Skip to main content
Improvado
Международный агрегатор рекламных кампаний
60 млн $
капитализация
22 млн $
инвестиции в серии А
Создаем стартапы на блокчейне Cardano с использованием платформы Plutus, написанной на Haskell
Узнать больше

Шардинг в TON: как идея из 90-х помогла масштабировать блокчейн — и решить главную проблему этой технологии

sharding

Разработчики TON придумали, как сделать блокчейн доступным для бесконечного множества пользователей. Почитайте, при чем тут шардинг и какие еще проблемы TON он решает, делая этот блокчейн быстрее и надежнее остальных. 

Если у вас нет времени читать материал целиком, переходите к разделу «Коротко» — собрали там главное по теме. 

О TON

Telegram Open Network (сокращенно TON) придумал Павел Дуров вместе с братом Николаем, кандидатом физико-математических наук и гениальным программистом. Именно Николай разработал первую версию мессенджера Telegram для переписки с Павлом, а после —  протокол шифрования MTProto, который использует Telegram. 

Свое видение блокчейна TON Николай Дуров изложил в вайтпейпере в 2019 году. Главной задачей TON братья видели монетизацию Telegram. Однако запустить платформу не удалось, Дуровы отказались от идеи и сделали код блокчейн-платформы открытым для всех желающих. 

С этого момента продукт начали развивать независимые разработчики со всего мира. Позднее они создали сообщество TON Foundation, которое сегодня поддерживает технологию и проекты в экосистеме TON. 

TON — это криптоэкосистема, которую развивает независимое сообщество на базе технологии, разработанной Telegram. 

У TON есть своя монета — она называется Toncoin. 

Более подробно о TON мы рассказывали в этом материале. 

Преимущества TON

Тесная интеграция с Telegram, смарт-контракты нового поколения, анонимность, скорость транзакций, низкая комиссия делают TON уникальной и многообещающей технологией, выделяя ее среди остальных. 

Интеграция с Telegram. Связка с популярным мессенджером обеспечивает удобный и быстрый доступ к TON для миллионов пользователей по всему миру. 

Интеграция c Telegram — главное преимущество TON. Мы имеем дело с уникальной экосистемой, в которой пользователи могут легко и быстро переводить криптовалюту, использовать децентрализованные приложения и общаться в защищенной среде.

Смарт-контракты нового поколения. TON использует продвинутую систему смарт-контрактов. Она позволяет создавать сложные децентрализованные приложения (DApps) и автоматизировать финансовые операции, открывая новые возможности для бизнеса и технологий.

В основе смарт-контрактов TON лежат собственные разработки. Например, виртуальная машина TON Virtual Machine (TVM). Она отличается высокой производительностью и поддержкой смарт-контрактов на языке программирования Fift, также разработанном специально для TON.

Встроенная анонимность. Одно из ключевых отличий TON от многих других блокчейнов — внимание к конфиденциальности транзакций и анонимности пользователей. Различные технологии шифрования и анонимизации делают TON привлекательным для пользователей, которым важна конфиденциальность.

В основе мессенджера Telegram, тесно связанного с TON, лежит протокол MTProto, который обеспечивает высокий уровень шифрования сообщений. Этот протокол адаптирован и для транзакций в блокчейне TON, позволяя использовать механизмы защиты конфиденциальности из мессенджера для смарт-контрактов и транзакций. Наряду с этим TON использует алгоритмы анонимизации транзакций вроде тех, что используют сети с повышенной анонимностью, например, Zcash и Monero. Эти алгоритмы позволяют скрывать информацию об отправителе, получателе и сумме транзакции.

Низкая комиссия. Пользователи TON могут проводить микроплатежи с низкой комиссией, что делает этот блокчейн идеальной платформой для массовых микротранзакций в интернете, например, платежей за контент и использование сервисов с оплатой за действие.

Это возможно благодаря технологии TON Payments — мы рассказывали о ней в этом материале. 

Участие в экосистеме. Помимо криптовалюты TON предлагает пользователям другие возможности: облачные хранилища, анонимные сети, DNS и другие технологии. Это делает TON не просто блокчейном для транзакций, но и полноценной экосистемой для разработки и использования разнообразных децентрализованных сервисов.

Гибкость и адаптивность. Благодаря уникальной архитектуре TON умеет адаптироваться под текущие потребности рынка и технологические тренды, обеспечивая гибкость и возможность внедрения новых функций без существенного воздействия на производительность и безопасность сети.

