SUBS:Substrate極簡概括

編者按：本文來自PolkaWorld，Odaily星球日報經授權轉載。今天我們將討論Substrate，一個可以幫助你構建自己的自定義區塊鏈的庫。Substrate是由ParityTech研發出來的，也為Polkadot提供了基礎。什么是Substrate?

來自牛津字典的解釋：Asubstanceorlayerthatunderliessomething,oronwhichsomeprocessoccurs.顧名思義，Substrate可以用來生長或在其上建造某種東西。在我們的案例中，我們可以構建區塊鏈，或者在Polkadot的案例中，可以構建一個完整的區塊鏈家族。我為什么需要Substrate?

軟件歸根結底就是抽象。計算機科學的歷史表明，我們不斷地得到越來越多的抽象：從離散邏輯到集成電路和CPU；從機器代碼到匯編，從匯編到C語言，再到C++、Rust、Haskell等等。編程APIs也是如此。例如，現在幾乎沒有人用純HTML編寫web。“每個問題都可以通過引入另一個抽象層來解決。除了很多抽象層的問題……所以我們發明了框架。”——改寫于安德魯·柯尼格的《金融時報》。每個抽象層都試圖解決一個特定的問題。那么，制造Substrate是為了解決什么問題呢？事實證明，在開始實施全新的區塊鏈解決方案之前，你需要考慮很多事情：為什么還需要另外一個區塊鏈？！各種密碼原語：加密、簽名、RNG1等共識算法和容錯投票ProofofWaste、ProofofStake、ProofofAuthority？還是其他完全不同的東西？塊結構和高效存儲、消息序列化P2P網絡、對等發現、區塊和交易互通狀態機、執行運行邏輯、智能合約輕客戶端支持盡管Substrate沒有解決第一個問題，但Substrate可能會幫助你解決剩下的問題，因為它提供了現有的實現工具。這些都是基于我們多年開發區塊鏈的經驗而精心設計、編寫和測試。當然，你也可以親自去實現所有這些任務，但我可以說，你最終可能會得到一個未經測試且沒有很好文檔記錄的解決方案。更不用說，通常你自己設計或實現的加密算法會被認為是一個非常糟糕的想法，除非你是一個密碼專家，而且你真的知道你在做什么。所以，通過提供典型算法的通用實現，Substrate可以讓你集中精力在項目本身：鏈的業務邏輯，即其狀態機。讓我們來看看區塊鏈中最重要的部分，看看Substrate可以提供什么。作為永久存儲的區塊鏈

內容在線平臺Substack開始接受比特幣支付:8月23日消息，內容在線平臺Substack 作家可以通過該平臺從訂閱中賺錢，它已將比特幣作為一種支付選項。Substack 發言人表示，該選項目前僅適用于“選定的一組以加密為重點的出版物”，并補充說：“我們期待根據反饋和需求探索更廣泛的可用性。比特幣支付快速、方便、安全，費用低。我們使用閃電網絡進行交易，這比信用卡更快。”據悉，Substack 將在鏈上和通過閃電網絡接受比特幣。（Theblock）[2021/8/23 22:32:15]

任何區塊鏈的唯一目的，是提供一種可驗證的、全球性的、永久的存儲和轉變數據的方法，這意味著所有各方都要在任何時間點上，以一種零信任的方式來檢查和同意什么樣的價值可以被認可。而且，一旦這些數據被封存，就應該是永久性的，根據共識，不可能對其進行篡改。此屬性廣泛用于加密貨幣，其中永久存儲包含帳戶密鑰及其實際余額。然而，需要注意的是，加密貨幣并不是唯一可能的區塊鏈應用。基本上，幾乎所有需要全局一致、永久存儲和可驗證交易歷史記錄的系統都可以通過某種方式使用區塊鏈實現。Substrate提供高效的存儲，非常容易使用，并且與WebAssemblyruntime緊密集成。作為功能的區塊鏈

為了根據待定的操作去更新鏈的狀態并改變其存儲，我們需要有一個決策點。這些決策點可以表示為一個函數，它接受當前狀態和一組待定的操作，并產生另一個應被視為新的狀態的狀態。在區塊鏈世界中，這樣的函數被稱為狀態轉換函數，簡稱STF。Substrate可以讓你以一種可管理和可移植的方式來定義這樣一種功能。跟在網頁上執行的JavaScript非常相似，你可以編寫一組統稱為runtime的函數，這些函數將充當STF。此外，這樣的實現將是可移植的，并不依賴于處理器架構、操作系統、瀏覽器，或者任何其他依賴平臺的方式。

Substrate創業營公布首批入選的6個項目:3月30日消息，基于Substrate區塊鏈技術和波卡生態的創業孵化營Substrate創業營公布第一批6個項目入選名單，包括基于Substrate框架構建的永久存儲網絡Canyon、去中心化金融服務everFinance、PlatON與Polkadot生態跨鏈項目Platdot、合成資產發行協議與合成資產交易平臺CraftingProtocol、去中心化的應用檢索與交易市場協議DorisProtocol、加密資產轉賬功能的隱私通訊軟件Coming。[2021/3/30 19:30:28]

