Cells: базовая единица данных TON

Почему не bytes, а Cells

Большинство блокчейнов хранят данные как массивы байтов. Ethereum storage — 256-bit slots, mapping от key к value. TON использует принципиально другую модель: данные хранятся в Cells — деревьях ячеек.

Что такое Cell

Cell — это контейнер с двумя составляющими:

Data: до 1023 бит (не байтов!) данных
References: до 4 ссылок на другие cells

Cell structure:
┌──────────────────────────┐
│ Data: up to 1023 bits    │
│ (127 bytes + 7 bits)     │
├──────────────────────────┤
│ Ref 0 → [child cell]    │
│ Ref 1 → [child cell]    │
│ Ref 2 → [child cell]    │
│ Ref 3 → [child cell]    │
└──────────────────────────┘

Cell: Data + References

Root Cell

Ref 0: Code

Ref 1: Data

Почему деревья, а не массивы

Преимущества tree-based storage

Свойство	Массив (Ethereum)	Дерево (TON)
Merkle proof	MPT (сложный)	Естественный (cell hash = Merkle root)
Partial access	Нужен весь state	Можно загрузить только ветку
Serialization	Custom format	Стандартный BoC
Sharing	Невозможно	Cells можно sharing between structures

Hash дерева = Merkle Root

Каждая cell имеет hash, вычисляемый из:

Собственных данных (bits)
Hash-ей всех referenced cells

hash(root) = SHA256(
  data_bits,
  hash(ref_0),
  hash(ref_1),
  hash(ref_2),
  hash(ref_3)
)

Это значит: hash root cell — это Merkle root всего дерева. Изменение любой nested cell изменяет hash root.

TIP

Для System Design

Merkle proof позволяет доказать, что конкретные данные принадлежат state определённого контракта, предъявив только path от root до нужной cell. Не нужно скачивать весь state. Это используется lite-clients для верификации без full node.

Ограничения Cells

Параметр	Лимит	Влияние на design
Data bits	1023 bits (127 bytes)	Большие данные → разбить на несколько cells
References	4 per cell	Глубокие деревья → больше cells
Depth	1024 levels max	Рекурсивные структуры ограничены
Total cells per state	Техн. не ограничено	Storage fee растёт с числом cells

Что помещается в одну cell

Одна cell (1023 bits):
[OK] Address: 267 bits (8 prefix + 256 hash + 3 workchain)
[OK] Int256: 256 bits
[OK] Coins: до 124 bits (VarInt)
[OK] Boolean: 1 bit

[NO] Два address: 267 × 2 = 534 bits → нужно 2 cells (или compact encoding)
[NO] String 128 bytes: 1024 bits > 1023 → нужно split

Storage Fee и размер state

TON взимает storage fee за каждую cell в state контракта:

Storage fee formula:
fee = cells_count × bits_price + cells_count × cell_price
fee ≈ 0.00036 TON per KB per year (текущий rate)

Пример:
Contract с 100 cells × ~128 bytes = ~12.8 KB
Annual storage fee ≈ 0.0046 TON

Contract с 10,000 cells × ~128 bytes = ~1.28 MB  
Annual storage fee ≈ 0.46 TON

WARNING

Design Rule: минимизируйте cells

Storage fee пропорционально числу cells. Каждая cell стоит денег. При проектировании: pack данные максимально плотно, используйте VarInt вместо фиксированных int, удаляйте ненужные данные.

Implications для System Design

1. Планируйте cell layout

Перед написанием кода определите, какие данные в какой cell:

Contract State Layout:
Root Cell [1023 bits]:
  ├── balance: 124 bits (Coins)
  ├── owner: 267 bits  
  ├── flags: 8 bits
  └── remaining: 624 bits available
  
  Ref 0 → Data Cell [1023 bits]:
    ├── total_supply: 124 bits
    ├── metadata_url: ref to Snake cell
    └── ...
  
  Ref 1 → Code Cell:
    └── TVM bytecode (immutable after deploy)

2. Используйте references для больших данных

Данные > 1023 bits → split across cells через references. Строки хранятся как Snake cells (цепочка cells через ref):

Snake encoding для строки "Hello, World!" (13 bytes = 104 bits):
Cell 1: [104 bits: "Hello, World!"]  ← помещается в одну cell

Snake encoding для 200-byte строки:
Cell 1: [1016 bits: first 127 bytes] → Ref 0 →
Cell 2: [584 bits: remaining 73 bytes]

3. Storage budget в архитектуре

При проектировании системы рассчитайте storage budget:

Storage Budget Checklist:
1. Сколько cells в state? (cells_count)
2. Сколько bits per cell? (avg_bits)
3. Annual storage fee? (cells × rate)
4. Contract balance covers fee for how long?
5. Who replenishes balance? (users via gas, admin, protocol fee)

Проверка знанийKnowledge check

ОтветAnswer

Cells — одновременно структура данных и единица исполнения: TVM работает со стеком ячеек, а не с регистрами. Чтобы понимать, как именно cells “доезжают” от storage до выполнения и обратно, полезно посмотреть исполнение TVM на низком уровне.

TVM: стек-машина и cells