Предположим, что на рынке появился новый вид децентрализованных финансовых услуг (DeFi), который требует быстрой и недорогой обработки большого количества микротранзакций. Благодаря своей архитектуре TON может быстро адаптировать один из своих шардов, то есть сегментов блокчейна, для специализации на этих микротранзакциях, — и обеспечить нужную производительность без изменения всей сети. При этом другие шарды продолжат выполнять свои задачи, не замедляясь из-за нововведений. Для пользователя это означает, что новые функции и услуги могут внедряться быстро и эффективно, без сбоев в работе сети и без увеличения стоимости транзакций.

Быстрота транзакций. TON официально считается самым быстрым блокчейном в мире. В 2023 году TON установил мировой рекорд по скорости транзакций: за секунду сеть обработала более 104 тысяч переводов. Это стало возможным благодаря шардингу.

Здесь важно помнить, что рекордная скорость обработки транзакций в TON — не постоянная пропускная способность, а синтетический тест на специально поднятых серверах. Об этом TON открыто заявляет в своем блоге. Обычно блокчейн работает на более низких скоростях, но при этом зачастую обгоняет Ethereum и Solana.
Николай Бордуненко
Менеджер проектов MetaLamр

Что такое шардинг

Шардинг — это разделение данных на несколько частей для того, чтобы снизить нагрузку на сеть и увеличить скорость обработки операций. Эти части данных называются шардами. Каждый шард содержит уникальный набор данных, делая базу данных более эффективной и масштабируемой. 

Концепция шардинга появилась в конце 1990-х, когда этот метод начали использовать для управления централизованными базами данных.

До блокчейна шардинг применялся для распределения баз данных по разным серверам. Например, в бизнесе, когда информацию с одного сервера переносили на другие сервера, упорядочивая ее по определенным признакам. При этом нагрузка на конкретный сервер уменьшалась — происходило масштабирование. 

Идея фрагментирования обработки операций стояла у истоков создания компьютеров, поэтому концепция, мягко говоря, не новая. Подобные разделения используются повсеместно и на разных уровнях. Например, в «железе». Сегодня многоядерный процессор вашего смартфона обрабатывает множество процессов параллельно, и скорость работы устройств по сравнению с последовательной обработкой в устройствах нулевых годов многократно возрастает. Другой пример — разделение баз данных. Данные делятся на несколько частей и обрабатываются независимо друг от друга, что увеличивает скорость обработки информации.

Чтобы понять принцип работы шардинга, рассмотрим простой пример.

Берем пирог, разрезаем его на части и раскладываем по разным тарелкам. При этом количество и размер кусков, на которые мы режем пирог, могут быть абсолютно любыми. Так же работает и шардинг. Можно разделить данные на любое количество частей, которое сейчас необходимо для максимально быстрой обработки и оптимизации нагрузки на сеть.

Еще пример. Допустим, блокчейн — это огромная библиотека. Если хранить все книги в одном гигантском зале, будет сложно найти нужную. Поэтому мы разделяем библиотеку на несколько комнат, то есть шардов. В каждой комнате хранятся книги определенного жанра: в одной — научная фантастика, в другой — исторические романы. И так далее.

Когда посетитель приходит в библиотеку за нужной книгой, он направляется в соответствующую комнату. Это сильно ускоряет процесс поиска, так как не нужно больше перерывать всю библиотеку — достаточно искать в одной маленькой комнате. Администраторы библиотеки могут добавлять новые комнаты по мере необходимости, чтобы пополнять библиотеку и размещать больше книг без потери производительности.

В контексте блокчейна TON каждый шард обрабатывает свои транзакции и хранит свои данные. Это позволяет сети масштабироваться, обрабатывая множество транзакций одновременно в разных шардах вместо того, чтобы загружать всю сеть одной большой задачей. Благодаря этому блокчейн становится гораздо более эффективным и быстрым, обеспечивая высокую скорость транзакций и доступность сервиса для большого числа пользователей.

Почему TON решил использовать шардинг

Создатели блокчейна как инновационной технологии не фокусировались на проблеме масштабирования. На тот момент было непонятно, сработает идея или нет, поэтому важнее было продумать механизмы, которые обеспечивают максимальную степень защиты в угоду быстродействию и энергоэффективности. 

Позднее некоторое из этих проблем решили в других блокчейнах, например, в Ethereum. Но даже эта платформа с ее прогрессивными подходами остается несовершенной с точки зрения быстродействия. Например, скорость работы Ethereum измеряется десятками транзакций в секунду, тогда как современные платежные системы вроде Visa и Mastercard обрабатывают сотни тысяч транзакций в секунду.

Когда независимые разработчики взялись за TON, перед ними встало несколько ключевых проблем. 

