TON：Telegram Open Network。 パート1：イントロ、ネットワーク層、ADNL、DHT、オーバーレイネットワーク

2週間の間、RuneはRoskomnadzorによる無意味で容赦のないブロッキングで、Telegramと状況について騒ぎ続けています。 Ricochetは多くの人を傷つけますが、これらはすべてGeektimesの投稿のトピックです。 私は何か他のものに驚いた-今まで私はテレグラムベースの打ち上げのために計画されたTONネットワークテレグラムオープンネットワークのHabréに関する単一の分析を見ていません。 そこには学ぶべきことがあるので、私はこの欠点を補おうとしました-それについての公式声明がなくても。

念のために申し上げておきます-テレグラムは既に膨大な量のICOを既に大量に収集しており、非常に大規模なクローズドICOを開始したという噂があります。 今年、彼ら自身のGram暗号通貨が開始されると想定されています-そして、各Telegramユーザーは自動的にウォレットを持ち、それ自体が他の暗号通貨よりもかなり有利になります。

残念ながら、公式の声明はないので、私は未知の起源の文書からしか進めることができません。 もちろん、非常に巧妙な偽物であることが判明する可能性がありますが、これはニコライ・デュロフによって書かれた将来のシステムの本当のホワイトペーパーである可能性があります（そしておそらく投資家の一部によって合併されました）。 しかし、たとえそれが偽物であっても、誰もそれを研究し議論することを禁じることはないでしょう？

この文書は何と言っていますか？ 私はテキストに近い自分の言葉でそれを語り直そうとしますが、ロシア語でもう少し人道的です（ニコラスは正式な数学に入る傾向を許してくれます）。 たとえそれが本物であっても、これはシステムの大まかな説明であり、公開されるまでに変更される可能性が非常に高いことに注意してください。

暗号通貨に加えて、さらに多くのものが想定されていることがわかります。 順番に見てみましょう。

• TONブロックチェーン 。 これがシステム全体の基礎です。 ブロックチェーンが何なのかまったくわからない場合は、 ブロックチェーンがたくさんあるため、調べることをお勧めします。 互いにネストされ、他のブロックチェーンのブロック内に仮想的に断片化された「垂直」ブロックチェーンさえあります。 また、 Instant Hypercube RoutingやInfinite Sharding Paradigmなどのクールな用語もありますが、これについては後で詳しく説明します。 そして、もちろん、証拠とスマートな契約。
• TON P2Pネットワーク 。 システムの構築の基礎となるピアツーピアネットワーク。 まず、ストーリーのこの部分で説明します。
• TONストレージ 。 ブロックチェーンに関係なく、前述のピアツーピアネットワーク上に構築されるファイルストレージ。 トレントと比較できます。
• TONプロキシ 。 これは、ネットワークメンバーの匿名性を高めることを目的とするサービスです。 任意のパケットを直接送信することはできませんが、I2PやTORなどの暗号化を追加した中間トンネルを介して送信できます。
• トンDHT 任意の値を保存するための分散ハッシュテーブル。 また、 TONネットワーク上に構築されます （ただし、 TONネットワークでも使用されます）。また、 TONストレージが 「分散」ノードとTONプロキシ -中間リレーを見つけるのに役立ちます。 ただし、ブロックチェーンとは異なり、このハッシュテーブルは安全なリポジトリではないことに注意してください。重要な情報を保存することはできません。
• TONサービス 。 カスタムサービスのプラットフォーム。 実際、これは上記のすべてに加えて新しいインターネットです。 データ交換はTON Network / TON Proxyを介して行われ、ロジックはTONブロックチェーン自体のスマートコントラクトにあります 。 そして、かなり馴染みのあるURLを備えたインターフェース。
• TON DNS 使い慣れたURLについて話しているため、それらから256ビットアドレス（アカウント、契約、サービス、ノード）へのコンバーターも必要です。
• TON支払い 。 そしてここでのみ、お金の問題が提起されます。 そして、これはグラムだけではありません-エーテルのように、どんな「トークン」も可能です。 ここのグラムは単なるデフォルト通貨になります。

これは、「mundane」TON層を説明する最初の部分です。そのネットワーク部分は、従来のプロトコルの上に構築されています。 次のパートでは、「パルプ」について説明します。これは、以下で説明するシステムでサポートされるブロックチェーンです。 したがって、私のリテールの順序は、前述のドキュメントで使用されているものとは多少異なります（抽象レベルからすぐに始まります）。

基本的な概念

TL （タイプ言語）。 これは、任意のデータ構造の抽象バイナリ形式です。 Telegramプロトコルで使用され、TONで積極的に使用されます。 あなたが彼に詳しく知りたいなら、 ここに彼の説明があります。

