Um milhão de TPS: o que é TON e como funciona?

A The Open Network (TON) é um projeto de código aberto mantido pela comunidade desde 2020. Vamos entender o que é a TON, quem está por trás do desenvolvimento e quais são suas possibilidades.

Um breve histórico

A The Open Network foi originalmente desenvolvida pela equipe do Telegram e era conhecida como Telegram Open Network. Hoje, o Telegram é uma entidade completamente separada da TON. O Telegram é apenas um dos muitos desenvolvedores na The Open Network. Como uma rede baseada em blockchain, a TON utiliza o algoritmo de proof-of-stake. Na versão anterior, já encerrada, a Telegram Open Network planejava lançar o token nativo Gram.

De acordo com o plano inicial, a TON seria uma plataforma para aplicativos descentralizados (DApps), com uma arquitetura projetada para suportar altos níveis de escalabilidade, superando as capacidades do Ethereum. Outro ponto importante do ecossistema era integrar a rede e seu token ao serviço de mensagens Telegram, que na época já contava com quase 200 milhões de usuários.

Em 2018, a equipe abriu inscrições para participação no ICO (oferta inicial de moedas), que foi um grande sucesso. Só na primeira rodada, o volume chegou a quase USD 3 bilhões. No ano seguinte, o testnet da TON foi lançado com sucesso, o explorador de blocos entrou no ar e o código do nó completo foi disponibilizado. O lançamento da mainnet estava previsto para acontecer até novembro de 2019. Isso só não ocorreu devido à intervenção da Comissão de Valores Mobiliários dos EUA (SEC).

Como havia investidores dos EUA envolvidos, o ICO ficou sujeito à legislação americana, e a comissão identificou violações na condução da venda do token. A SEC concluiu que o Gram havia sido vendido ilegalmente a investidores e obteve uma liminar que impediu sua distribuição, o que inviabilizou o lançamento da TON. O fundador do Telegram, Pavel Durov, anunciou o cancelamento do projeto e decidiu não contestar a decisão. Em maio de 2020, quando o envolvimento do Telegram já era incerto, outros projetos começaram a desenvolver a tecnologia. O Telegram se afastou e, como resultado, transferiu o domínio ton.org e o repositório do GitHub para a comunidade da The Open Network.

E agora?

Os desenvolvedores da TON estabeleceram como objetivo criar um ecossistema blockchain seguro, eficiente e escalável, capaz de servir como plataforma para aplicativos descentralizados e smart contracts, de forma prática para o usuário final.

A TON é baseada em uma blockchain de layer 1 com proof-of-stake, mas vai além disso, reunindo uma série de componentes diferentes:

• A TON P2P Network é uma rede peer-to-peer sem “nós mestres”. Todos os nós são iguais e todos os recursos são compartilhados por todos na rede;
• Ton Storage, que armazena snapshots e cópias arquivadas dos blocos;
• Ton Proxy, que oferece acesso anônimo à rede;
• Tabelas hash distribuídas, usadas pelo Ton Storage (para buscar nós com arquivos específicos), Ton Proxy e outros serviços;
• Uma plataforma de serviços com interface própria para o usuário;
• TON DNS, que assim como um DNS tradicional, atribui nomes “normais” (legíveis para humanos) a smart contracts, nós, serviços e outros elementos da rede; 
• A plataforma de micropagamentos TON Payments.

Todas essas funções ajudam a cumprir um objetivo central: tornar a TON o mais simples possível para o usuário final. Considerando a integração de projetos do ecossistema TON ao Telegram, um app de mensagens com mais de 700 milhões de usuários, isso faz todo sentido. Porém, vale voltar à questão da escalabilidade. À medida que o projeto avança e a integração da TON ao Telegram ganha popularidade, espera-se um aumento no número de transações. A chegada de novos serviços também tende a aumentar a demanda.

É aí que os desenvolvedores apostaram alto, afirmando que a rede seria capaz de processar mais de 1 milhão de transações por segundo. Mas como isso é possível? Para atingir esse patamar, a TON utiliza uma série de soluções exclusivas.

Como chegar a 1 milhão de TPS

Not just one blockchain

No núcleo da TON não há apenas uma blockchain, mas uma combinação de uma chamada masterchain e várias workchains, que por sua vez são subdivididas em shards.

A masterchain é responsável por armazenar informações gerais sobre o protocolo, validadores, workchains e shards. As workchains lidam com transações, smart contracts e outras funções do dia a dia. Como a TON utiliza sharding, as workchains podem ser divididas em shards (shardchains), cada uma capaz de processar transações de forma independente e armazenar parte do estado da blockchain. Isso permite que a rede processe transações em paralelo, distribuindo a carga de forma equilibrada e evitando congestionamentos.

Asynchronous smart contracts

Outra tecnologia que aumenta a velocidade é a dos smart contracts assíncronos, que eliminam a necessidade de um contrato esperar pelo outro para ser executado.

Normalmente, quando um contrato chama outro, a execução do primeiro é pausada até que o segundo termine e retorne o resultado. A assincronicidade acelera o processo, pois um smart contract não precisa aguardar o resultado do outro, podendo continuar cumprindo as demais condições estabelecidas.

The consensus protocol

Outra inovação é o sistema de consenso rápido, baseado no algoritmo proprietário Catchain. Em blockchains tradicionais, os blocos são criados antes do consenso, e só depois os nós da rede concordam se o bloco criado é legítimo. Isso pode gerar forks, que depois são resolvidos com a seleção da versão correta e o descarte das demais.

O Catchain funciona de forma diferente. Na rede TON, os blocos são criados após o consenso. Em resumo, um grupo especial de validadores é formado durante a criação de novos blocos. Eles criam uma rede privada em uma camada especial (ANDL é outro desenvolvimento da equipe TON) e iniciam o Catchain. O processo de consenso ocorre em várias rodadas, que podem acontecer simultaneamente.

No fim de cada rodada, o grupo decide sobre um bloco candidato, caso nenhum dos propostos tenha sido aceito. A rodada termina quando o candidato recebe “assinaturas” de mais de 2/3 dos validadores. Depois disso, o processo segue para a próxima rodada.

A TON, que opera com várias “pequenas blockchains”, praticamente elimina ramificações e forks porque a blockchain serve para comunicar mensagens entre processos. Além disso, todos os casos possíveis de ramificação são prevenidos pelo Catchain, que permite detectar esses cenários logo no início.

Optimization and adaptability

Para aumentar a eficiência, a TON utiliza vários métodos para otimizar a “comunicação” entre os nós da rede. Por exemplo, as transações não são enviadas individualmente, mas agrupadas em “pacotes” e agregadas. Algoritmos de compressão reduzem o volume de dados transferidos, enquanto parâmetros da blockchain e do sharding podem ser ajustados conforme as condições da rede. O tamanho dos blocos e a frequência de criação, por exemplo, podem ser alterados.

Conclusão

Neste artigo, abordamos apenas uma pequena amostra das inovações implementadas na TON. Seria preciso mais de um texto para detalhar as soluções mais interessantes dessa rede. Continue acompanhando: em breve voltaremos a falar sobre a TON.