  • Масштабируемость. В традиционной блокчейн-системе каждую транзакцию обрабатывает вся сеть Это ограничивает количество транзакций, которые можно обработать в единицу времени, а также увеличивает время и стоимость транзакций при росте сети.
  • Производительность. С ростом числа пользователей и транзакций в традиционных блокчейнах производительность сети начинает снижаться из-за перегрузки. Из-за этого появляются задержки в обработке транзакций, а комиссии увеличиваются.
  • Энергопотребление. Большие и централизованные блокчейн-сети часто сталкиваются с высоким энергопотреблением, так как им необходимо поддерживать работу всех узлов сети. Это не только дорого, но вредно для окружающей среды.
  • Доступность. Когда нагрузка на сеть увеличивается, вероятность отказа или замедления работы повышается. Из-за этого блокчейн становится менее доступным для пользователей.

Из-за этих проблем TON было бы сложно использовать на глобальном уровне. Но разработчики нашли решение в виде шардинга.

Главная проблема, которую решает шардинг в TON — это масштабируемость. Масштабируемость через шардинг позволяет блокчейну обслуживать условно бесконечное количество транзакций и пользователей без потери производительности.

Наряду с этим шардинг предоставляет блокчейну TON следующие возможности:  

  • обработка транзакций распределяется по разным узлам, то есть шардам, что снижает нагрузку на каждый отдельный узел и ускоряет обработку транзакций в целом;
  • с каждым добавленным шардом пропускная способность сети увеличивается, позволяя обрабатывать больше транзакций одновременно делая блокчейн доступным для растущего числа пользователей и операций;
  • благодаря более эффективной обработке транзакций затраты на них снижаются, и блокчейн становится более экономически выгодным для пользователей;
  • распределенная архитектура через шардинг повышает устойчивость сети к отказам и атакам, обеспечивая более высокий уровень доступности и безопасности для пользователей. 

Важно. Шардинг в блокчейне использует не только TON. Например, такой инструмент есть в дорожной карте Ethereum на пути к переходу к обновленной версии экосистемы. 

Главное отличие шардинга в Ethereum и TON в том, что Ethereum планирует разбить сеть на фиксированное число сегментов — на 64, если быть точным. TON же предполагает динамическое число сегментов в зависимости от текущей нагрузки на блокчейн. Это отличает технологию динамического шардинга в TON от подобных.

Парадигма бесконечного шардинга в TON

Подход, который использует TON, основан на шардинге и дополнительно усилен уникальной архитектурой блокчейна, известной как бесконечный шардинг. 

Парадигма бесконечного шардинга позволяет блокчейну параллельно обрабатывать разные транзакции и смарт-контракты и масштабироваться практически бесконечно. Это обеспечивает высокую скорость транзакций и доступность технологии, когда пользователей становится все больше и больше. 

Основная идея состоит в том, чтобы разделить данные и транзакции на множество мелких блокчейнов, то есть шардов, которые могут обрабатываться параллельно. Это значительно повышает общую производительность сети, поскольку каждый шард способен обрабатывать транзакции независимо от остальных.

Чем больше нагрузка на сеть, тем на более мелкие части делятся данные. Когда нагрузка снижается, шарды снова объединяются. Разделение и объединение происходит автоматически. 

Как устроен шардинг в TON

Блокчейн TON делится на три уровня: мастерчейн, воркчейны и шардчейны. 

Мастерчейн — это основной блокчейн. Он один и ему подчиняется вся система.

Воркчейны — это рабочие блокчейны, которые занимаются обработкой определенных типов транзакций. Воркчейн отвечает за группировку данных в шардчейны. 

Шардчейны — это маленькие блокчейны, в каждом из которых происходят транзакции своих аккаунтов. Именно шардчейны обеспечивают условно бесконечную масштабируемость TON, разделяясь на множество шардов при возрастании нагрузки на систему, а потом соединяясь обратно.

Каждый узел в TON отвечает за хранение и проверку только своих данных, а не данных всего блокчейна. Источник: tonblockchain.ru

Вот примеры, которые помогут понять, как устроен шардинг в TON, как происходит разделение на шарды и объединение шардов. 

Пример 1. Общий принцип шардинга в TON. Представим, что TON — это большой город. Шардинг в TON — это как разделение большого города на районы. Вместо того, чтобы один мэр управлял всем городом, каждый район имеет своего управляющего, который заботится о местных делах. 

Мастерчейн — это городская администрация. Она координирует работу всех районов, обеспечивая общий порядок и согласованность действий.

Воркчейны — это разные отделы в администрации районов. Каждый отдел отвечает за свою специфическую область, например, за образование и здравоохранение.

Шардчейны — это районы города. Каждый район занимается своими делами, но при этом они все подчиняются общим правилам и городской администрации.

Пример 2. Разделение на шарды в TON. Представим, что есть большая многоэтажка, в которой каждый подъезд — это шард. 

