Технологія блокчейн почалася з створення Bitcoin у 2009 році невідомою особою (або групою), відомою як Сатоші Накамото. Bitcoin представив світові децентралізовану цифрову валюту, яка працює без потреби у централізованій владі, такій як банк. Проте функціональність Bitcoin була обмежена фінансовими транзакціями. Дебют Ethereum у 2015 році відзначає великий прогрес у технології блокчейн, дозволяючи розробникам використовувати смарт-контракти для створення власних децентралізованих додатків (DApps). Це відкрило інші можливості поза цифровими валютами, такі як децентралізоване фінансування (DeFi), управління ланцюжком постачання та багато іншого.

Хоча часто біткоїн порівнюють з цифровим золотом, Ефір часто порівнюють з цифровим світовим комп'ютером. Зі своїм запуском блокчейн був трансформований з фінансового інструменту в більш широку платформу для децентралізованих рішень. Цей прогрес закладає основу для фреймворку Substrate, який має на меті збільшити потенціал технології блокчейн, надаючи розробникам безпрецедентну гнучкість та масштабованість. Як ми глибше пізнаємо фреймворк Substrate в наступних модулях, ви побачите, як він подолує обмеження попередніх технологій блокчейну, відкриваючи цілком новий світ можливостей.

Вступ до фреймворку Substrate

Substrate - це рамка інноваційного блокчейну, що робить розвиток та управління децентралізованими цифровими рахунками легшими. Substrate, створений Parity Technologies, розуми за реалізацію важливого клієнта Ethereum, означає прорив у технології блокчейну. Це призначено для розробників, які хочуть створити власний блокчейн, чи це нова монета, платформа для децентралізованих додатків або приватний блокчейн для спеціальних організаційних потреб.

Джерело:

Substrate відрізняється тим, що він є високо налаштовуваним та зручним у використанні. Він надає інструменти та компоненти, необхідні для створення власного блокчейну з нуля або зміни існуючого, не витрачаючи зайвий час. Ця адаптивність відрізняє Substrate від попередніх блокчейн-платформ, які часто змушували розробників використовувати жорсткі архітектури.

Походження Substrate можна прослідкувати до розвитку Ethereum та ширших проблем, що стикаються з технологією блокчейну. Через обмеження Ethereum, зокрема щодо масштабованості та управління, Parity Technologies уявили більш розширену платформу. Substrate, який спочатку був представлений в 2018 році, був підсумком цього концепту.

Substrate надає модульну рамку, в якій різні компоненти блокчейну можуть бути легко вставлені або замінені. Ця архітектура дозволяє розробникам зосередитися на унікальних елементах своїх ідей, а не на складності технології блокчейну.

• Модульність: Архітектура підстилки є модульною, що означає, що вона дозволяє легко додавати, видаляти або змінювати різні частини блокчейну. Це стосується механізмів консенсусу, моделей управління, а навіть самого рантайму.
• Інтероперабельність:Substrate будується з урахуванням інтеграції з Polkadot, що означає, що блокчейни, побудовані з використанням Substrate, можуть легко підключатися до інших блокчейнів у екосистемі Polkadot. Ця функція відкриває шлях для мережі блокчейнів, або 'блокчейну блокчейнів', підвищуючи взаємодію у світі блокчейнів.
• Налагодження:Substrate надає небачену рівень налаштування. Розробники можуть вибирати з вже готових компонентів або створювати свої власні, адаптуючи свій блокчейн під свої конкретні потреби.
• Можливість оновлення: Одна з найважливіших особливостей Substrate - це його здатність до управління на ланцюжку та оновлення без відгалужень. Це означає, що зміни в блокчейні можуть бути внесені без необхідності у важкому відгалуженні, процес, який може бути розділеним та ризикованим.

• Мова програмування Rust:Substrate побудований за допомогою Rust, мови, відомої своєю продуктивністю та безпекою. Зростаюча популярність Rust, особливо в області системного програмування, робить Substrate перспективним вибором для розробників. Його передові функції, такі як власність, типова безпека та управління одночасністю, роблять його ідеальною мовою для побудови міцної блокчейн-інфраструктури.

