皮書介紹稱，TON 區(qū)塊鏈是 TON 項目的核心，其他的部分也可以算是為區(qū)塊鏈發(fā)揮支持作用。TON區(qū)塊鏈事實上是區(qū)塊鏈的合集，該項目稱，“沒有哪個單個區(qū)塊鏈能夠實現我們的目標，每秒鐘處理數以百萬計的交易。因為目前的單個區(qū)塊鏈，每秒鐘只能處理幾十個交易。”
據介紹，TON 區(qū)塊鏈解決交易性能障礙的方案——其稱之為“無限分片（ Infinite Sharding Paradigm）”。
這也是TON所謂最核心的創(chuàng)新“鏈中鏈”。
據TON技術白皮書介紹，TON的區(qū)塊鏈可被看作是若干區(qū)塊鏈的集合，或被稱為“區(qū)塊鏈的區(qū)塊鏈”，原因在于，項目方認為，任何一條單鏈的項目，都無法適用于百萬級TPS的交易吞吐量，而僅能達到每秒數十次的交易速度。具體來講，在TNO的區(qū)塊鏈集合里，首先要有一條主鏈的存在，用以儲存協(xié)議、基礎參數的設置等基本信息量，其中還包含了它的驗證系統(tǒng)、用戶的資產，及最為重要的 ，是在下面提到的工作鏈（workchains）和分鏈（shardchains）和在它們中最近生成的哈希值。
其次，對于TON里面的工作鏈而言，在TON項目中的數量最高能達到2的32次方，其實際負責鏈上的交易處理，特別是加入了智能合約自執(zhí)行的交易。具體來說，不同的工作鏈在處理交易的過程中承擔著不同的角色，這意味著對于不同形式的賬戶地址、不同的交易形式、不同的智能合約虛擬機甚至不同的虛擬貨幣結算方式都有著不同的工作鏈對應處理，實現在不同的工作鏈中統(tǒng)一的交互標準，彼此交流無礙。
這些總數為2的32次方的工作鏈，在處理交易時再細分為2的60次方數量的分鏈，憑借每個賬戶地址開頭字節(jié)來負責管理賬戶的分集。
換句話說，這些分鏈在系統(tǒng)中被設置以后，由于它們具有統(tǒng)一的區(qū)塊模型和生成規(guī)則，與以太坊的“分片”擴容協(xié)議頗有相似之處。
據介紹，TON使用主鏈使工作鏈和分片鏈緊密耦合。一旦將分片鏈區(qū)塊的hash嵌入到主鏈的區(qū)塊中，則那一分片鏈區(qū)塊和它所有的祖先節(jié)點將被統(tǒng)一看作是“典范”，意思是其后的所有分片鏈的區(qū)塊都可將其視作固定不變的參照。事實上，每一個新的分片鏈區(qū)塊都包含了一個最新主鏈區(qū)塊的hash，并且對于新的區(qū)塊來說，所有從主鏈區(qū)塊參考獲得的分片鏈區(qū)塊，都可以被看作是不變的。
據雷鋒網AI金融評論了解，從本質上來看，這意味著分片鏈區(qū)塊中提交的交易或消息可被安全地用于其他分片鏈的下一區(qū)塊，并且基于之前的交易，在運送信息或采取其他行動之前，不需要等待，比方說，進行20次確認（例如，在同一區(qū)塊鏈中，源區(qū)塊之后產生了20個區(qū)塊），這和大部分的松散耦合系統(tǒng)相同，例如EOS。
基于這樣的技術，TON團隊預計每個分片鏈和主鏈每5秒會產生一個新的區(qū)塊。這將產生相對較小的交易確認時間。所有分片鏈的新區(qū)塊幾乎同時產生；主鏈的新區(qū)塊會在將近1秒后產生，因為它必須包含所有分片鏈最新區(qū)塊的hash。
TON項目白皮書介紹稱，一個相對不那么復雜的系統(tǒng)可能會使用靜態(tài)分片——例如，通過使用高8位賬戶ID在256個預定義分片中進行選擇。而TON區(qū)塊鏈的一整個重要特征就是它實行動態(tài)分片，這意味著分片的數量是不固定的。