Жители подъезда общаются между собой, решают повседневные вопросы — это транзакции внутри шарда. При этом все подъезды находятся в одном здании и подчиняются общим правилам совета жильцов дома, то есть мастерчейну. 

Если в одном подъезде происходит что-то важное и касается всего дома, информация передается в совет жильцов, который затем информирует остальные подъезды, то есть шарды.

Пример 3. Объединение шардов в TON. Бывает, что надо решить вопрос, который требует согласия или участия жителей всех подъездов. Например, согласовать установку новой детской площадки. 

Информация и решения собираются от представителей каждого подъезда и передаются в совет жильцов.

После этого совет жильцов координирует действия и обеспечивает, чтобы решение было выполнено в интересах всего дома. 

Выходит, что каждый подъезд — он же шард — функционирует автономно, но важные решения согласовывают и принимают на уровне всего дома, то есть мастерчейна.

Пример показывает, как каждый шард в TON обрабатывает свои операции, но при этом они координируются и интегрируются на более высоком уровне. Именно это обеспечивает целостность и эффективность всей системы.

Коротко

  • Идея TON появилась в 2018 году у Павла Дурова, но вскоре он отказался от проекта и его начали развивать независимые разработчики со всего мира. 
  • Главные преимущества TON — это интеграция с Telegram, смарт-контракты нового поколения, анонимность, скорость транзакций, низкая комиссия. 
  • В 2023 году TON стал самым быстрым блокчейном в мире. 
  • Шардинг — это разделение данных на несколько частей для того, чтобы снизить нагрузку на сеть и увеличить скорость обработки операций.
  • Концепция шардинга появилась задолго до появления блокчейна и успешно использовалась в бизнесе, электронике и других сферах. 
  • Подход, который использует TON, основан на шардинге и дополнительно усилен уникальной архитектурой блокчейна, известной как бесконечный шардинг. 
  • При динамическом шардинге данные разделяются и объединяются автоматически в зависимости от нагрузки на блокчейн. 
  • Благодаря шардингу TON обрабатывает транзакции и другие операции более эффективно, а блокчейном могут пользоваться множество людей одновременно. 
  • Шардинг в TON — это как разделение большого города на районы. Вместо того, чтобы один мэр управлял всем городом, каждый район имеет своего управляющего, который заботится о местных делах. 
dao
горячее
Что такое DAO?

Павел Найданов

Solidity разработчик

Статьи

education
web3
ethereum_gas
горячее
scroll
новое
L2
новое
nft_stacking
новое
Стейкинг NFT: как это работает?

Павел Найданов

Solidity разработчик

Статьи

ethereum
web3
dApps
legendary_play
новое
payments
новое
sharding
выбор редакции
ton
bottle_wine
выбор редакции
Зачем вину блокчейн: как токенизируют премиальный алкоголь

Елизавета Черная

Редактор Бренд-медиа

Статьи

web3
nft
business
launchpad
twa
Тренды блокчейна и криптоиндустрии 2024: Telegram Mini Apps (TMA)

Елизавета Черная

Редактор Бренд-медиа

Статьи

web3
buildings
anonymus
выбор редакции
Zero-knowledge proof: один из трендов 2024 в блокчейне

Евгений Биктимиров

Венчурный аналитик

Статьи

ethereum
web3
dApps
cpay
выбор редакции
AA zksync
zero knowledge proofs
выбор редакции
stock market chart
выбор редакции
planets
fundraising
выбор редакции
cto
wallet
tokens
выбор редакции
rocket computer
выбор редакции
Как создать дизайн для MVP стартапа за 7 дней

Юлия Черепанова

Head of Design Office

Статьи

startup
MVP
design
nft
AI
crypto wallets
выбор редакции
Account Abstraction: что это такое и зачем нужно криптомиру

Павел Найданов

Solidity разработчик

Статьи

ethereum
web3
business
red space
выбор редакции
speed up development
myths
выбор редакции
Мифы о разработке блокчейн продуктов

Николай Бордуненко

Project manager at MetaLamp

Статьи

web3
dApps
startup
launching
выбор редакции
Кого нужно нанимать в команду для запуска MVP?

Алексей Сухарев

Head of Sales Department

Статьи

business
startup
MVP
galaxy
magazine
spaceman
выбор редакции
coffee
investors
nft
Первый NFT marketplace на Cardano

Станислав Жданович

Haskell разработчик

Статьи

cardano
web3
nft
stair
выбор редакции
bridge
rocket
abstraction
Как мы нанимаем Plutus инженеров через собственную программу обучения

Светлана Дульцева

Супервизор программы обучения

Статьи

education
cardano
web3
mountains
blockchain
salary
salary increase
app
developer with books
keyboard
abstract