ハッシュ （ hash ）。 任意のデータ構造を固定長の単数に不可逆的に変換する関数。 ドキュメントの一部として、 SHA-256関数について説明しています。

ネットワーク ノード （ node ）。 ノードは、システムの動作を保証するソフトウェアです。 特に、各TelegramクライアントアプリケーションにはTONノードが含まれると想定されています。 低レベルでは、ノードはIPv4 / IPv6アドレスを持ち、UDPを介して通信します。高レベルでは、ノードは抽象アドレスを持ち、ADNLプロトコルを実装します（抽象アドレスとADNLについては、以下を参照）。 システムの一部が何かを実行したり、データを保存したりするという事実になると、ネットワークノードがそれを実行していることがわかります。

抽象アドレス （または単なるアドレス ）。 ノードアドレスは、公開鍵によって決定されます。 より厳密には、公開鍵を含むデータ構造からの256ビットハッシュ（SHA256）です（この場合、特定の暗号化アルゴリズムは指定されていません-例として楕円曲線とRSA-2048があります）。 あるノードが別のノードとやり取りできるようにするには、そのノードのアドレスだけでなく、このデータ構造も知る必要があります。 理論的には、1つの物理ノードが任意の数のアドレスを作成できます（異なるキーに対応）。

さらに、このような束がよく使用されます：TL構造（ほとんどすべてのデータを含む）の形式の「プロトタイプ」と、アドレス指定に使用される256ビットのハッシュ。

ブロックチェーン ブロックチェーンは、その要素（ ブロック ）が「チェーン」に配置されたデータ構造であり、チェーンの後続の各ブロックには前のブロックのハッシュが含まれます。 このようにして、整合性が達成されます-変更は、新しいブロックを追加することによってのみ行うことができます。

サービス TON内のサービスには、ブロックチェーンを使用するかどうかに応じて、さまざまなタイプがあります。 たとえば、ネットワークノードの1つ（または多く）は、ブロックチェーンに従来のWebサーバーのようなエントリを作成せずに、以下で説明するADNLプロトコルを使用して特定のRPC要求を処理できます。 また、ADNLの上にHTTPを実装する可能性、およびメッセンジャー自体をこのプロトコルに移行する可能性も考慮します。 TORまたはI2Pと同様に、これによりさまざまなロックに対する耐性が高まります。

同時に、多くのサービスには、ブロックチェーンとの相互作用や、外部のリクエストの処理が含まれます。 たとえば、TONストレージ（ファイルストレージ）の場合、ファイル自体をブロックチェーンに保存することはあまり合理的ではありません。 ファイルのハッシュ（およびそれらに関するメタ情報）のみが含まれ、ADNLを介して他のノードにそれらを提供する準備ができている特殊なネットワークノードが「ファイルサーバー」として機能します。

霧サービス 私たちは、地方分権化とそれらへの開かれた参加を伴ういくつかのサービスについて話している。 たとえば、TONプロキシは、他のノード間でパケットを転送する中間（プロキシ）サイトとしてサイトを提供したいすべての参加者がサポートできるサービスです。 必要に応じて、彼は彼が設定した料金を彼に請求することができます。

ADNL：抽象データグラムネットワーク層

最低レベルでは、ノード間の相互作用はUDPを介して行われます（ただし、他のオプションも受け入れられます）。

前述のように、あるノードが別のノードにパケットを送信できるようにするには、その公開鍵の1つ（したがって、定義するアドレス）を知っている必要があります。 彼はこのキーでパケットを暗号化し、256ビットの受信者アドレスをパケットの先頭に追加します。1つのノードがそのようなアドレスを複数持つことができるので、復号化に使用するキーを決定できます。

さらに、受信者のアドレスの代わりに、いわゆる チャネル識別子。 この場合、パケットの処理はすでにノード間の特定の合意に依存しています。たとえば、チャネルに送信されたデータは別のノード宛てであり、そこに転送する必要があります（これはTONプロキシサービスです）。 別の特殊なケースとしては、ノード間の直接のやり取りがありますが、このチャネルの個別のキーペアで暗号化されます（Diffie-Hellmanプロトコルに従って事前に構成されます）。

最後に、「ゼロ」チャネルは特別な場合です。ノードが「隣接」の公開鍵をまだ知らない場合、暗号化せずにパケットを送信できます。 これは初期化のみを目的としています-ノードがキーに関する情報を送信するとすぐに、それらはさらなる相互作用に使用されるべきです。

上記のプロトコル（256ビットチャネル識別子+パケットコンテンツ）はADNLと呼ばれます。 ドキュメントでは、TCPアナログをその上に実装する可能性または独自のアドオンであるRLDP（Reliable Large Datagram Protocol）の可能性について言及していますが、その実装については詳しく説明していません。

TON DHT：分散ハッシュテーブル

他の分散システムと同様に、TONには分散ハッシュテーブルであるDHTの実装が含まれます 。 より具体的には、テーブルはKademliaのようなものです。 この種のハッシュテーブルに慣れていない場合は、心配しないでください。おおよその配置について説明します。