具體來說，正常情況下（如果原始分片的交易量在較長一段時間都足夠高的話），(w,s)分片可以被自動細分為(w,s.0) 分片和(w,s.1)分片。相反，如果交易量在一段時間持續(xù)保持過低狀態(tài)，則(w,s.0) 分片和 (w,s.1)分片將自動合并回(w,s)分片?！纠卒h網AI金融評論注：TON每個分片鏈都由一組(w,s)來定義。W意為工作鏈ID （workchain ID），s意為分片前綴（shard prefix）?！?/p>
而在分鏈和主鏈中的每個區(qū)塊，實際上也是小型區(qū)塊鏈的表現形式。正常來說，這種“區(qū)塊的區(qū)塊鏈“或”垂直區(qū)塊鏈“（vertical blockchain）由一個確切的區(qū)塊構成，與分鏈關聯起來。當出現需要對發(fā)生錯誤的分鏈區(qū)塊做出修正時，一個全新的區(qū)塊就會被植入這個垂直區(qū)塊鏈，包括對無效區(qū)塊的替代方案，或對較早版本的這個錯誤區(qū)塊需要改變的地方做出描述。這樣的修正方案，是TON查明無效區(qū)塊后的具體解決機制，從而避免對涉及所有分鏈在內進行分叉操作。
具體而言，TON這套針對無效區(qū)塊的解決機制，首先是通過驗證器或系統(tǒng)中對區(qū)塊有效性提出質詢的節(jié)點來發(fā)現無效的分鏈區(qū)塊。對于以往多數區(qū)塊鏈系統(tǒng)，對無效區(qū)塊和錯誤交易的修正主要是通過“回滾“（rolling back）到不受無效區(qū)塊錯誤信息傳播影響的最后區(qū)塊來達到目的。但是這種辦法有著很顯著的缺陷，即其中同時發(fā)生的一大批正確的已提交的交易被突然回滾，在之后處理中會否被證明有效也未可知。
在TON區(qū)塊鏈中，通過在分鏈和主鏈中植入包含不同區(qū)塊版本或關于錯誤的描述的小型區(qū)塊來解決問題。當一個無效區(qū)塊被確認并提交至主鏈區(qū)塊后，它將會被允許繼續(xù)生成新的區(qū)塊，進行繁殖。而一旦無效區(qū)塊被確認提交以后，由于生成的全新垂直區(qū)塊無法對之前的區(qū)塊做出改變，所以植入的修正區(qū)塊的哈希值需要在主鏈區(qū)塊進行公布，對之前受無效區(qū)塊影響、參考其生成的區(qū)塊鏈都會進行更新，新生成的區(qū)塊會參照之后修正的正確版本作為替代。
白皮書還寫道，
TON的區(qū)塊生成規(guī)則還禁止未受到錯誤區(qū)塊影響的賬戶做出改變。通過這樣的方式，來對已經廣播信息的不正確區(qū)塊做出修正，并改變與其最近的區(qū)塊，逐漸修復所有受影響的分鏈和主鏈。
而一旦解決方案以“重寫歷史“的方式來修正最近的區(qū)塊，這些新生成的分鏈區(qū)塊將只會遵循一個版本，并參考最早含有正確交易信息的區(qū)塊，達到鏈上的一致性。
據雷鋒網AI金融評論了解，TON項目方認為，在結構上TON區(qū)塊鏈和EOS、PolkaDot 項目有著相似之處，但卻要比后兩者更為復雜。按照白皮書的分類，TON是目前唯一一種“混合同質多樣化“的區(qū)塊鏈系統(tǒng)（Mixed heterogeneous-homogeneous systems），據其解釋，即為其已開發(fā)了擁有數個不同類型的區(qū)塊鏈，但它們遵循同樣的協(xié)議規(guī)則。作為對比，TON項目方認為EOS和PolkaDot是第四代區(qū)塊鏈的象征：多鏈設置、PoS的激勵機制、松散耦合的結構及有智能合約的技術支持。
TON項目白皮書稱，我們目前的分類方式是將所有的區(qū)塊鏈項目分為幾個大類。不過，我們所用的分類標準也是與實踐相關的。這讓我們能提出一種簡化的“生成式”方法來分類區(qū)塊鏈項目，作為現實的一種大致近似。例如：
