2009年，一位名化名爲中本聰 (Satoshi Nakamoto) 的匿名人士（或團體）創建了比特幣，帶來了區塊鏈技術。比特幣向世界介紹了一種去中心化的數字貨幣，這種貨幣無需銀行等中心化機構即可運行。然而，比特幣的功能僅限於金融交易。以太坊於2015年首次亮相，標志着區塊鏈技術的巨大進步，它允許開發人員使用智能合約創建自己的去中心化應用程式 (DApp)。這開闢了數字貨幣之外的其他機會，例如去中心化金融（DeFi）、供應鏈管理等等。

比特幣經常被視爲等同於數字黃金，而以太坊則常被比作數字世界計算機。區塊鏈推出後，它從一種金融工具轉變爲一個更廣泛的去中心化解決方案平台。這一進展爲 Substrate 框架奠定了基礎，該框架旨在通過爲開發人員提供前所未有的靈活性和可擴展性來提升區塊鏈技術的潛力。當我們在以下模塊中深入了解 Substrate 框架時，您將了解它是如何在克服先前區塊鏈技術限制的同時開闢一個充滿可能性的全新世界。

Substrate框架簡介

Substrate 是一個改變遊戲規則的區塊鏈創新框架，可以更輕鬆地開發和管理去中心化數字帳本。 Substrate 由 Parity Technologies（支持重要的以太坊客戶端實現的項目）創建，標志着區塊鏈技術的突破。它是爲想要創建自己的區塊鏈的開發人員而設計的，無論是新硬幣、去中心化應用程式的平台，還是滿足特殊組織需求的私有區塊鏈都能使用這一框架。

來源：

Substrate 的獨特之處在於它高度可定制且用戶友好。它提供了從零開始創建定制區塊鏈或更改現有區塊鏈所需的工具和組件，而無需重新發明系統。這種適應性將 Substrate 與之前的區塊鏈平台區分開來，使用後者的開發人員經常不得不採用僵化的架構。

Substrate 的起源可歸因於以太坊的發展以及區塊鏈技術面臨的更廣泛的問題。由於以太坊的局限性，特別是在可擴展性和治理方面的局限性，Parity Technologies 設想了一個更具可擴展性的框架。 2018年，Substrate 首次推出，是這一概念的最好體現。

Substrate 提供了一個模塊化框架，其中區塊鏈的不同組件可以輕鬆插入或換出。這種架構允許開發人員專注於創建他們想法的獨特元素，而不用處理區塊鏈技術所具有的復雜性。

• 模塊化：Substrate 的架構是模塊化的，這意味着它允許輕鬆添加、刪除或更改區塊鏈的各個部分。這包括共識機制、治理模型，甚至運行時本身。

• 互操作性：Substrate 在構建時考慮到了 Polkadot 集成，這意味着使用 Substrate 構建的區塊鏈可以輕鬆地與 Polkadot 生態系統中的其他區塊鏈連接。這一功能爲區塊鏈網路或“各區塊鏈的區塊鏈”創造了有利條件，增強了區塊鏈世界的互操作性。

• 可定制性：Substrate 提供了前所未有的可定制性。開發人員可以從預構建的組件中進行選擇，也可以創建自己的組件，根據自己的特定需求定制區塊鏈。
• 可升級性：Substrate 最重要的功能之一是其鏈上治理和無分叉升級的能力。這意味着它支持無需硬分叉即可對區塊鏈進行更改，要知道硬分叉可能會造成分裂且存在風險。