   ```  struct Transaction {  sender: String,  receiver: String,  amount: u64,  }  impl Transaction {   fn new(sender: String, receiver: String, amount: u64) -> Transaction {  Transaction {      sender,      receiver,      amount,      }   }  fn display_transaction(&self) {  println!("Transaction: {} -> {}, Amount: {}",           self.sender, self.receiver, self.amount);     }     }     fn main() {       let transaction = Transaction::new("Alice".to_string(), "Bob".to_string(), 100);       transaction.display_transaction();      }      ```

У цьому прикладі, Транзакціяструктура визначена з полями для відправника, одержувача та суми. реалізуватиблок визначає методи створення нової транзакції та відображення її деталей. головнийфункція створює екземпляр транзакції, а потім відображає її деталі.

Архітектура Substrate

Архітектура Substrate поєднує в собі інновації та гнучкість, спроектована для задоволення різних потреб розробників блокчейну. Вона пропонує міцну архітектуру, яка оптимізує процес створення блокчейну з нуля. Дизайн Substrate відрізняється своєю модульністю, що дозволяє розробникам обирати, налаштовувати та оновлювати різні компоненти своєї мережі блокчейн за потребою. Основні компоненти Substrate наступні:

Час виконання

Час виконання - в центрі будь-якого блокчейну на основі Substrate. Тут визначені логіка та правила блокчейну. Час виконання відповідає за встановлення функцій переходу стану або те, як змінюється стан блокчейну з кожним новим блоком. Час виконання Substrate незвичайний тим, що він компілюється в WebAssembly (Wasm), що дозволяє блокчейну працювати на різних апаратних та програмних системах без змін.

Механізми консенсусу

У блокчейні консенсус є невід'ємною частиною для забезпечення цілісності та безпеки мережі. Субстрат надає різноманітні техніки консенсусу, включаючи відомі, такі як Proof of Work (PoW) та Proof of Stake (PoS), а також більш унікальні альтернативи, такі як GRANDPA (GHOST-based Recursive Ancestor Deriving Prefix Agreement). Ця гнучкість дозволяє розробникам вибирати метод, який найкраще відповідає цілям їхньої мережі, чи то вони надають перевагу швидкості, енергоефективності або безпеці.

Мережеві з'єднання

Мережа блокчейну така міцна, як її вузли. Substrate надає потужні мережеві функції для забезпечення безпечного та ефективного спілкування між вузлами. Вона включає можливості, такі як виявлення вузлів, розповсюдження чуток, передача блоку та повідомлення про остаточність, всі ці можливості необхідні для здорової та міцної мережі блокчейну.

Середовище виконання

'Бізнес-логіка' вашого блокчейну зберігається в робочому середовищі Substrate. Це схоже на мозок операцій. Те, що відрізняє робоче середовище Substrate, - це можливість оновлення на льоту без необхідності жорсткого вілдфорка. Це великий крок вперед, який вирішує одну з ключових проблем технології блокчейну. Оновлення можна виконувати через демократичний процес управління, що забезпечує згоду спільноти на внесені зміни.

Палети

Піддони - це основа робочого часу Substrate, яка додає спеціалізовану функціональність до блокчейну. Розгляньте їх подібними до плагінів або модулів у традиційній розробці програмного забезпечення. Кожен піддон інкапсулює набір функцій або функціональностей, таких як обробка токенів, управління ідентичністю або впровадження протоколу управління.

Краса палет полягає в їх модульності. Ви можете поєднувати ці палети, щоб створити персоналізований блокчейн, який відповідає вашим точним вимогам. Цей модульний підхід не лише прискорює розробку, але й забезпечує, що ви включаєте лише те, що необхідно для вашого блокчейну, зробивши його компактним і ефективним.

Будівництво з Substrate

Джерело: https://docs.substrate.io/learn/welcome-to-Substrate/

Налаштування середовища розробки Substrate

Побудова блокчейну з використанням Substrate починається з налаштування середовища розробки, процес, який був оптимізований, щоб зробити його простішим для розробників. Substrate написаний мовою Rust, відомою своєю безпекою та ефективністю, що робить його відмінним кандидатом для розробки блокчейну. Для початку встановіть Rust на свій ПК, а також необхідні залежності та інструменти.