抽象的には、DHTは256ビットキーを任意の長さのバイナリ値に関連付けます。 同時に、テーブル内のキーは特定のTL構造のハッシュです（構造自体もDHTと共に保存されます）。 これは、ホストアドレスの生成に非常に似ています-実際にDHTに存在する可能性があります（たとえば、そのようなキーには、指定された抽象アドレスに対応するホストのIPアドレスが含まれている場合があります）。 しかし、一般的な場合、「キーのプロトタイプ」（その説明 、 キーの説明 ）は、ハッシュテーブル内のエントリ（つまり、あるノードの公開キー）の「所有者」、格納された値のタイプ、およびそのルールを示すメタデータですこのエントリはその後変更される可能性があります。 たとえば、ルールでは、所有者のみが値を変更できるようにするか、値をより小さい方向に変更することを禁止できます（リプレイ攻撃から保護するため）。

256ビットキーに加えて、DHTアドレスの概念が導入されています。 通常のホストアドレスとの違いは、DHTアドレスがIPアドレスにバインドされていることです。 ホストがIPを隠さない場合、DHTに通常のアドレスを使用できます。 しかし、多くの場合、DHTのニーズのために、別の「半永久的な」アドレスが設定されます。



距離の概念はキーとDHTアドレスの上に導入されます-これはすべてKademliaテーブルと一致します-キー間の距離はそれらからのXOR（ビットごとの排他的OR）に等しくなります。 Kademliaの表のように、特定のキーに対応する値は、このキーまでの距離が最小のsノードに格納する必要があります（ sは比較的小さな数です）。

DHTノードが他のそのようなノードと対話するために、DHT ルーティングテーブル（以前に対話したノードのDHTとIPアドレス）をメモリに保存し、距離によってグループ化します。 そのようなグループは256個あります（距離値で設定された最上位ビットに対応します-つまり、0から255の距離にあるノードは、256から65535のグループになり、次のグループになります）。 各グループ内には、限られた数の「最良の」ノードが（それらへのpingに関して）保存されます。

各ノードは、キーの値の保存、 ノードの 検索、値の検索など、いくつかの操作をサポートする必要があります 。 ノードの検索は、指定されたキーをルーティングテーブルから最も近いノードに発行することを意味します。 ノードがキーの値を知っている場合を除いて、値の検索は同じです（その後、単に値を返します）。 したがって、ノードがDHTでキー値を検索する場合、ルーティングテーブルからこのキーに最も近い少数のノードに要求を送信します。 それらの回答の中に値が求められていないが、ノードの他のアドレスがある場合、要求はそれらに対して繰り返されます。

TON DHTはさまざまな目的に使用できます。たとえば、torrentのようなファイルストレージを実装できます（ TON Storageを参照）。 特定のサービスを実装するノードのアドレスを決定します。 ブロックチェーン内のアカウント所有者に関する情報を保存します。 しかし、最も重要なアプリケーションは、抽象アドレスによるノードの発見です。 このために、アドレスは値を見つける必要があるキーとして使用されます。 要求の結果として、ホスト自体が見つかるか（求めるアドレスが半永久的なDHTアドレスだった場合）、または接続用のIPアドレスとポートが値になるか、または中間トンネルとして使用される別のアドレスになります。

TONでのネットワークのオーバーレイ

上記のADNLプロトコルは、すべてのノードが互いに情報を交換できることを意味しますが、必ずしも最適な方法ではありません。 ADNLのおかげで、すべてのノードがグローバルグラフTON（理想的には接続されている）を形成していると言えます。 ただし、さらに、オーバーレイネットワーク（このグラフ内のサブグラフ）を作成することもできます。

このようなネットワーク内では、ネットワークに参加しているノード間の事前に形成された接続を介して（上記のADNLチャネルを介して）対話のみが直接実行されます。 ネイバー間のそのような接続の形成、ネイバー自体の検索は、オーバーレイネットワークの接続性を維持し、その中のデータ交換の遅延を最小化しようとする自動プロセスです。

さらに、ネットワーク内で大規模なブロードキャスト更新を迅速に配布する方法があります。これらは、エラー修正コードによって補完された部分に分割され、これらのすべての要素は参加者間で送信されます。 したがって、参加者は、ネットワーク上でさらに送信する前に、すべてのパーツを完全に受信する必要はありません。

オーバーレイネットワークはパブリックでもプライベートでもかまいません。 パブリックネットワークのメンバーになることは難しくありません。それを記述するTL構造を見つける必要があります（パブリックにすることも、DHTの特定のキーでアクセスすることもできます）。 プライベートネットワークの場合、この構造は事前にノードに認識されている必要があります。

続く

TONレビューをいくつかの記事に分割することにしました。 この部分はこれで終わります。 次に 、TONを構成するブロックチェーン（より正確には、ブロックチェーン）の構造を検討します。