? 第一代：單一鏈，PoW，沒有智能合約的支持。例子：比特幣（2009）和很多其他模仿者（Litecoin、Monero等），也是因此才變得有意思。
? 第二代：單一鏈，PoW，帶有智能合約的支持。例子：以太坊（2013，2015年運行），至少其初始形式是一個例子。
? 第三代：單一鏈，PoS，帶有智能合約支持。例子：未來的以太坊（2018及以后）。
? 另一種第三代：多個鏈，PoS，無智能合約支持，松散配對。例子：Bitshares （2013-2014，使用DPOS）。
? 第四代：多個鏈，PoS，帶有智能合約支持，松散配對。例子：EOS（2017，使用DPOS），PolkaDot（2016，使用 BFT）。
? 第五代：多個鏈，PoS，帶有BFT和智能合約支持，緊密配對，帶有分片。例子：TON（2017）。
而作為首個“第五代“區(qū)塊鏈項目，TON不僅是一個引入拜占庭容錯和在多鏈結構上通用PoS激勵機制的區(qū)塊鏈項目，實現了可分裂的工作鏈和分片鏈條的結構設置，并且以緊密耦合來適用于分片中的信息傳播，來保證所有分鏈的狀態(tài)一致性。
因此，項目方將TON概括為一個真實可擴容的區(qū)塊鏈項目，能夠適用于目前在普遍區(qū)塊鏈環(huán)境開發(fā)的任意應用落地。
但在目前，要想將FB這樣的大型社交應用完全上載至區(qū)塊鏈，從技術上說幾乎不可能。項目方認為，TON這樣使用緊密耦合來進行分片的區(qū)塊鏈項目固然能具有更大的規(guī)模，但FB這樣的社交應用實在過于大型，對于信息傳遞和用戶及朋友在分鏈上的交流產生延遲。
和傳統(tǒng)中心化結構使用CPU運行代碼相比，區(qū)塊鏈的虛擬機在儲存和運行速度上都明顯處于下風。盡管如TON這樣通過引入特定的工作鏈來處理具體的事務能夠部分解決這些問題，但囿于區(qū)塊鏈本身交易登記、在默克爾樹計算和檢查等限制，據項目方保守估計，需要多出一百臺服務器，才能在區(qū)塊鏈上實FB這樣規(guī)模的社交網絡性能。
由此，項目方認為如圖片等數據沒有必要全部上鏈，也是基于這個考慮，除去上述TON區(qū)塊鏈的設置以外，TON項目還包括了鏈下的分布式儲存設計和P2P點對點的網絡，來圍繞TON的區(qū)塊鏈共同提供服務（這也引出了TON中的不同應用類型，在本文隨后將會進行介紹）。
如在白皮書一開頭的介紹中所言，“你可以將TON想象成一個巨大的分布式超級計算機，或者說是一個巨大的“超級服務器”，用于主機和提供各種服務?！痹谶@個分布式超級計算機中，文件和日志存儲相當于硬盤，霧計算平臺相當于CPU。多區(qū)塊鏈平臺相當于操作系統(tǒng)，DAPP相當于各種程序?；赥ON區(qū)塊鏈技術的應用范疇，可以涵蓋貨幣、金融、經濟、社會的諸多領域。
TON的一個特點是它是以DAPP而非智能合約為核心，TON的設計是設計成DAPP的平臺，TON是一個“真正可以擴展的區(qū)塊鏈項目，基本上可以適應任何區(qū)塊鏈上的應用?！保ㄒ姲灼?P.78）
DAPP（Distributed applications，分布式應用）：是基于區(qū)塊鏈的應用，應用完全開源、自治，并且能夠根據市場的反饋及技術要求進行升級，但是升級必須由應用的用戶達成共識之后才可以進行。DAPP前端與用戶交互，合約與區(qū)塊鏈交互，比特幣就是一個典型的DAPP。