Після встановлення Rust вам потрібно буде встановити Шаблон вузла Substrate. Цей шаблон надає попередньо налаштовану стартову точку для розробки блокчейну на основі Substrate. Він надає базове налаштування, а також зразок модуля runtime, що дозволяє розробникам швидко запустити свій блокчейн проект.

Створення вашого першого блокчейну на основі Substrate

З наявною середовищем розробки ви можете почати працювати над своїм власним блокчейном. У вас буде фундаментальна структура для створення та налаштування за допомогою шаблону вузла Substrate. Процедура включає наступні кроки:

Визначення логіки часу виконання:Час виконання - це місце, де ви визначите унікальні правила та логіку вашого блокчейну. Щоб додати інші функціональні можливості, ви можете змінити існуючий зразок модуля виконання або створити нові. Тут ви вирішите такі речі, як токеноміка, системи управління та інші важливі фактори для вашого блокчейну.

Додавання палет: Модульний дизайн Substrate особливо проявляється тут. Ви можете покращити можливості свого блокчейну, включивши кілька палет. Чи хочете ви смарт-контракти, управління ідентичністю чи індивідуалізовані токени, ви можете використовувати готові палети з екосистеми Substrate або створити свої власні.

Тестування та розгортання:Substrate надає інструменти для тестування та розгортання, які допоможуть вам протестувати та усунути неполадки на вашому блокчейні. Ви можете використовувати локальні тестові мережі, щоб моделювати, як ваш блокчейн буде працювати на практиці. Якщо ви задоволені його функціональністю та продуктивністю, ви можете розгорнути свій блокчейн.

Екосистема та спільнота Substrate

Фреймворк Substrate - це не просто набір інструментів для розробки блокчейну; він підтримується великим та різноманітним екосистемою. Ця екосистема складається з різноманітних проектів, інструментів, бібліотек та ресурсів, які спільно працюють, щоб підтримати та покращити взаємодію з Substrate. Екосистема жива та динамічна, від блокчейн-проектів, розроблених з використанням Substrate, до інших ініціатив, запропонованих спільнотою. Наступні компоненти екосистеми Substrate є важливими:

Polkadot, створений тією ж командою, яка створила Substrate, є мережею з багатьма ланцюжками, яка дозволяє різним блокчейнам обмінюватися повідомленнями та вартістю у безпечний спосіб. Блокчейни на основі Substrate можуть просто підключитися до Polkadot, щоб скористатися загальною безпекою та можливостями взаємодії мережі. Кусама, також відома як канарська мережа Polkadot, забезпечує аналогічне середовище з більш швидким процесом управління, що робить її майданчиком для прийняття ризику.

Екосистема переповнена інструментами розробника та бібліотеками, які полегшують побудову та взаємодію з блокчейнами на основі Substrate. Розробники можуть використовувати інструменти, такі як Substrate Developer Hub, Polkadot JS та Subscan, для створення, тестування та розгортання своїх блокчейн-проектів.

Спільнота Substrate - це жива та гостинна група розробників, ентузіастів та організацій. Платформи співпраці, обміну знаннями та підтримки включають онлайн-форуми, канали Discord та місцеві зустрічі.

Роль спільноти Substrate в розвитку блокчейну

Спільнота Substrate має вирішальне значення для подальшого зростання та вдосконалення фреймворку Substrate. Цей спільний підхід сприяє інноваціям та гарантує, що фреймворк розвивається, щоб задовольнити потреби своїх користувачів. Ось важливі характеристики участі спільноти:

Внесок до кодової бази:Розробники з усього світу вносять свій вклад у відкритий вихідний код Substrate, покращуючи його функціональність та надійність. Ці внески охоплюють виправлення помилок та покращення функцій, розробку зовсім нових палеток та інструментів.

Поширення знань та співпраця:Через форуми, семінари та онлайн-дискусії спільнота ділиться уявленнями, кращими практиками та рішеннями для загальних викликів. Ця спільна середовище прискорює навчання та допомагає новим розробникам подолати початкові перешкоди розвитку блокчейну.

