火星號首發 | Polkadot背后的劃時代發明：Substrate框架_BST

Substrate之于區塊鏈，就好比Linux之于互聯網。背景

提到Polkadot，大家立馬就會想到跨鏈，覺得跨鏈是繼以太坊的智能合約平臺功能后，新的剛需。誠然，跨鏈對于整個區塊鏈來說都意義非凡，但其實這僅僅是Polkadot其中的一部分，也就是互操性，而Polkadot還有另一個很重要的意義，就是可擴展性。

因為中繼鏈+平行鏈的結構讓Polkadot有了相較于其他區塊鏈項目所未有的可擴展性，也為我們帶來了更多的可能。

互操性和擴展性的結合才讓Polkadot變得更加完備，而但當我們深挖Polkadot背后的技術架構時，我們不得不提到其背后的一個劃時代發明——Substrate框架。

如果說Polkadot是一棟萬丈高樓，那么Substrate可謂是這棟樓的鋼筋混凝土框架，它的出現才讓Polkadot能夠順利完成摩天大樓的建設，因此了解Substrate的誕生與發展顯得意義非凡。

Substrate的誕生

在2018年舉辦的Web3峰會上，Polkadot創始人Gavin博士通過一臺原裝出廠的Mac電腦，在15分鐘內就開發出了一條全新的區塊鏈，在當時可謂震驚全場，一時間該信息傳遍了整個區塊鏈圈子，而其用到的開發工具正是被Parity公司稱為Substrate的一種全新的區塊鏈技術框架。

這可能是又一次讓區塊鏈圈子的人感受到了什么叫“技術的力量”，畢竟2018年前，那些叫囂著要開發一條公鏈的區塊鏈項目還對外聲稱難度實在太高了，需要幾個月甚至好幾年的時間來完成，結果被一個名為Substrate的框架15分鐘KO。

時間倒退到2016年，當時Gavin博士對Polkadot已經有了一點初步構想，大方向基本沿著分片的思路在思考，讓不同鏈的功能通過“某個中間橋”鏈接起來，從而提高區塊鏈網絡的擴展性，沿著這一重要的構想，我們看到了后來的平行鏈和中繼鏈。

借著Gavin博士在開發以太坊的經驗，Parity開發團隊發現他們正在重復之前在以太坊和比特幣客戶端上做過的同樣的工作?——構建區塊鏈的一些基礎代碼，例如賬戶、智能合約、治理等功能本質上是一個類似的邏輯結構，于是他們設想能不能開發一個類似于“模塊”一樣的東西來簡化區塊鏈的基礎開發，既解放開發者，也能夠讓區塊鏈的開發門檻降低一些。

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于是，他們又沿著這一思路構建出了我們現在看到的Substrate，只是他們沒想到這一框架的威力遠超他們想象。

Substrate是什么及功能介紹

前面我們用通俗的語言為大家講解了Substrate的誕生，其實從這個過程里我們大概已經可以看出Substrate究竟扮演了怎樣的角色。用Polkadot聯合創始人RobertHabermeier的話來說，“Substrate是一組用于處理編寫區塊鏈時所有煩人事情的庫。”

那么究竟Substrate的創新點和優勢體現在哪些地方呢，我們嘗試從邏輯上和技術本身來為大家進一步剖析。

1、模塊化讓開發周期變短

從開發者的角度來說，Substrate極大的簡化了參與區塊鏈開發者的工作量，這意味著原來的區塊鏈開發從底層框架搭建起來至少需要另一個龐大的團隊來提供技術支持，但Substrate將諸如核心模塊、基本邏輯、P2P網絡和共識機制，甚至鏈上治理這樣的功能鑲嵌到Substrate中，成為可調取的模塊，因此大大節省了開發周期和開發流程。

并且?Substrate是一個完全免費且開源的框架，這意味著全世界有需求的開發者都可以自由使用該框架，并且它通過Rust的編程語言來搭建，該語言能夠幫助開發者快速、安全的完成軟件開發。

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正如Substrate的英文全稱釋義：Asubstanceorlayerthatunderliessomething,oronwhichsomeprocessoccurs.，大概它很好的滿足了這一點。

2、多選擇可滿足不同需求

當然，也許會有人有質疑Substrate的模塊化會不會很死板？其實不然，Substrate是多層架構的，可以讓開發人員在開發的方便性和技術的自由之間進行選擇，具體的三層結構分別是SubstrateCore、SubstrateSRML和SubstrateNode。?