• Rust 編程語言：Substrate 使用 Rust 構建，Rust 是一種以其性能和安全性而聞名的語言。Rust 的日益普及，尤其是在系統編程領域，使 Substrate 成爲開發人員具有前瞻性的選擇。其先進的功能，如所有權、類型安全和並發管理，使其成爲可用於構建強大的區塊鏈基礎設施的理想編程語言。

  ```
  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();
           }
          ```
  

在以上代碼示例中，定義了一個 Transaction 結構體，其中包含發送者、接收者和金額的字段。impl塊定義了創建新事務並顯示其詳細信息的方法。 main 函數創建一個 Transaction 實例，然後顯示其詳細信息。

Substrate的架構

Substrate 的架構兼具創新和靈活性，能滿足區塊鏈開發人員的不同需求。它提供了一個強大的架構，可以精簡自下而上創建區塊鏈的過程。Substrate 的設計具有模塊化特色，允許開發人員根據需要選擇、定制和升級其區塊鏈網路的各種組件。它的主要組成元素如下：

運行時

運行時是任何基於 Substrate 的區塊鏈的核心。區塊鏈的邏輯和規則在這裏定義。運行時負責建立狀態轉換函數或區塊鏈的狀態如何隨着每個新塊而變化。Substrate 的運行時是不同尋常的，這在於它被編譯爲 WebAssembly（Wasm），允許區塊鏈無需更改即可在各種硬件和軟件系統上運行。

共識機制

在區塊鏈中，共識至關重要，能確保網路的完整性和安全性。該底層機制提供了多種共識技術，包括大家熟知的工作量證明（PoW）和權益證明（PoS）等，以及更獨特的替代方案，例如GRANDPA（基於GHOST的遞歸原型派生前綴協議）。這種靈活性使開發人員能夠選擇最能滿足其網路目標的方法，無論他們優先考慮速度、能源效率還是安全性。

網路狀態

區塊鏈網路的穩健性取決於其節點。Substrate 提供了強大的網路功能，以實現節點之間安全高效的通信。它包含節點發現、交易八卦、區塊傳播和最終通知等功能，所有這些都是健康、強大的區塊鏈網路狀態所必需的。

運行時環境

區塊鏈的“業務邏輯”存儲在 Substrate 的運行時中。它類似於運行的大腦。Substrate 運行時很獨特，這是因爲它具有支持無需硬分叉即可動態升級的能力。這是很大的進步，解決了區塊鏈技術的關鍵問題之一。升級可以通過民主治理流程來完成，確保修改得到社區的同意。

托盤（Pallet）

托盤是 Substrate 運行時的基礎，它爲區塊鏈添加了專門的功能。可將它們視爲類似於傳統軟件開發中的插件或模塊。每個托盤都封裝了一組特性或功能，例如代幣處理、身分管理或治理協議實現等。

托盤的美妙之處在於它們是模塊化的。您可以組合這些托盤來創建滿足您具體要求的個性化區塊鏈。這種模塊化方法不僅可以加快開發速度，還可以確保您只包含區塊鏈所需的內容，從而打造精簡而高效的鏈。

使用Substrate進行構建

來源：https://docs.substrate.io/learn/welcome-to-substrate/

設置Substrate開發環境

要使用 Substrate 構建區塊鏈，首先要配置開發環境，這一環境已經過優化，可以讓開發人員更輕鬆地使用。Substrate 採用 Rust 語言編寫，Rust 是一種以其安全性和效率而聞名的編程語言，它因此而成爲區塊鏈開發的絕佳候選者。首先，在您的 PC 上安裝 Rust 以及必要的依賴項和工具鏈。

安裝 Rust 後，您需要安裝 Substrate 節點模板。該模板爲開發基於 Substrate 的區塊鏈提供了預先配置的起點。它提供了基本設置以及運行時模塊樣例，讓開發人員能夠快速啓動並運行他們的區塊鏈項目。

創建您的第一個基於Substrate的區塊鏈

開發環境設置就緒後，您就可以開始開發自己的區塊鏈了。您將擁有基本結構，可使用 Substrate 節點模板進行創建和調整。該過程大致遵循以下步驟：