Зворотній зв'язок та покращення:Зворотній зв'язок спільноти є невід'ємною складовою ітеративного вдосконалення Substrate. Досвід користувачів, пропозиції та критика керують розвитком фреймворку, забезпечуючи його актуальність та зручність для користувачів.

Ресурси та підтримка для розробників

Для розробників, які хочуть розпочати свою подорож з Substrate, доступно багато ресурсів та мереж підтримки:

• Центр розробника Substrate: Комплексний ресурс, що пропонує документацію, навчальні посібники та довідкові матеріали для розробки Substrate.
• Семінари та вебінари:Регулярно проводимі освітні заходи надають практичний досвід та відомості від досвідчених розробників блокчейну.
• Онлайн форуми та чат-канали:Платформи, такі як Stack Overflow, технічний чат Substrate на Element та Reddit, надають можливість шукати поради, обговорювати ідеї та знаходити спільноту.

Використання та реальні застосування Substrate

Substrate, з його адаптивною та потужною структурою, це не просто теоретична конструкція; у нього є практичні застосування в різноманітних секторах. Цей модуль досліджує реальні випадки використання Substrate в реальному світі, демонструючи, як його використовують для створення винахідливих, ефективних та масштабованих рішень. Substrate є великим змінювачем у розвитку блокчейну, від грошей до ігор.

Polkadot

Релеєвий ланцюг, який відповідає за адміністрування мережі, отримання консенсусу та виконання транзакцій, лежить в основі архітектури Polkadot. Параблоця - це паралельні ланцюги, створені користувачами, які працюють поруч з релеєвим ланцюгом, використовуючи інфраструктуру Polkadot для більшої функціональності та ефективності. Polkadot використовує алгоритм консенсусу доказу участі, на який було номіновано. Сліпе призначення для розширення блокчейну (BABE), походить з протоколу Оуроборос, є основою безпеки та децентралізації мережі. Мережа включає мости, які з'єднуються з іншими блокчейнами, дозволяючи передавати дані та сприяючи взаємодії. Паратреди працюють подібно до параблоць, але на підписку, що робить їх більш вигідним рішенням для менш частої взаємодії з блокчейном.

Джерело: https://cointelegraph.com/learn/the-polkadot-architecture-and-introduction-to-the-Substrate-infrastructure

Kusama

Kusama призначена як еволюційна мережа для тестування та аудиту нових функціональностей блокчейну. Вона побудована на субстратах, подібних до Polkadot. Вона працює на швидшій швидкості, з поліпшеними параметрами контролю, які дозволяють швидші оновлення та процеси управління. Kusama використовує технологію подвійного блокчейну, де основна мережа (релейний ланцюжок) координує операції системи та унікальні парачейни, що працюють на різних блокчейнах. Ця топологія покращує масштабованість та взаємодію мережі. KSM використовується як токен управління для оновлень протоколу, оплати послуг через парачейни та стейкінгу від валідаторів для захисту мережі. Також підтримується підтримка нових парачейнів за допомогою монети KSM.

Ланцюг енергетичної мережі

Ланцюг Energy Web (EWC) - це громадський блокчейн з доказом авторитету на основі технології Ethereum. Він працює як основний шар довіри, що дозволяє децентралізовані ідентичності, верифікацію on-chain та виконання смарт-контрактів. Дані в кожному блоку EWC незмінні, і кожен блок шифровано пов'язаний з попереднім, гарантуючи безпеку та цілісність. Смарт-контракти - це on-chain дії, які автоматизовані за допомогою коду, який самостійно виконується за певних умов.

Acala Network

Безпека Acala підкріплюється призначеними валідаторами Proof of Stake від Polkadot, які спочатку пропонувалися як мережа підтвердження повноважень. Мережа була оновлена кількома способами, включаючи додавання переказів DOT з Polkadot і запуск її нативних токенів, ACA та LCDOT. Acala прийняла підхід децентралізованого управління, який дозволяє проводити громадські референдуми та керувати радами. Ця система дає власникам токенів право голосу щодо того, як мережа розвивається та приймає рішення в майбутньому. Тепер мережа підтримує стейблкоїн, функцію свопу та стейкінг ліквідності. Ці можливості полегшують фінансові транзакції та управління активами в просторі DeFi.

