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本文开首：PolkaWorld，原题《Substrate极简综合》

作家：DmitriyKashitsyn

翻译：PolkaWorld 社区

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今天咱们将商酌 Substrate，一个不错匡助你构建我方的自界说区块链的库。Substrate 是由 ParityTech 研发出来的，也为 Polkadot 提供了基础。

 

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未来

什么是 Substrate?  

来自牛津字典的解释：A substance or layer that underlies something， or on which some process occurs.（在某些事物的底下，或者不错基于它之上创建一些事物的物资或层）顾名想义，Substrate 不错用来滋长或在其上建造某种东西。在咱们的案例中，咱们不错构建区块链，或者在 Polkadot 的案例中，不错构建一个齐备的区块链眷属。  我为什么需要 Substrate?  

软件归根结底便是抽象。计算机科学的历史标明，咱们不休地获得越来越多的抽象：从破裂逻辑到集成电路和 CPU；从机器代码到汇编，从汇编到 C 讲话，再到 C++、Rust、Haskell 等等。编程 APIs 亦然如斯。举例，当今险些莫得东说念主用纯 HTML 编写 web。“每个问题皆不错通过引入另一个抽象层来惩办。除了好多抽象层的问题……是以咱们发明了框架。”—— 改写于安德鲁·柯尼格的《金融时报》。每个抽象层皆试图惩办一个特定的问题。那么，制造 Substrate 是为了惩办什么问题呢？事实证实注解，在动手实施全新的区块链惩办决策之前，你需要商酌好多事情： 为什么还需要另外一个区块链？！ 多样密码原语：加密、签名、RNG¹ 等 共鸣算法和容错投票 Proof of Waste、Proof of Stake、Proof of Authority？ 如故其他全皆不同的东西？ 块结构和高效存储、音书序列化 P2P 荟萃、平等发现、区块和往来互通 气象机、引申运行逻辑、智能合约 轻客户端维持 尽管 Substrate 莫得惩办第一个问题，但 Substrate 可能会匡助你惩办剩下的问题，因为它提供了现存的达成器用。这些皆是基于咱们多年开发区块链的劝诫而悉心想象、编写和测试。

天然，你也不错躬行去达成通盘这些任务，但我不错说，你最终可能会获得一个未经测试且莫得很好文档纪录的惩办决策。更不必说，频繁你我方想象或达成的加密算法会被以为是一个十分灾祸的想法，除非你是一个密码巨匠，而且你确凿知说念你在作念什么。

是以，通过提供典型算法的通用达成，Substrate 不错让你荟萃元气心灵在技俩自己：链的业务逻辑，即其气象机。

让咱们来望望区块链中最遑急的部分，望望 Substrate 不错提供什么。

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动作永久存储的区块链  

任何区块链的独一主见，是提供一种可考证的、群众性的、永久的存储和鼎新数据的门径，这意味着通盘各方皆要在职何时刻点上，以一种零信任的容颜来检验和甘愿什么样的价值不错被认同。而且，一朝这些数据被封存，就应该是永久性的，凭据共鸣，不可能对其进行更变。此属性平庸用于加密货币，其中永久存储包含帐户密钥偏激实质余额。然则，需要谨慎的是，加密货币并不是独一可能的区块链期骗。基本上，险些通盘需要全局一致、永久存储和可考证往来历史纪录的系统皆不错通过某种容颜使用区块链达成。Substrate 提供高效的存储，十分容易使用，而况与 WebAssembly（Wasm） runtime 精粹集成。  动作功能的区块链  

为了凭据待定的操作去更新链的气象并改变其存储，咱们需要有一个决策点。这些决策点不错暗示为一个函数，它经受现时气象和一组待定的操作，并产生另一个应被视为新的气象的气象。在区块链宇宙中，这么的函数被称为气象调遣函数（state transition function），简称 STF。Substrate 不错让你以一种可治理和可移植的容颜来界说这么一种功能。跟在网页上引申的JavaScript 十分相同，你不错编写一组统称为 runtime 的函数，这些函数将充任 STF。此外，这么的达成将是可移植的，并不依赖于处理器架构、操作系统、浏览器，或者任何其他依赖平台的容颜。事实上，即使是 Substrate 的底层技巧皆是密切关系的。Substrate 使用 WebAssembly 动作其 runtime 的通用讲话，这恰是 Mozilla、Google 和 Apple 等大公司面前正在集成的技巧，在编写 web 时动作一种更快但仍然兼容的 JavaScript 替代品。  安全和速率  

