Технология блокчейн началась с создания Bitcoin в 2009 году неизвестным лицом (или группой), известным как Сатоши Накамото. Bitcoin представил миру децентрализованную цифровую валюту, которая функционирует без необходимости централизованного органа, такого как банк. Однако функциональность Bitcoin была ограничена финансовыми транзакциями. Дебют Ethereum в 2015 году отмечает огромное продвижение в технологии блокчейн, позволяя разработчикам использовать смарт-контракты для создания собственных децентрализованных приложений (DApps). Это открыло другие возможности помимо цифровых валют, такие как децентрализованные финансы (DeFi), управление цепочкой поставок и многое другое.

В то время как биткойн часто сравнивают с цифровым золотом, Эфириум часто сравнивают с цифровым мировым компьютером. С его запуском блокчейн был преобразован из финансового инструмента в более широкую платформу для децентрализованных решений. Этот прогресс заложил основу для фреймворка Substrate, который стремится увеличить потенциал технологии блокчейн, предоставляя разработчикам беспрецедентную гибкость и масштабируемость. Погружаясь в детали фреймворка Substrate в следующих модулях, вы увидите, как он преодолевает ограничения предыдущих технологий блокчейна, открывая целый новый мир возможностей.

Введение в фреймворк Substrate

Substrate - это революционная блокчейн-инновационная платформа, которая упрощает разработку и управление децентрализованными цифровыми реестрами. Substrate, созданный Parity Technologies, умы, стоящие за важной реализацией клиента Ethereum, отмечает прорыв в технологии блокчейн. Он предназначен для разработчиков, которые хотят создать свой собственный блокчейн, будь то новая монета, платформа для децентрализованных приложений или частный блокчейн для особых организационных потребностей.

Источник:

Substrate отличается тем, что он одновременно высокопроизводителен и удобен для пользователей. Он предоставляет инструменты и компоненты, необходимые для создания настраиваемого блокчейна с нуля или изменения существующего без необходимости изобретать велосипед. Эта адаптивность отличает Substrate от предыдущих блокчейн-платформ, которые часто заставляли разработчиков придерживаться жестких архитектур.

Происхождение Substrate можно проследить до развития Ethereum и более широких проблем, стоящих перед технологией блокчейн. Из-за ограничений Ethereum, в частности в части масштабируемости и управления, Parity Technologies представила более расширяемую платформу. Substrate, который был впервые представлен в 2018 году, был результатом этой концепции.

Substrate предоставляет модульную платформу, в которой различные компоненты блокчейна могут быть легко вставлены или заменены. Эта архитектура позволяет разработчикам сосредоточиться на уникальных элементах своих идей, а не на сложности технологии блокчейна.

• Модульность: Архитектура Substrate модульная, что означает, что она позволяет легко добавлять, удалять или изменять различные части блокчейна. Сюда входят механизмы консенсуса, модели управления и даже само выполнение.
• Взаимодействие: Substrate создан с учетом интеграции с Polkadot, что означает, что блокчейны, построенные с использованием Substrate, могут легко соединяться с другими блокчейнами в экосистеме Polkadot. Эта функция заложила основу для сети блокчейнов, или 'блокчейна блокчейнов', улучшая взаимодействие в мире блокчейнов.
• Настроенность: Substrate обеспечивает беспрецедентный уровень настраиваемости. Разработчики могут выбирать из готовых компонентов или создавать свои собственные, настраивая свой блокчейн под свои конкретные потребности.
• Upgradability: Одной из наиболее значимых особенностей Substrate является его способность к управлению on-chain и безвилковым обновлениям. Это означает, что изменения в блокчейне могут быть внесены без необходимости жесткого форка, процесс, который может быть разделяющим и рискованным.

• Язык программирования Rust:Substrate построен с использованием Rust, языка, известного своей производительностью и надежностью. Растущая популярность Rust, особенно в области системного программирования, делает Substrate перспективным выбором для разработчиков. Его продвинутые функции, такие как владение, безопасность типов и управление параллелизмом, делают его идеальным языком для создания надежной блокчейн-инфраструктуры.