在DAPP平臺上，每個DAPP相當于一個DAPP鏈，為保證DAPP的合約的可靠性，與合約相關的內容都需要上鏈，但如果所有信息都上鏈，那必然會導致區(qū)塊膨脹和智能合約處理能力的降低。如我們熟悉的以太坊平臺，你只需要把你的應用部署在Ethereum上，應用的運行就可以由所有的Ethereum節(jié)點來保證了；但實際上，以太坊的TPS偏低，無法滿足大規(guī)模、高交互的商業(yè)應用，前段時間的虛擬貓CryptoKitty造成以太網癱瘓就是一個例子。
按TON的設想，為保證如Airbnb、Uber、Facebook等超級應用在鏈上的性能，需要支持百萬級TPS的吞吐。TON將允許與第三方消息傳遞和社交網絡應用輕松集成，從而實現區(qū)塊鏈技術和分布式服務最終可供普通用戶使用。在TON的“Blockchain of Blockchain”架構中，每個DAPP在TON等于一個工作區(qū)塊鏈（Working Blockchains），而每個工作區(qū)塊鏈又可以進一步分為若干個分片塊鏈（Shard Blockchain）,自動將網絡劃分成較小的部分，每個分片都運行一個小規(guī)模的共識協(xié)議，通過多個聯網驗證機器（Validators）的并行處理能力運行，從而可以加快交易處理速度，保證超級應用上鏈的性能。
在解決了超級應用上鏈的性能后，TON區(qū)塊鏈的應用場景也更為廣闊，而不僅僅局限于過去在擔保信用、金融服務、征信、資源共享、物聯網等典型應用。在TON上的核心應用大致可分為幾個大方向：
分布式的文件和日志存儲：TON Blockchain用于存儲存檔塊和狀態(tài)數據的副本，但也可用于存儲用戶或運行在其上的其他服務的任意文件；
霧計算：當人們想要執(zhí)行一些特定的計算（例如3D渲染或者訓練神經網絡），通常需要特定和昂貴的硬件。那些擁有這種設備的人可能會通TON網絡出租計算能力，雙方通過智能合同交易；
TON支付與交易：典型場景如“閃電網絡”（見白皮書P. 120, 5.2），公共TON支付節(jié)點不僅需要與其他節(jié)點建立付款渠道，還會發(fā)布可以在之后聯系使用的抽象地址，或者在智能合約中包含抽象網絡地址創(chuàng)建付款渠道等。隨著更多的交易平臺加入TON網絡，無縫、低摩擦以及低風險的有價值交換的重要性也越來越大。
以太坊的推出是區(qū)塊鏈發(fā)展的一個重要里程碑。其打造了一個基于區(qū)塊鏈的底層操作系統(tǒng)，在這個平臺上可以創(chuàng)建各種應用軟件。雖然以太坊擁有強大的智能合約能力，但其交易確認速度偏低，Gas費用越來越高也是阻礙其進一步發(fā)展的因素。
TON和以太坊都在打造一個DAPP生態(tài)平臺，但在技術實現和細節(jié)上有一定不同。在性能方面，TON為商用分布式應用設計，具有強大的網絡性能優(yōu)勢，可以支持多個DAPP同時運行；如果TON平臺得以實現，那么在上面更容易誕生重量級的應用。
TON區(qū)塊鏈上的應用可分為：
鏈上應用：所有數據和處理都在TON區(qū)塊鏈上的應用；
鏈下應用：所有數據和處理都在TON區(qū)塊鏈外，通過TON網絡可以連接到服務器；
混合應用：部分數據和處理在TON區(qū)塊鏈中其余的在TON網絡可以連接到的服務器上。
總體來講，鏈上應用的優(yōu)點包括：不需要運行服務器或存儲其數據（在“區(qū)塊鏈”中運行，也就是說，在即在驗證器的硬件上），并且享有區(qū)塊鏈的極高的可靠性和可訪問性。開發(fā)者只需開發(fā)軟件和從驗證者哪里租用計算能力，等等。但在某些場景中，在鏈下存儲和處理某些數據可能比鏈上執(zhí)行智能合約的成本更低，開發(fā)者可根據應用性質選擇不同方式靈活開發(fā)應用（例如：TON存儲以鏈下應用運行，TON支付以混合方式運行）