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用 Wasm 编写链的逻辑和智能合约，意味着你将领有最佳的器用来以快速可靠的容颜引申逻辑。但是，Substrate 有一种门径不错更快地引申代码，而况莫得任何捏造机的支出。Substrate 最创新性的部分是，包含 STF 的 runtime 图像与其他有用载荷沿路存储在链上。这意味着  runtime 和通盘链的业务逻辑不错以安全和可考证的容颜进行更新。更遑急的是，由于 Substrate 偏激 Runtime Module Library³  皆是用 Rust 编程讲话编写的，是以它们不错被翻译本钱地代码和 Wasm。在职何时候，客户端软件皆有两个编译 runtime 的副本：一个是在软件中本机编译的，另一个是要在 VM 中引申的 Wasm 图像。引申 runtime 函数时，客户端软件检验 runtime 的链上 Wasm 版块是否与其编译的本机内置版块匹配。这么作念后，客户端软件将 runtime 函数的引申奉求给本机代码版块。  无分叉升级  

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打不开解决方法区块链依赖于有许多参与者通过荟萃进行通讯。典型的惩办决策是使用点对点技巧来进行这种通讯，而 Substrate 也不例外。P2P 是一组用于创建漫衍式荟萃期骗要道技巧的通用称号。其主要想想是培植一个自我防守的荟萃环境，在这个环境中，每个参与者（频繁称为节点）皆概况在采聚首运行，而无需事前成就或被授权。为了确保节点不错在职何时候加入或离开荟萃，而不影响通盘荟萃的贯穿性，Substrate 使用了 Rust 达成的 libp2p（https://github.com/libp2p/rust-libp2p） ，这是一个很有出路的荟萃堆栈，它领有培植漫衍式荟萃环境所需的一切。  自界说音书  

在最简便的情况下，你致使不需要商酌荟萃，因为 Substrate 为你作念了一切。你只需提供区块链的气象调遣功能，并将通盘荟萃交互留给 Substrate。但是，要是区块链条目发送自界说音书，则不错通过提供明确自界说音书偏激处理逻辑的特定的荟萃条约，来自界说和彭胀荟萃子系统。  共鸣  

有一个允许你从一个气象转机到另一个气象的气象转机函数是好的，但还不够。你还需要一种容颜让通盘节点皆甘愿下一个气象应该是什么。动作一个银行账户的领有者，你最不想遭逢的情况便是你和银行在 “你的账户里有若干钱“ 上存在不合。区块链允许各方在不信任对方的情况下达成共鸣（因此零信任），即使在坏心参与者试图破裂系统并窃取你的资金的情况下亦然如斯。这是使用一个具有拜占庭容错（BFT）属性的共鸣算法完成的。要是一个系统是 BFT，这意味着节点不错达成一致，即使其中的一部分进展恶劣，包括串连、拘押音书和离线。BFT 共鸣系统概况抵触不同进度的荟萃问题，在这些问题中，音书不错从新排序或延伸。一些 BFT 共鸣系统的想象使稳妥节点活动不当（举例，一次投票两个区块）时，它们不错受到刑事拖累，并在链上削减他们质押的 token。关于维持在 Substrate 中的每个共鸣引擎，皆将有一个 runtime 模块，用于处理诞妄活动的证实注解。评估诞妄活动的影响不错由 runtime 笃定。从数学上证实注解，只消采聚首三分之二的节点莫得坏心并按照条约运行，该条约是可行的。这便是为什么在采聚首有好多节点很遑急的原因之一。共鸣是任何区块链期骗要道的重要部分。庆幸的是，Substrate 提供了一个还是可用的 BFT 共鸣，险些不错开箱即用。