Потенційні сценарії використання в різних галузях

Варто звернути увагу на те, що універсальність Substrate робить його відповідним для широкого спектру використання в різних секторах:

• Фінанси:Поза DeFi, Substrate може бути використаний для створення більш традиційних фінансових додатків, таких як платіжні системи, послуги переказів та цифрові платформи управління активами.
• Управління ланцюгом постачання: Substrate може підвищити прозорість та ефективність у ланцюгах постачання. Використовуючи свої можливості блокчейну, компанії можуть відстежувати продукцію від виробництва до доставки, забезпечуючи автентичність та якість.
• Охорона здоров'я:У галузі охорони здоров'я, Substrate може забезпечувати безпеку та оптимізувати управління даними пацієнтів, забезпечуючи взаємодію медичних записів, зберігаючи конфіденційність та відповідність вимогам.
• Ігри та розваги: Галузь геймінгу може скористатися Substrate через створення децентралізованих геймінгових платформ та внутрішньоігрових економік, пропонуючи гравцям справжню власність на внутрішньоігрові активи.

Порівняльний аналіз Substrate з іншими фреймворками

Як блокчейн-фреймворк, Substrate має кілька відмінних переваг перед іншими популярними блокчейн-фреймворками, такими як Ethereum, Hyperledger та Corda. Ось порівняння, щоб побачити, чому Substrate був би вибраний над цими фреймворками:

Substrate

Substrate відомий своєю модулярною архітектурою, яка є порівняльною з Hyperledger Fabric, але вона надає додаткові інструменти та сприяє побудові більш складних додатків. Його екосистема пропонує готові інструменти, які дозволяють розробникам зосередитися на логіці додатків, а не на побудові архітектури для кожного кроку програми. Завдяки використанню Rust, Substrate дозволяє розробку на будь-якій мові, яка компілюється до WebAssembly. Він не підписується на певну техніку консенсусу, що дозволяє йому переходити між ними без жорсткого відгалуження, поки основний шар залишається постійним.

Ethereum

Ethereum призначений для використання як відкрита програмна ​​платформа для децентралізованих додатків (dApps) та смарт-контрактів. Він працює в мережі рівних і не централізований, забезпечуючи незмінність та захист від вимагань або шахрайських операцій. Ethereum має свою власну монету, Ефір, і використовує процес згоди, в рамках якого всі учасники мережі повинні погодитися з метою завершення транзакції. Хоча цей стиль роботи без дозволу забезпечує прозорість, він породжує проблеми щодо масштабованості та конфіденційності.

Hyperledger

Hyperledger - це відкритий спільний проект, який очолює Фонд Linux та підтримує технології блокчейн для різних галузей. Він відомий своєюHyperledger Fabric,який використовується для побудови розподілених додатків для реєстрації на основі блокчейну за допомогою смарт-контрактів. Hyperledger забезпечує авторизований режим роботи, що означає, що лише обрані учасники можуть мати доступ до мережі, підвищуючи конфіденційність та таємницю. Також дозволяє зберігання даних реєстру в численних формах та розвиток відмінних журналів транзакцій через канали.

Corda

Corda - це відкрита платформа для управління юридичними контрактами та спільними даними між взаємодовірливими бізнесами, яка спочатку була створена для фінансових послуг. Відомо, що вона управляє складними транзакціями, дотримуючись строгих стандартів конфіденційності та безпеки. Домовленості Corda досягаються на рівні окремих транзакцій, а не системи в цілому. Відсутня власна валюта, і розробляється за допомогою стандартних інструментів галузі, що робить її відповідною для сучасних бізнес-транзакцій.

Майбутнє Substrate в розвитку блокчейну

Зростаючий спектр використання та успішні проекти, побудовані за допомогою Substrate, свідчать про те, що цей фреймворк має перспективне майбутнє. Завдяки його адаптивності та масштабованості, він є привабливою альтернативою для розробників, які мають на меті створення наступного покоління додатків блокчейн. По мірі розвитку технологій та зростання екосистеми Substrate буде на передовій інновацій у галузі блокчейну, сприяючи змінам та створюючи цінність у декількох галузях промисловості.