定義運行時邏輯：運行時是您定義區塊鏈的獨特規則和邏輯的地方。要添加其他功能，您可以更改現有運行時模塊樣例或創建新模塊。在此處，您可以選擇代幣經濟學、治理系統以及區塊鏈的其他基本因素等事項。

添加托盤：Substrate 的模塊化設計在這裏大有作用。您可以通過合並多個托盤來提高區塊鏈的功能。無論您想要智能合約、身分管理還是定制代幣，您都可以利用 Substrate 生態系統中的預構建托盤或創建自己的托盤。

測試和部署：Substrate 提供測試和部署工具，以幫助您測試區塊鏈並排除故障。您可以利用本地測試網絡來模擬您的區塊鏈在實踐中的工作方式。如果滿意其功能和性能，則可以部署區塊鏈。

Substrate 的生態系統和社區

Substrate 框架不僅僅是一組區塊鏈開發工具；它還得到了龐大且多元化的生態系統的支持。該生態系統由一系列不同的項目、工具、庫和資源組成，它們共同支持和改善 Substrate 體驗。從使用 Substrate 開發的區塊鏈項目到其他社區驅動的計劃，該生態系統仍然充滿活力。以下是 Substrate 生態系統的重要組成部分：

Polkadot 由創建 Substrate 的同一團隊創建。它是一個多鏈網路，允許不同的區塊鏈以去信任的方式交換消息和價值。基於 Substrate 的區塊鏈可以簡單地連接到 Polkadot，以利用該網路的共享安全性和互操作性功能。Kusama，也被稱爲 Polkadot 的金絲雀網絡，提供了類似的設置和更快的治理流程，使其成爲冒險的遊樂場。

該生態系統有各種開發人員工具和庫，可讓開發人員更輕鬆地構建基於 Substrate 的區塊鏈並與之交互。開發人員可以使用 Substrate Developer Hub、Polkadot JS 和 Subscan 等工具來創建、測試和部署他們的區塊鏈項目。

Substrate 社區由充滿活力、熱情好客的開發者、愛好者和組織團體組成。它是合作、知識共享的平台，是爲在線論壇、Discord 頻道和本地聚會提供支持的平台。

Substrate 社區在區塊鏈開發中的作用

Substrate 社區扮演着至關重要的角色，能促進Substrate 框架持續發展並得到增強。這種協作方法鼓勵創新並保證框架不斷發展以滿足用戶的需求。以下是社區參與做出的重要貢獻：

對代碼庫的貢獻：來自世界各地的開發人員爲 Substrate 的開源代碼庫做出了貢獻，增強了其功能和穩健性。這些貢獻範圍從錯誤修復和功能增強到全新托盤和工具的開發。

知識共享和協作：通過論壇、研討會和在線討論等方式，社區分享見解、最佳實踐和常見挑戰的解決方案。這種協作環境可以加速學習並幫助新開發人員克服在區塊鏈開發過程中遇到的初始障礙。

反饋和改進：社區反饋是 Substrate 迭代改進不可或缺的一部分。用戶的體驗、建議和批評爲框架的開發提供指導，確保其保持相關性並是人性化的。

爲開發人員提供的資源和支持

對於想要使用 Substrate 開啓開發之旅的開發人員來說，有豐富的資源和支持網路可使用：

• Substrate 開發人員中心：提供 Substrate 開發文檔、教程和參考資料等綜合資源。
• 研討會和網路研討會：定期舉辦的教育活動提供由經驗豐富的區塊鏈開發人員分享的實踐經驗和見解。
• 在線論壇和聊天渠道：Stack Overflow、Element 上的 Substrate 技術聊天空間和 Reddit 等平台提供了尋求建議、討論想法以及與更廣泛社區聯系的場所。

Substrate 的用例和實際應用

Substrate 適應性強且具有功能強大的結構，它不僅僅是一個理論構建，而且在各個領域都有實際應用。該模塊深入研究現實世界的 Substrate 用例，展示如何使用它來創建創造性、高效且可擴展的解決方案。 Substrate 是區塊鏈開發（從貨幣到遊戲）的重大變革者。

Polkadot

中繼鏈負責網路管理、獲得共識和執行交易，是 Polkadot 架構的核心。平行鏈是用戶創建的並行鏈，與中繼鏈一起運行，利用 Polkadot 的基礎設施來實現更強大的功能和效率。 Polkadot 採用了已被提名的權益證明共識算法。區塊鏈擴展盲分配（BABE）源自 Ouroboros 協議，是網路安全和去中心化的基礎。該網路包括連接到其他區塊鏈的橋梁，支持數據傳輸並促進互操作性。平行線程的工作原理與平行鏈類似，但採用按需付費的方式。因此，對於不太頻繁的區塊鏈交互而言，平行線程是更具成本效益的解決方案。