凭据使用场景的不同，你不错使用现存的块创作逻辑，也不错提供我方的块创作逻辑。在后一种情况下，你不错使用 BFT 的通用版块并使其合乎你的需要。

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Substrate 将不时发展，并有更多的共鸣算法加入到其中（https://medium.com/polkadot-network/grandpa-block-finality-in-polkadot-an-introduction-part-1-d08a24a021b5），包括在 Web3 基金会开发的 GRANDPA（GHOST-based Recursive Ancestor Deriving Prefix Agreement） 的最终笃定爱惜用。

另外，由于 Substrate 是一个全皆可彭胀和可定制的框架，因此不错界说你我方的自界说共鸣算法。事实上，Substrate 是如斯的生动，它不错维持不是基于经典区块链架构的惩办决策。举例，咱们正在连接怎么通过想象一个不基于传统块成见的共鸣，来惩办区块链婉曲量问题。

 

轻客户端维持  

早期的区块链达成是这么想象的：采聚首的每个节点皆在土产货珍惜齐备的区块链数据库。这当今被称为 full client（齐备客户端），这意味着客户端领有动作荟萃节点运行所需的一切。齐备客户端（也称为全节点）关于链安全十分遑急。但是跟着区块链的增长，客户的数据库变得越来越大。面前，主流加密货币领少见百 GB 的数据库。当通盘节点运移时息，它需要作念的第一件事是与荟萃的其他部分同步。由于安全原因，这么的一个节点不可按原样迅速从一个节点下载数据库，而是需要重新动手构建我方的数据库，从新同步 genesis（链的第一个区块）以来的通盘往来。除了计算上的上流，这个任务还需要通过荟萃传输无数的数据。我想每个东说念主皆会甘愿，下载半兆字节的数据到你的手机上仅仅为了买一个三明治… 这是不切实质的，要未便是很无理。这便是为什么，险些从一动手，区块链开发东说念主员就动手商酌缩末节点珍惜本钱的门径，包括存储空间和荟萃婉曲量。最终，轻客户的成见降生了。简言之，轻客户端是区块链节点的一种操作花式，其中唯有最遑急的数据存储在土产货，荟萃交互减少到最低适度，同期为险些通盘可能进行的交互保留可经受的安全性。适度的资源需求最终允许轻客户端节点松驰率领，因此不错在出动开导上引申。

苍凉的是，将轻客户端维持集成到现存区块链中是一项严肃的任务。在区块链的运转想象中集成轻客户端会更容易的多。Substrate 是在商酌到轻客户端维持而败落想象的。基于 Substrate 构建的区块链具有现成的轻客户端维持。

 

回来  

在这篇著述中，咱们略读了 Substrate 框架的主要主见和特质。要涵盖 Substrate 的通盘方面需要更长的著述，但但愿你当今还是对这些成见有了大要的了解。天然这还不及以动手编写你的代码，但至少当今你应该知说念期待什么。要了解更多信息，请检验 Jack Fransham 之前的著述《什么是 Substrate》：https://www.parity.io/what-is-substrate/。要是你想深刻连接并动手达成你的区块链，最佳的动手是 Parity Substrate Wiki（https://wiki.parity.io/）。另外，不要夷犹检验源代码，终点是 ReadMe 文献：（https://github.com/paritytech/substrate）。 

凝视 RNG 代表迅速数发生器。并非每个 RNG 皆合乎区块链期骗。 Substrate 自己当今正处于十分活跃的发展阶段。代码库十分不褂讪，文档责任正在进行中。咱们正在积极地填充 wiki，这是一个寻找更多细节的好处所：https://wiki.parity.io/ Runtime module library 是一组可选的 Rust 大木箱，用于处理常见任务，如参数序列化和调用分拨，并匡助你以最小的本钱构建 runtime。这个库是全皆可选的，是以重新动手想象我方的 runtime，或者使用任何不错编译成 Wasm 的讲话皆强横常好的。除了 Rust 以外，面前唯有 C 讲话和 C++ 维持 Wasm 动作主见体绑缚构。 接待学习 Substrate: https://substrate.dev/ 体恤 Substrate 进展:https://github.com/paritytech/substrate 体恤 Polkadot 进展:https://github.com/paritytech/polkadot 肯求 Bootcamp: https://bootcamp.web3.foundation/ 原文：https://www.parity.io/substrate-in-a-nutshell/