事實上，即使是Substrate的底層技術都是密切相關的。Substrate使用WebAssembly作為其runtime的通用語言，這正是Mozilla、Google和Apple等大公司目前正在集成的技術，在編寫web時作為一種更快但仍然兼容的JavaScript替代品。安全和速度

用Wasm編寫鏈的邏輯和智能合約，意味著你將擁有最好的工具來以快速可靠的方式執行邏輯。但是，Substrate有一種方法可以更快地執行代碼，并且沒有任何虛擬機的開銷。Substrate最革命性的部分是，包含STF的runtime圖像與其他有效載荷一起存儲在鏈上。這意味著runtime和整個鏈的業務邏輯可以以安全和可驗證的方式進行更新。更重要的是，由于Substrate及其RuntimeModuleLibrary3都是用Rust編程語言編寫的，所以它們可以被翻譯成本地代碼和Wasm。

波卡Substrate報告：282個驗證人在活躍集 國庫賞金計劃獲批:1月8日，波卡中國社區PolkaWorld官方發布《Substrate生態最新報告》。根據報告：1.2020年12月初官方開啟了1000個驗證人計劃，活躍驗證人集的最大數量從每個era 44個，逐個增加到最多298個。目前有282個驗證人在活躍集中，有334個在等待隊列中。2.針對跨鏈消息傳遞，Basic XCM代碼已合并，允許中繼鏈把消息向下傳遞到平行鏈。3.第一個Polkadot國庫賞金計劃已獲批準。該賞金的管理人將是由四個社區成員組成的多重簽名，他們將不因策劃賞金而獲得任何獎勵。4.第231號提案計劃為Elara v0.3的開發提供資金，Elara v0.3是針對Polkadot的類似于Infura的服務。Elara將作為非營利項目運行，當前的投票階段將于本周末結束。5.根據國庫報告，Polkadot國庫已收到25份提案，并通過了其中18項，發出104,054個DOT，每個國庫提案平均獲得5780個DOT資助（價值約29,000美元）。國庫中大約有960萬個DOT，目前僅使用了1％。[2021/1/9 15:43:35]

在任何時候，客戶端軟件都有兩個編譯runtime的副本：一個是在軟件中本機編譯的，另一個是要在VM中執行的Wasm圖像。執行runtime函數時，客戶端軟件檢查runtime的鏈上Wasm版本是否與其編譯的本機內置版本匹配。這樣做后，客戶端軟件將runtime函數的執行委托給本機代碼版本。無分叉升級

波卡Subscan“通證解鎖計劃”并非解鎖公募份額，而是日常質押解綁到期可取余額:據PolkaBase消息，經與Subscan官方團隊溝通后確認，Subscan瀏覽器“通證解鎖計劃”數據為日常質押解綁的到期可取余額(withdrawals)，屬于NPOS以來一直都有的日常質押解鎖行為，而非公募解鎖出來的份額。上輪公募結束時間約為7月28日，通證解鎖已有數據。Subscan團隊已在修繕文案。[2020/8/27]

當runtimeimage在鏈上更新時，某些客戶端還沒有更新其軟件。在這種情況下，他們的節點將通過在Substrate的集成Wasm虛擬機上解釋runtime來執行正確的版本。因此，在任何情況下，網絡上的所有節點總是能夠正確地同步鏈，從而防止鏈分叉。網絡

區塊鏈依賴于有許多參與者通過網絡進行通信。典型的解決方案是使用點對點技術來進行這種通信，而Substrate也不例外。P2P是一組用于創建分布式網絡應用程序技術的通用名稱。其主要思想是建立一個自我維持的網絡環境，在這個環境中，每個參與者都能夠在網絡中運行，而無需事先配置或被授權。為了確保節點可以在任何時候加入或離開網絡，而不影響整個網絡的連接性，Substrate使用了Rust實現的libp2p，這是一個很有前途的網絡堆棧，它擁有建立分布式網絡環境所需的一切。自定義消息

在最簡單的情況下，你甚至不需要考慮網絡，因為Substrate為你做了一切。你只需提供區塊鏈的狀態轉換功能，并將所有網絡交互留給Substrate。但是，如果區塊鏈要求發送自定義消息，則可以通過提供明確自定義消息及其處理邏輯的特定的網絡協議，來自定義和擴展網絡子系統。共識

現場 | Phala創始人尹航：在Substrate鏈上驗證英特爾SGX證書是一個龐大工程:金色財經現場報道，12月21日，在北京舉辦的Substrate Workshop上，Phala聯合創始人尹航講解了利用TEE和區塊鏈結合的解決方案。尹航表示，區塊鏈上的代碼執行是可信的，TEE的執行也是可信的，因此重要的是鏈上和鏈下模塊互信，可以讓TEE讀取鏈上的數據，也可以讓TEE證明在鏈上驗證。TEE可以驗證Substrate鏈上區塊中的Justification，英特爾SGX（TEE環境）可以產生一個數據執行后的可信證明，因為Substrate的Wasm環境以no-std模式編譯，功能受限，則需要移植完整的密碼學庫以驗證TEE證書。這一部分會是一個龐大的開發工程。[2019/12/21]