Виклики та умови в розробці Substrate

Хоча Substrate - це міцна та адаптивна платформа для розробки блокчейну, вона не без недоліків. Розуміння цих викликів та облікових записів є критичним для розробників, щоб успішно подолати та будувати проекти на основі Substrate. Цей розділ розглядає загальні проблеми, питання безпеки та проблеми продуктивності, надаючи уявлення про те, як ефективно вирішувати їх.

Крива навчання: Для розробників, які тільки починають з технологією блокчейну або мовою програмування Rust, крутизна кривої навчання може бути високою. Розширені можливості Substrate та синтаксис та парадигми Rust потребують значних зусиль та часу для вивчення.

Складність розробки блокчейну: Розробка блокчейну передбачає розуміння та інтеграцію різноманітних компонентів, таких як механізми консенсусу, моделі управління та логіка виконання. Складність збільшується з необхідністю забезпечення масштабованості, взаємодії та можливості оновлення, що ускладнює процес розробки.

Динаміка екосистеми:Швидкісна еволюція екосистеми блокчейн означає, що розробникам потрібно постійно оновлювати свої знання та навички. Утримання темпу з останніми тенденціями, інструментами та найкращими практиками в екосистемі Substrate є важливим, але може бути вимагаючим.

Питання безпеки та найкращі практики

Безпека є найважливішою у розробці блокчейну через незмінність та прозорість технології блокчейну. Деякі ключові питання безпеки для розробників Substrate включають:

Вразливості смарт-контрактів: Поки Substrate надає інструменти для створення безпечних смарт-контрактів, розробники повинні бути бджоли до потенційних вразливостей. Регулярні перевірки, ретельне тестування та дотримання найкращих практик у розробці смарт-контрактів є невід'ємними.

Безпека мережі:Забезпечення мережевої інфраструктури блокчейну має вирішальне значення. Це включає захист від поширених загроз, таких як атаки Сибіла, DDoS-атаки та атаки затемнення. Реалізація надійних мережевих протоколів та забезпечення безпеки вузлів є важливими.

Конфіденційність користувача: Забезпечення конфіденційності користувачів та транзакцій - важливе питання, особливо в громадських блокчейнах. Техніки, такі як шифрування, докази нульового знання та безпечне управління ключами, повинні бути використані.

Проблеми масштабування та продуктивності

Як із будь-якою блокчейн-платформою, Substrate стикається з викликами, пов'язаними з масштабуванням та продуктивністю:

Масштабованість:Обробка зростаючої кількості транзакцій без шкоди для швидкості або безпеки є ключовим викликом. Рішення, такі як шардування, обчислення поза ланцюжком та рішення масштабування рівня 2, досліджуються та інтегруються в екосистему Substrate.

Інтероперабельність:Забезпечення безшовної взаємодії з іншими блокчейнами та зовнішніми системами є важливим для більш широкого прийняття. Підтримка Substrate для взаємодії за допомогою Polkadot є кроком у цьому напрямку, але потрібен постійний розвиток.

Управління ресурсами: Ефективне управління ресурсами, як-от оптимальне використання сховища та обчислювальної потужності, має вирішальне значення для підтримки продуктивності блокчейну. Розробники Substrate повинні ефективно збалансувати ці ресурси для оптимізації продуктивності мережі.

Висновок

Підсумовуючи цей курс фреймворку Substrate, дуже важливо замислитися над нашою подорожжю. Ми почали з огляду основ блокчейн технології, заклавши основи для розуміння місця Substrate в блокчейн космосі. Потім ми поговорили про те, що робить Substrate таким унікальним та ефективним інструментом для розробки блокчейн, включаючи його історію, основні функції та переваги.

Індустрія блокчейн швидко змінюється. Слідкуйте за відповідними новинними сайтами, блогами та соціальними медіа-каналами, щоб бути в курсі останніх подій в Substrate та всьому світі блокчейну. Створюйте власні проекти, щоб використовувати свої знання. Почніть з простих додатків і перейдіть до складніших проектів по мірі зростання впевненості та навичок.