為保證不同應用間的交互，客戶端應用程序（包括錢包、TON瀏覽器等）可以下載界面、駐留在TON網絡和TON Proxy中，并以統(tǒng)一的方式與智能合約和TON服務等相關實體進行交互。這些形式化的接口可以與瀏覽器或智能手機應用進行交互，并在TON區(qū)塊鏈中發(fā)布（參見P.110, 4.3.17），從而保證了平臺的可擴展性，同時也降低了用戶門檻，讓用戶感覺不到區(qū)塊鏈的存在。
在區(qū)塊鏈開發(fā)平臺上，DAPP的經濟系統(tǒng)由其背后的代幣支撐，開發(fā)者通過代幣實現收益。例如，以太坊是目前最流行的區(qū)塊鏈開發(fā)平臺，2017年有許多區(qū)塊鏈ICO項目基于以太坊開發(fā)，這也推動了以太幣價格的一路走高，但Telegram團隊認為，代幣價格的大幅波動并不利于DAPP生態(tài)系統(tǒng)的建設，因此TON也設置了一套特別的代幣（TON Coin，Gram）價格機制來防止價格的大漲大跌：
總共發(fā)行5x109個Gram的代幣，其中部分（約20%）通過挖礦挖出，4%用于獎勵在TON區(qū)塊鏈上的DAPP開發(fā)者，打造生態(tài)系統(tǒng)；
基金會儲備池定價發(fā)行與市場定價結合保證價格平穩(wěn)。第一個Gram的發(fā)行價格為0.1美元，之后每售出的每一個Gram都比前一個Gram價格略微提高（是前一個Gram價格的1+10-9倍）。照此計算，第5x109個Gram的價格約為第一個Gram價格的149倍，而這也成為了Gram公開發(fā)售價格的理論上限（但隨著整個生態(tài)系統(tǒng)的壯大，隨后的市場交易價格會突破這個數字）；
Gram價格平穩(wěn)定價的機制為：當市場上有n個Gram在流通時如果Gram的市場價格高于根據公司計算的理論價格即p(n)=0.1*(1+10-9）n時，市場將從基金會購買Gram，達到價格的均衡；當Gram價格低于理論價格p(n)時，所有代幣的需求將通過公開市場交易來完成；而當市場價格低于0.5*p(n)時，基金會將會回購部分Gram，減少市面上流通的Gram的n值，使得市場價格與通過n計算的理論值相符。
值得一提的是，Telegram背后是一流的數學和工程團隊+開源+重金安全懸賞作為產品性能和信任的支撐。
團隊的創(chuàng)始人之一Nikolai Durov，即Telegram創(chuàng)始人Pavel Durov 的哥哥，wikipedia上對他的描述是“程序員，數學家”，此人參加了3次國際數學奧賽，拿回了3塊金牌，又參加了4次國際信息學（計算機）奧賽，拿回了1塊金牌和3塊銀牌……而Pavel在幾次訪談和自述中提到過，Telegram團隊中至少有6個人得過ACM競賽大獎。并且都可以輕松拿到Google或者Facebook這個級別公司極好的Offer。
在剛剛過去的2017年，隨著大量投資者進場，數字貨幣的價格節(jié)節(jié)走高，區(qū)塊鏈社區(qū)也有“數字貨幣價格的走高是否透支了區(qū)塊鏈的未來”的聲音。Telegarm限制Gram價格的舉動正是“讓炒幣的歸炒幣，區(qū)塊鏈的歸區(qū)塊鏈”的對區(qū)塊鏈建設的利好行為，希望在TON區(qū)塊鏈正式上線后，能憑借自己的技術優(yōu)勢和理念吸引更多旨在做好DAPP及區(qū)塊鏈應用的開發(fā)者，進一步壯大。
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