具體來說，如圖所示，從上到下，技術自由遞減、抽象度遞減、依附性遞增。SubstrateCore是用于構建區塊鏈最小框架的模塊，也是Substrate框架中最基礎的一層，可以提供像存儲、共識、交易隊列和區塊生產機制和低級JavaScript的實用程序等模塊。而往下的SRML層則更簡單，開發者要做的就是從模塊中選擇自己需要的組別建進行參數設置即可。最后是?SubstrateNode，可以說是該框架中的小白應用層，只需提供JSON配置文件即可獲得完整的智能合約區塊鏈。?

而如果你需要從頭構建完全屬于自己的區塊鏈，只需要從最上層的PolkadotCore板塊開始。因此，Substrate并不是完全的模塊化，其實它的自由度依然很高，可以滿足開發者的各種需求，完美印證了那句“想你所想，行你所行，聽從你心"的狀態。

3、無分叉的Runtime更新

我們知道區塊鏈世界少不了“分叉”現象的出現，而傳統分叉帶來的不僅是對區塊鏈網絡本身力量的削弱，甚至可能因為分叉不到位給一些項目帶來滅頂之災。而Substrate帶來的另一個最令人興奮的特性之一，就是無分叉的Runtime升級。

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正如我們在之前的文章所介紹的一樣，基于Substrate的鏈中，鏈本身存儲著一個叫作WebAssemblyBlob或WASMBlob的東西。此Blob包含鏈構建新區塊所需的所有邏輯，鏈本身的Runtime包含在此WASMBlob中，如果需要修改區塊鏈的相關信息，只需要結合鏈上治理公投，倘若票數通過，即可完成相應的升級，從而減少了硬分叉帶來的影響。

因此基于Substrate開發的區塊鏈天然解決了硬分叉帶來的問題，所以在8月15日，Parity工程師Bastian發推稱，Polkadot的平行鏈測試網Rococo首次進行了無分叉的Runtime升級，完美踐行了該方案。

關于Substrate的一些事實

1、Substrate就是Polkadot？

Polkadot是基于Substrate框架構建的區塊鏈項目，而Substrate框架，更貼切的來說，是一個可以定制化構建區塊鏈的一個工具。但是Substrate本質上，相當于是Polkadot精簡之后的一個通用區塊鏈模板。

2、Substrate做的鏈就是Polkadot的平行鏈嗎？

Polkadot的平行鏈，與Substrate生成的鏈是各自可以獨立存在的，當然也可以用Substrate框架直接構建Polkadot的平行鏈，兩者的關系可以用下圖闡明。

3、Substrate發的鏈會取代其他區塊鏈？

許多朋友一直在擔心Polkadot與以太坊2.0是否屬于競爭關系。實際上，Substrate框架和Polkadot并不打算取代現有的基礎設施。他們的出發點是不一樣的，Substrate框架和Polkadot的愿景是做鏈的生態，與單條區塊鏈不是競爭關系，相反是起到連接各條鏈的作用，填補了工程可能性的空白。

平行鏈由于是連接上Polkadot的區塊鏈，它的安全性由Polkadot的中繼鏈保護，因此無法選擇自己的共識機制。如果一個區塊鏈想要使用自己的共識機制，或者已經有成熟的但是與Polkadot是屬于不同共識機制的區塊鏈，比如比特幣和以太坊，那它們可以通過一條平行鏈作為“橋”的作用去連接Polkadot，這就是Polkadot中的轉接橋。

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4、Substrate只能用作公鏈開發？

也許會有人認為Substrate只能用于公鏈開發，但其實不然，Substrate本身是一個開發框架，并未限制是否只能用作公鏈開發，恰恰相反，正因為其技術上的創新，Substrate將會是公鏈、生態和聯盟鏈之間的重要橋梁。

例如Polkadot的中繼鏈在設計上能夠讓平行鏈通過區塊驗證節點與其進行認證交互，而同樣，每個平行鏈也可以作為其它外圍平行鏈的中繼鏈存在，無限擴展，但至于這個平行鏈是聯盟鏈還是公鏈其實都不重要，只要能夠連接起來便可完成交互。

Substrate的劃時代意義

當Substrate在2018年以耀眼的姿態出現時，人們除了驚嘆其“發鏈”的速度，更多的可能是對未來的無限期許，而如今，隨著Polkadot生態的發展，Substrate似乎走地越來越穩，我們也從中看到了一些不一樣的東西，而這些東西或許將會讓Substrate走的更遠。