有一個允許你從一個狀態轉移到另一個狀態的狀態轉移函數是好的，但還不夠。你還需要一種方式讓所有節點都同意下一個狀態應該是什么。作為一個銀行賬戶的擁有者，你最不想遇到的情況就是你和銀行在“你的賬戶里有多少錢“上存在分歧。區塊鏈允許各方在不信任對方的情況下達成共識，即使在惡意參與者試圖破壞系統并竊取你的資金的情況下也是如此。這是使用一個具有拜占庭容錯屬性的共識算法完成的。如果一個系統是BFT，這意味著節點可以達成一致，即使其中的一部分表現惡劣，包括串通、截留消息和離線。BFT共識系統能夠抵抗不同程度的網絡問題，在這些問題中，消息可以重新排序或延遲。一些BFT共識系統的設計使得當節點行為不當時，它們可以受到懲罰，并在鏈上削減他們質押的token。對于支持在Substrate中的每個共識引擎，都將有一個runtime模塊，用于處理錯誤行為的證明。評估錯誤行為的影響可以由runtime確定。從數學上證明，只要網絡中三分之二的節點沒有惡意并按照協議運行，該協議是可行的。這就是為什么在網絡中有很多節點很重要的原因之一。共識是任何區塊鏈應用程序的關鍵部分。幸運的是，Substrate提供了一個已經可用的BFT共識，幾乎可以開箱即用。根據使用場景的不同，你可以使用現有的塊創作邏輯，也可以提供自己的塊創作邏輯。在后一種情況下，你可以使用BFT的通用版本并使其適合你的需要。Substrate將繼續發展，并有更多的共識算法加入到其中，包括在Web3基金會開發的GRANDPA的最終確定小工具。另外，由于Substrate是一個完全可擴展和可定制的框架，因此可以定義你自己的自定義共識算法。事實上，Substrate是如此的靈活，它可以支持不是基于經典區塊鏈架構的解決方案。例如，我們正在研究如何通過設計一個不基于傳統塊概念的共識，來解決區塊鏈吞吐量問題。輕客戶端支持

早期的區塊鏈實現是這樣設計的：網絡中的每個節點都在本地維護完整的區塊鏈數據庫。這現在被稱為fullclient，這意味著客戶端擁有作為網絡節點運行所需的一切。完整客戶端對于鏈安全非常重要。但是隨著區塊鏈的增長，客戶的數據庫變得越來越大。目前，主流加密貨幣擁有數百GB的數據庫。當整個節點初始化時，它需要做的第一件事是與網絡的其他部分同步。由于安全原因，這樣的一個節點不能按原樣隨機從一個節點下載數據庫，而是需要從頭開始構建自己的數據庫，重新同步genesis以來的所有交易。除了計算上的昂貴，這個任務還需要通過網絡傳輸大量的數據。我想每個人都會同意，下載半兆字節的數據到你的手機上只是為了買一個三明治…這是不切實際的，要不就是很荒謬。這就是為什么，幾乎從一開始，區塊鏈開發人員就開始考慮降低節點維護成本的方法，包括存儲空間和網絡吞吐量。最終，輕客戶的概念誕生了。簡言之，輕客戶端是區塊鏈節點的一種操作模式，其中只有最重要的數據存儲在本地，網絡交互減少到最低限度，同時為幾乎所有可能進行的交互保留可接受的安全性。適度的資源需求最終允許輕客戶端節點輕松引導，因此可以在移動設備上執行。不幸的是，將輕客戶端支持集成到現有區塊鏈中是一項嚴肅的任務。在區塊鏈的初始設計中集成輕客戶端會更容易的多。Substrate是在考慮到輕客戶端支持而專門設計的。基于Substrate構建的區塊鏈具有現成的輕客戶端支持。總結

在這篇文章中，我們略讀了Substrate框架的主要目標和特性。要涵蓋Substrate的所有方面需要更長的文章，但希望你現在已經對這些概念有了大致的了解。雖然這還不足以開始編寫你的代碼，但至少現在你應該知道期待什么。要了解更多信息，請查看JackFransham之前的文章《什么是Substrate》：https://www.parity.io/what-is-substrate/。如果你想深入研究并開始實現你的區塊鏈，最好的開始是ParitySubstrateWiki。另外，不要猶豫查看源代碼，特別是ReadMe文件：。注釋

RNG代表隨機數發生器。并非每個RNG都適合區塊鏈應用。Substrate本身現在正處于非常活躍的發展階段。代碼庫非常不穩定，文檔工作正在進行中。我們正在積極地填充wiki，這是一個尋找更多細節的好地方：https://wiki.parity.io/Runtimemodulelibrary是一組可選的Rust大木箱，用于處理常見任務，如參數序列化和調用分派，并幫助你以最小的成本構建runtime。這個庫是完全可選的，所以從頭開始設計自己的runtime，或者使用任何可以編譯成Wasm的語言都是非常好的。除了Rust之外，目前只有C語言和C++支持Wasm作為目標體系結構。歡迎學習Substrate關注Substrate進展關注Polkadot進展申請Bootcamp

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