來源：https://cointelegraph.com/learn/the-polkadot-architecture-and-introduction-to-the-substrate-infrastructure

Kusama

Kusama 是一個用於測試和審核新區塊鏈功能的迭代網路。它建立在類似於 Polkadot 的基底上。它的運行速度更快，並具有改進的控制參數，可以加快更新和治理流程。Kusama 採用雙區塊鏈技術，主網絡（中繼鏈）協調系統操作，獨特的平行鏈運行不同的區塊鏈。這種拓撲結構提高了網路的可擴展性和互操作性。KSM 被用作治理代幣，用於協議更新、通過平行鏈支付服務費用以及由驗證者進行質押以保護網路。KSM 幣也支持掛鉤新的平行鏈。

Energy Web Chain

Energy Web Chain（EWC）是一條基於以太坊技術的、具有權威證明的公共區塊鏈。它作爲核心信任層運行，支持去中心化身份、鏈上驗證和智能合約執行。每個 EWC 塊中的數據都是不可變的，每個塊都以加密方式與其前一個區塊連接，以確保網路的安全性和完整性。智能合約是鏈上操作，由代幣執行，這些代幣在特定條件下自動執行。

Acala 網路

Polkadot 指定的權益證明驗證者增強了 Acala 的安全性，該驗證者最初是作爲權威證明網路提供的。該網路通過多種方式進行了升級，包括增加 Polkadot 的 DOT 轉帳以及推出其原生代幣 ACA 和 LCDOT。Acala 採用了去中心化的治理方法，支持公衆投票和理事會治理。該系統讓代幣持有者可就網路未來如何發展和決策進行投票。該網路現在支持穩定幣、交換功能和流動性質押。有了這些功，DeFi 領域的金融交易和資產管理變得更加容易。

不同行業的潛在用例

Substrate 的多功能性使其適用於多個領域的多項用例：

• 金融：除了 DeFi 之外，Substrate 還可用於創建更傳統的金融應用，例如支付系統、匯款服務和數字資產管理平台。

• 供應鏈管理：Substrate 可以提高供應鏈的透明度和效率。通過利用其區塊鏈功能，公司可以跟蹤產品從制造到交付的整個過程，確保產品的真實性和質量。

• 醫療保健：在醫療保健領域，Substrate 可以保護並簡化患者數據管理，實現可互操作的健康記錄，同時保持隱私並遵守法規。
• 遊戲和娛樂：遊戲行業可通過創建去中心化遊戲平台和遊戲經濟體從 Substrate 中受益，爲玩家提供遊戲資產的真正所有權。

Substrate與其他框架的對比分析

Substrate 區塊鏈框架與以太坊、Hyperledger 和 Corda 等其他流行的區塊鏈框架相比，具有幾個顯着的優勢。下面通過比較來了解爲什麼 Substrate 比這些框架更受青睞：

Substrate

Substrate 以其模塊化架構而聞名，與 Hyperledger Fabric 相當，但它提供了額外的工具並有助於構建更加復雜的應用程序。其生態系統提供現成的工具，使開發人員能夠專注於應用程序邏輯，而不是爲每個程序步驟構建架構。由於它使用的是 Rust 編程語言，Substrate 允許使用任何編譯爲 WebAssembly 的語言進行開發。它不訂閱某種共識技術，而是只要確保核心層保持不變，就可以在它們之間進行轉換而無需硬分叉。

以太坊

以太坊旨在成爲去中心化應用程式（dApps）和智能合約的開放軟件程序。它在點對點網路上運行，並且不非中性化的，提供了針對黑客或欺詐操作的不變性和安全性。以太坊包含自己的貨幣以太幣，並採用了共識流程，其中交易的完成必須經所有網路參與者同意。盡管這種非許可的操作方式提供了透明度，但它引發了可擴展性和隱私方面的問題。

Hyperledger