1、一鍵發鏈開啟區塊鏈下一階段

2017年是區塊鏈生態大爆發的一年，隨著以太坊技術逐漸成熟，并被越來越多人認可，許多開發者意識到，他們可以基于以太坊發行自己設想的區塊鏈項目。

通常的做法是，項目創始團隊先根據區塊鏈與某個行業的結合，設計出一個區塊鏈應用，擁有或者設計一條更先進的公有鏈，然后基于ETH一鍵發幣的功能，進行融資，并根據每個人融資的比例分發相應數量的這個應用或者這個公有鏈的Token，而后有了資金再慢慢燒錢做這個應用的專有鏈或者公有鏈。等到這條鏈做出來了，再通過一對一映射的方式，把幣轉到后面一條鏈上，這才完成了一條鏈的開發流程。

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然而，理想很豐滿，現實卻不買賬。因為在以太坊上發行數字資產倒是容易，可要做一條公鏈這個難度就上升了好幾個層次。以太坊上發行數字資產，只需學習一下智能合約，然后幾行代碼就能做出來，正因為如此方便快捷，才說以太坊是一鍵發幣。

但是要做一條公鏈，尤其是需要從底層邏輯開始重構的區塊鏈，是難上加難。對技術人才的要求，包括懂知名區塊鏈的代碼和原理，如比特幣，以太坊等，理解各類主流的共識算法，還需要懂智能合約，除此之外，技術團隊中必須要有密碼學、分布式系統、網絡安全的專業人才，甚至專家。其中最難的就在密碼學，有的公鏈甚至是計算機里的諾貝爾獎——圖靈獎獲得者牽頭發起的。

所以，區塊鏈人才是一將難求，曾經有人希望招募一個資深區塊鏈架構師做他們公鏈的CTO，年薪開出百萬以上都招不到人。畢竟，有這實力的人都自己做項目去了。

這還只是公鏈人力成本高的問題，另一個問題是，公鏈的研發難度高，研發周期長，稍微復雜一點的項目，研發就需要一年半載的，難一點的需要好幾年，比如知名的Filecoin項目，光是延期時間就從2018年6月份延期到了2020年的10月份，可見一斑。

如此看來，做一個公鏈的項目，是一個費錢又耗時的巨大工程。然而，這一困擾區塊鏈領域多年的問題，卻被Substrate框架輕松化解，只需一人，花15分鐘就可以做出一條擁有定制化功能的區塊鏈。Substrate框架把一鍵發幣的便捷提升到了“一鍵發鏈”級別，看似輕描淡寫的只是降低了成本和研發周期，實際上卻是劃時代的一步。

為什么劃時代，這相當于在當年只有巨型計算機的時候，突然微型計算機橫空出世，讓計算機不在是個別機構的專屬，而是人人都能輕松用上的電子設備，由此才有了后面互聯網的誕生，以及如今發達的互聯網生態。同樣，Substrate框架也邁出了如當年計算機變革那般化繁為簡的重要一步。

2、區塊鏈應用得以快速成熟

在Substrate框架出現以前，對于想要做區塊鏈應用的團隊來說，相當于在互聯網時期做一個App，還得花90%的時間和金錢把安卓系統也一并做出來，現在有了Substrate的一鍵發鏈，可以像拎包入住一般輕松地進行開發，把主要的時間和精力用于完善應用本身的業務層面。

但是傳統的區塊鏈應用還有另一個問題，系統會制約應用的發展，為了引入新的特性或改變現有的規則，往往會通過更改底層協議的規則進行系統升級。但是傳統區塊鏈的系統升級需要通過硬分叉的方式來升級，這大大增加了工作難度。

設想一下，如果蘋果手機的系統每次升級都要一半以上的人升級，才能算是升級成功，這對于系統的容錯性來說要求很高。如果在升級過程中出現問題，可能導致用戶的數字資產受到損失，用戶分裂為兩個生態都有可能。

但這對于Substrate框架來說，都不是問題。Substrate框架允許系統無需硬分叉就可以升級，營造了一個穩健安全，又可快速更迭的系統，這對于區塊鏈應用來說就無后顧之憂了。

此外，Substrate框架有眾多功能模塊，使得制作一條高定制化的區塊鏈也十分容易，又或者后期因為項目的需求，想要調整一些功能，也能隨意增減，十分的靈活自由。Substrate的出現就像互聯網中Linux系統的誕生，將會為后續行業的發展提供重要的基礎。有了Linux，才有安卓，才有華為，小米，三星手機，同樣的道理，有了Substrate，今后區塊鏈行業會涌現特別多優秀的相關應用和項目。