   ```  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();      }      ```

В этом примере, а Транзакцияструктура определена с полями для отправителя, получателя и суммы. implблок определяет методы для создания новой транзакции и отображения ее деталей. основнойфункция создает экземпляр транзакции, а затем отображает ее детали.

Архитектура Substrate

Архитектура Substrate представляет собой сочетание инноваций и гибкости, созданное для удовлетворения различных потребностей разработчиков блокчейна. Она предлагает прочную архитектуру, которая оптимизирует процесс создания блокчейна с нуля. Дизайн Substrate отличается его модульностью, позволяющей разработчикам выбирать, настраивать и обновлять различные компоненты своей блокчейн-сети по мере необходимости. Основные компоненты Substrate следующие:

Runtime

Время выполнения является сердцем любого блокчейна, основанного на Substrate. Логика и правила блокчейна определяются здесь. Время выполнения отвечает за установку функций перехода состояния или за то, как меняется состояние блокчейна с каждым новым блоком. Время выполнения Substrate необычно тем, что оно компилируется в WebAssembly (Wasm), что позволяет блокчейну работать на различных аппаратных и программных системах без изменений.

Механизмы консенсуса

Консенсус необходим в блокчейне для обеспечения целостности и безопасности сети. Подложка предоставляет различные техники консенсуса, включая хорошо известные, такие как Proof of Work (PoW) и Proof of Stake (PoS), а также более уникальные альтернативы, такие как GRANDPA (GHOST-based Recursive Ancestor Deriving Prefix Agreement). Эта гибкость позволяет разработчикам выбирать метод, который лучше всего соответствует целям их сети, будь то скорость, энергоэффективность или безопасность.

Сетевые технологии

Сеть блокчейна столь же надежна, насколько ее узлы. Substrate обеспечивает мощные сетевые функции для обеспечения безопасного и эффективного общения между узлами. Он включает возможности, такие как обнаружение узлов, рассылка транзакций, распространение блоков и уведомление о завершении, все это необходимо для здоровой и надежной сети блокчейна.

Среда выполнения

'Бизнес-логика' вашего блокчейна хранится в рабочем времени Substrate. Это похоже на мозг операции. То, что отличает рабочее время Substrate, - это его способность к обновлению на лету без необходимости жесткого разделения. Это огромный шаг вперед, решающий одну из ключевых проблем технологии блокчейн. Обновления могут быть сделаны через демократический процесс управления, который обеспечивает согласие сообщества на модификации.

Поддоны

Поддоны являются основой времени выполнения Substrate, добавляющей специализированную функциональность к блокчейну. Считайте их аналогами плагинов или модулей в традиционной разработке программного обеспечения. Каждый поддон инкапсулирует набор функций или возможностей, таких как обработка токенов, управление идентификацией или реализация протокола управления.

Красота поддонов заключается в их модульности. Вы можете комбинировать эти поддоны, чтобы создать персонализированный блокчейн, который соответствует вашим точным требованиям. Такой модульный подход не только ускоряет разработку, но и гарантирует, что в ваш блокчейн включено только то, что необходимо, что делает его компактным и эффективным.

Создание с Substrate

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

Настройка среды разработки Substrate

Создание блокчейна с помощью Substrate начинается с настройки среды разработки, процесс, который был оптимизирован для удобства использования разработчиками. Substrate написан на Rust, языке программирования, известном своей безопасностью и эффективностью, что делает его отличным кандидатом для разработки блокчейнов. Для начала установите Rust на свой компьютер, а также необходимые зависимости и инструменты.

После установки Rust вам потребуется установить шаблон узла Substrate. Этот шаблон предоставляет предварительно настроенную отправную точку для разработки блокчейна на основе Substrate. Он предоставляет базовую настройку, а также образец модуля времени выполнения, позволяя разработчикам быстро запустить свой блокчейн-проект.

Создание вашего первого блокчейна на основе Substrate