Hyperledger是由Linux基金會領銜的項目，支持跨行業區塊鏈技術的開源協作。它以Hyperledger Fabric聞名，Hyperledger Fabric用於使用智能合約構建基於區塊鏈的分布式帳本應用程序。Hyperledger 提供了一種許可的操作模式，這意味着只有選定的成員才能訪問網路，從而提高了隱私性和保密性。它還允許以多種形式存儲帳​​本數據，並通過不同渠道開發不同的交易帳本。

Corda

Corda 是一個開源平台，最初是爲金融服務而創建的。它用於管理相互信任的企業之間的法律合同和共享數據。它能管理復雜交易同時維護嚴格的隱私和安全標準，因此而聞名。Corda的共識是在單個交易層面而不是整個系統層面達成的。它沒有原生貨幣，並使用行業標準工具開發，使其適合現代商業交易。

區塊鏈開發中 Substrate 的未來

使用 Substrate 構建的用例和成功項目的範圍不斷擴大，表明該框架前景廣闊。由於其適應性和可擴展性，對於旨在創建下一代區塊鏈應用程序的開發人員來說，它是一個有吸引力的替代方案。隨着技術和生態系統的發展，Substrate 將成爲區塊鏈創新的先鋒，推動多個行業實現變革並創造價值。

Substrate開發的挑戰和考慮因素

雖然 Substrate 是一個強大且適應性強的區塊鏈開發平台，但它並非沒有短板。了解這些挑戰和注意事項對於開發人員成功遍歷和構建基於 Substrate 的項目至關重要。本節深入探討常見問題、安全問題和性能問題，並就關如何有效處理這些問題發表觀點。

學習曲線：對於剛接觸區塊鏈技術或 Rust 語言的開發人員來說，可能要面臨十分陡峭的學習曲線。他們可能需要投入大量時間和精力才能掌握Substrate 的高級功能以及 Rust 的語法和範式。

區塊鏈開發的復雜性：開發區塊鏈需要理解和集成各種組件，如共識機制、治理模型和運行時邏輯。對可擴展性、互操作性和可升級性的需求增加也讓開發變得更加復雜，這使得開發過程充滿挑戰。

生態系統動態：區塊鏈生態系統的快速發展意味着開發者需要不斷更新他們的知識和技能。因此，重要的是要跟上 Substrate 生態系統的最新趨勢、工具和最佳實踐，但這是費時費力的。

安全注意事項和最佳實踐

由於區塊鏈技術的不可變性和透明性，安全性在區塊鏈開發中至關重要。Substrate 開發人員需要關注的一些重要安全注意事項包括：

智能合約漏洞：雖然 Substrate 提供了創建安全智能合約的工具，但開發人員必須對潛在的漏洞保持警惕。要進行定期審核、全面測試，並遵循智能合約開發中的最佳實踐，這一點至關重要。

網路安全：保護區塊鏈的網路基礎設施至關重要。這包括防範 Sybil 攻擊、DDoS 攻擊和 Eclipse 攻擊等常見威脅。實施強大的網路協議和維護節點安全至關重要。

用戶隱私：確保用戶和交易的隱私是一個重要的考慮因素，尤其是在公共區塊鏈中。應採用加密、零知識證明和安全密鑰管理等技術。

擴展和性能問題

與任何區塊鏈平台一樣，Substrate 也面臨着與擴展和性能相關的挑戰：

可擴展性：要向處理越來越多的交易而又不影響速度或安全性，這是一項重大挑戰。分片、鏈下計算和第2層擴展解決方案等解決方案正在探索並集成到 Substrate 生態系統中。

互操作性：要獲得更廣泛的採用，就要實現互操作性，這是確保與其他區塊鏈和外部系統無縫交互的重要功能。Substrate 通過 Polkadot 實現了對互操作性的原生支持，這是朝實現互操作性的方向邁出的一步，但需要持續開發。

資源管理：高效的資源管理，例如優化對存儲和計算能力的使用，對於維持區塊鏈性能至關重要。Substrate 開發人員需要有效平衡這些資源以優化網路性能。

結語

本文對 Substrate 框架的探討接近尾聲，接下來讓們反思我們的以上思考的內容。首先，我們回顧了區塊鏈技術的基礎知識，爲理解 Substrate 在區塊鏈中的地位奠定了基礎。然後，我們討論了 Substrate 爲何成爲如此獨特且有效的工具，爲區塊鏈開發助力，還了解了它的歷史、基本功能和優勢。

區塊鏈行業正在迅速變化。關注相關新聞網站、博客和社交媒體渠道，了解 Substrate 和更大的區塊鏈世界的最新發展。此外，您也可以構建您自己的項目來運用您的知識。從簡單的應用程序開始，隨着您的信心和技能的增長，然後逐步發展到構建更復雜的項目。