Substrate框架解決了區塊鏈應用研發中最花錢和時間的構建主鏈問題，又保障了應用的運行系統與時俱進，同時豐富的功能模塊庫又滿足了區塊鏈項目的各類功能需求，大幅縮短了區塊鏈應用從早期走向成熟的周期，也加速了項目迭代進化的速度。可以預見到，一個屬于區塊鏈應用開發的黃金時期即將到來。

3、區塊鏈生態發展將加速綻放

在Substrate框架的一鍵發鏈以前，一個項目從募資到上線主網，開始接受落地性的考驗，整個流程需要以年來計，而Substrate框架將這個時間可以縮小到以月來計，既加速了單個項目的迭代時間，也意味著區塊鏈生態的進化速度像八倍速一樣快進起來。

回望近幾年區塊鏈項目，許多項目是自從發行數字資產，直到兩三年后才上線主網，開始接受落地性的考驗，整個流程需要以年來計，許多項目因為運營問題，項目設計問題，經濟模型等問題，上線后就一直陰跌，導致慢性死亡，更有一些項目方，以研發難度高為由，遲遲不肯上線主網，就怕一上線市場就夭折。

這樣的現象，其實是必然會發生的，正如當年互聯網開始崛起，倒騰各類門戶網站的人也是蜂擁而去，最后卻是一地雞毛。移動互聯網興起，各類O2O的應用層出不窮，看得讓人眼花繚亂，但現在剩下的又有幾何？一將功成萬骨枯，一個行業的成熟，必定會經過野蠻生長，而最后，大浪淘沙，留下的才是真正實用的有價值的項目。

區塊鏈行業也是如此，各類公鏈、DApp、DeFi等項目，何止上萬，真正有價值的還活下來的不過百，多少資本隨著前兩年的起落化作了新技術探索的成本。盡管如此，這片新開拓出來的藍海，如同漩渦一般，仍然會吸引更多前赴后繼的人才、資本投入，直到挖掘出區塊鏈真正的價值。

而Substrate框架，無疑是給整個區塊鏈生態發展，按下了快進鍵。項目迭代速度加快，參與的人和資本也越來越多，死亡的項目也會更多，而找到區塊鏈真正價值的項目也會離我們越來越近。

火花出現，引線已經點燃，區塊鏈的生態將如璀璨的煙花在黎明前綻放開來，即將迎接晴朗的一天。

如何使用Substrate？

前面我們提到了很多關于Substrate的優勢和其獨特的便捷性，那么究竟該如何上手呢？我們將去年PolkaWorld發布的一篇名為《Substrate一鍵發鏈極簡教程》的文章分享給諸位，感興趣的讀者可以小試牛刀，或許會有意想不到的收獲。

后記

Substrate2.0版本在今年9月底上線，新版本帶來了新的功能——鏈下工作機以及70多個可組合模塊。鏈下工作機可將數據安全地集成到區塊鏈上，非常適合物聯網設備或通過預言機進行的實際數據輸入。

這也再次體現了Substrate和Polkadot優秀的可擴展性，哪怕當下沒有涉及到的功能模塊，也可以在未來加入進來，真正做到了與時俱進。

11月初，平行鏈V1版本已推出，平行鏈上線呼之欲出，如果該功能順利推出，意味著Polkadot將開啟真正的跨鏈，而Substrate也即將迎來更大的舞臺。

從時代的發展來看，作為身處時代洪流的我們而言，很難真正去評判一個事物的核心發展路徑，但透過那面歷史的鏡子我們可以窺見更多的可能，而Substrate的誕生或許在未來的某一刻會被后人稱為是區塊鏈領域發展重要的轉折點，猶如多年前的“智能合約”一般，如此，便是最好的故事。

特別鳴謝：感謝波卡中文第一社區?PolkaWorld?在內容上的支持。

參考資料：1、Polkadot的Substrate基礎鏈簡介2、Polkadot波卡一鍵發鏈，如何用Substrate來構建區塊鏈？3、深入了解Substrate2.04、視頻|Substrate是下一代區塊鏈通用框架5、Substrate2.0來了！??????6、下一代區塊鏈開發框架Substrate，技術大牛都在悄悄鉆研它！?????7、PolkaWorld丨總結，關于Polkadot和Substrate的一切8、Substratehasarrived9、Substrateinanutshell

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