При наличии среды разработки вы можете начать работу над собственным блокчейном. У вас будет базовая структура для создания и настройки с использованием шаблона узла Substrate. Процедура включает в себя следующие шаги:

Определение логики выполнения времени:Рантайм - это место, где вы определите уникальные правила и логику вашего блокчейна. Чтобы добавить другие функции, вы можете изменить существующий образец модуля времени выполнения или создать новые. Здесь вы решите такие вопросы, как токеномика, системы управления и другие важные факторы для вашего блокчейна.

Добавление палет: Модульная конструкция Substrate прекрасно проявляется здесь. Вы можете улучшить возможности вашего блокчейна, интегрируя несколько паллетов. Независимо от того, нужны вам смарт-контракты, управление идентификацией или индивидуальные токены, вы можете использовать готовые паллеты из экосистемы Substrate или создать свои собственные.

Тестирование и развертывание:Substrate предоставляет инструменты тестирования и развертывания, которые помогут вам протестировать и устранить неполадки в вашем блокчейне. Вы можете использовать локальные тестовые сети, чтобы смоделировать, как будет работать ваш блокчейн на практике. Вы можете развернуть свой блокчейн, если вы довольны его функциональностью и производительностью.

Экосистема и сообщество Substrate

Фреймворк Substrate - это не просто набор инструментов для разработки блокчейна; его поддерживает обширная и разнообразная экосистема. Эта экосистема состоит из разнообразных проектов, инструментов, библиотек и ресурсов, которые взаимодействуют для поддержки и улучшения опыта использования Substrate. Экосистема жива и здорова, начиная от блокчейн-проектов, разработанных с использованием Substrate, и заканчивая другими инициативами, поддерживаемыми сообществом. Ниже приведены важные компоненты экосистемы Substrate:

Polkadot, созданный тем же коллективом, что и Substrate, является многоцепным сетевым протоколом, который позволяет различным блокчейнам обмениваться сообщениями и ценностями в доверительном режиме. Блокчейны, основанные на Substrate, могут легко подключаться к Polkadot для использования общей сетевой безопасности и функций взаимодействия. Kusama, также известная как дочерняя сеть Polkadot, предоставляет аналогичное окружение с более быстрым процессом управления, что делает ее площадкой для экспериментов и рисков.

Экосистема переполнена инструментами разработчика и библиотеками, которые упрощают создание и взаимодействие с блокчейнами, основанными на Substrate. Разработчики могут использовать такие инструменты, как Substrate Developer Hub, Polkadot JS и Subscan, для создания, тестирования и развертывания своих блокчейн-проектов.

Сообщество Substrate - это живая и дружелюбная группа разработчиков, энтузиастов и организаций. Платформы для сотрудничества, обмена знаниями и поддержки включают онлайн-форумы, каналы Discord и местные встречи.

Роль сообщества Substrate в развитии блокчейна

Сообщество Substrate имеет ключевое значение для дальнейшего роста и усовершенствования фреймворка Substrate. Такой коллективный подход способствует инновациям и гарантирует, что фреймворк развивается, чтобы удовлетворить потребности пользователей. Ниже приведены важные характеристики участия сообщества:

Вклад в кодовую базу:Разработчики со всего мира вносят свой вклад в открытую кодовую базу Substrate, улучшая ее функциональность и надежность. Эти вклады варьируются от исправлений ошибок и улучшения функций до разработки совершенно новых палитр и инструментов.

Предоставление знаний и сотрудничество:Через форумы, мастерские и онлайн-обсуждения сообщество делится своими идеями, лучшими практиками и решениями общих проблем. Эта совместная среда ускоряет обучение и помогает новым разработчикам преодолеть первоначальные трудности разработки блокчейна.

Обратная связь и улучшение:Обратная связь сообщества является неотъемлемой частью итерационного улучшения Substrate. Опыт пользователей, предложения и критика направляют развитие фреймворка, обеспечивая его актуальность и удобство использования.

Ресурсы и поддержка для разработчиков

Разработчикам, желающим начать свой путь с Substrate, доступны множество ресурсов и сетей поддержки:

• Центр разработчиков Substrate: Комплексный ресурс, предлагающий документацию, учебники и справочные материалы по разработке Substrate.
• Мастер-классы и вебинары:Регулярно проводимые образовательные мероприятия предоставляют практический опыт и понимание от опытных разработчиков блокчейна.
• Онлайн-форумы и чат-каналы:Платформы, такие как Stack Overflow, технический чат Substrate в Element и Reddit предоставляют возможность получить совет, обсудить идеи и связаться с широким сообществом.

Применение и реальные приложения Substrate

Substrate, с его адаптивной и мощной структурой, является не просто теоретическим конструктом; у него есть практические применения в различных секторах. Этот модуль углубляется в реальные случаи использования Substrate, демонстрируя, как он используется для создания новаторских, эффективных и масштабируемых решений. Substrate является крупным изменителем в развитии блокчейна, от денег до игр.

Полкадот

Ретрансляционная цепочка, которая отвечает за администрирование сети, получение консенсуса и выполнение транзакций, лежит в основе архитектуры Polkadot. Парачейны — это параллельные цепочки, созданные пользователем, которые работают вместе с ретрансляционной цепочкой, используя инфраструктуру Polkadot для большей функциональности и эффективности. Polkadot использует алгоритм консенсуса Proof-of-Stake, который был номинирован. Слепое назначение для расширения блокчейна (BABE), производное от протокола Ouroboros, является основой безопасности и децентрализации сети. Сеть включает в себя мосты, которые соединяются с другими блокчейнами, обеспечивая передачу данных и способствуя взаимодействию. Парапотоки работают аналогично парачейнам, но с оплатой по мере использования, что делает их более экономичным решением для менее частых взаимодействий с блокчейном.

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

Kusama

Kusama задумана как эволюционная сеть для тестирования и проверки новых функциональностей блокчейна. Она построена на подложке, аналогичной Polkadot. Она работает на более быстрой скорости, с улучшенными параметрами управления, что позволяет более быстрые обновления и процессы управления. Kusama использует технологию двойного блокчейна, с основной сетью (ретрансляционной цепью), координирующей операции системы, и уникальными парачейнами, работающими на разных блокчейнах. Эта топология улучшает масштабируемость и совместимость сети. KSM используется в качестве токена управления для обновлений протокола, оплаты услуг через парачейны и стейкинга валидаторами для защиты сети. Пегинг для новых парачейнов также поддерживается монетой KSM.

Энергетическая сеть

Сеть Energy Web (EWC) - это общедоступный блокчейн с подтверждением полномочий на основе технологии Ethereum. Она работает как основной уровень доверия, обеспечивая децентрализованные идентификаторы, верификацию на цепочке и выполнение смарт-контрактов. Данные в каждом блоке EWC неизменны, и каждый блок криптографически связан с предыдущим, обеспечивая безопасность и целостность. Смарт-контракты - это действия на цепочке, автоматизированные кодом, который самовыполняется при определенных условиях.

Acala Network

Безопасность Acala усиливается назначенными валидаторами Proof of Stake Polkadot, которые изначально были предложены в качестве сети с подтверждением авторитета. Сеть была улучшена несколькими способами, включая добавление переводов DOT с Polkadot и запуск своих собственных токенов, ACA и LCDOT. Acala приняла децентрализованный подход к управлению, который позволяет проводить публичные референдумы и управление советом. Эта система дает держателям токенов право голоса в развитии сети и принятии решений в будущем. Теперь сеть поддерживает стейблкоин, функциональность обмена и ликвидное стейкинг. Эти возможности упрощают финансовые транзакции и управление активами в пространстве DeFi.

Потенциальные сферы применения в различных отраслях

Универсальность Substrate делает его подходящим для множества случаев использования в различных секторах:

• Финансы:Помимо DeFi, Substrate может использоваться для создания более традиционных финансовых приложений, таких как платежные системы, услуги по переводу денег и цифровые платформы управления активами.
• Управление цепочкой поставок: Substrate может повысить прозрачность и эффективность в цепочках поставок. Используя свои возможности блокчейна, компании могут отслеживать продукцию от производства до доставки, обеспечивая подлинность и качество.
• Здравоохранение:В здравоохранении Substrate может обеспечить безопасное и упрощенное управление данными пациентов, обеспечивая совместимость медицинских записей при соблюдении конфиденциальности и требований регулирования.
• Игры и развлечения: Игровая индустрия может получить выгоду от Substrate через создание децентрализованных игровых платформ и внутриигровых экономик, предлагая игрокам истинное владение игровыми активами.

Сравнительный анализ Substrate с другими фреймворками

Как блокчейн-фреймворк, Substrate обладает несколькими отличительными преимуществами по сравнению с другими популярными блокчейн-фреймворками, такими как Ethereum, Hyperledger и Corda. Вот сравнение, чтобы понять, почему Substrate предпочтительнее этих фреймворков:

Substrate

Substrate отличается модульной архитектурой, сравнимой с Hyperledger Fabric, но предоставляет дополнительные инструменты и упрощает создание более сложных приложений. Его экосистема предлагает готовые инструменты, позволяющие разработчикам сосредоточиться на логике приложения, а не на создании архитектуры для каждого шага программы. Благодаря использованию Rust, Substrate позволяет разрабатывать на любом языке, который компилируется в WebAssembly. Он не привержен определенной технике консенсуса, что позволяет ему переходить между ними без жесткого разделения, пока базовый слой остается постоянным.

Ethereum

Ethereum предназначен для использования в качестве открытой программы для децентрализованных приложений (dApps) и умных контрактов. Он работает в сети пиринга и не централизован, обеспечивая неизменность и защиту от взломов или мошеннических операций. Ethereum включает собственную монету, Эфир, и использует процесс консенсуса, в рамках которого все участники сети должны согласиться для завершения транзакции. Хотя такой пермиссионный стиль операции обеспечивает прозрачность, возникают проблемы с масштабируемостью и конфиденциальностью.

Hyperledger

Hyperledger - это совместный проект с открытым исходным кодом, возглавляемый Фондом Линукса, который поддерживает технологии блокчейн для различных отраслей. Он хорошо известен своимHyperledger Fabric,который используется для создания приложений распределенного реестра на основе блокчейна с использованием смарт-контрактов. Hyperledger предоставляет лицензионный режим работы, что означает, что только выбранные участники могут получить доступ к сети, повышая конфиденциальность и тайность. Он также позволяет хранить данные реестра в различных формах и разрабатывать отдельные журналы транзакций через каналы.

Corda

Corda - это открытая платформа для управления юридическими контрактами и обмена данными между взаимодоверенными предприятиями, которая изначально была создана для финансовых услуг. Она хорошо известна своей способностью управлять сложными транзакциями, соблюдая строгие стандарты конфиденциальности и безопасности. Согласование Corda достигается на уровне отдельных транзакций, а не на уровне всей системы. В ней нет встроенной валюты, и она разработана с использованием стандартных инструментов отрасли, что делает ее подходящей для современных бизнес-транзакций.

Будущее Substrate в развитии блокчейна

Расширяющийся спектр применения и успешные проекты, созданные с использованием Substrate, свидетельствуют о том, что у этой платформы перспективное будущее. Благодаря ее адаптивности и масштабируемости, она представляет собой привлекательную альтернативу для разработчиков, нацеленных на создание следующего поколения блокчейн-приложений. По мере развития технологий и роста экосистемы Substrate будет на передовой блокчейн-инноваций, стимулируя изменения и создавая ценность в нескольких отраслях.

Испытания и соображения в разработке Substrate

Пока Substrate является надежной и адаптивной платформой для разработки блокчейнов, она не без своих недостатков. Важно, чтобы разработчики полностью понимали эти проблемы и соображения, чтобы успешно преодолеть и создать проекты на основе Substrate. Этот раздел рассматривает распространенные проблемы, проблемы безопасности и проблемы производительности, предоставляя понимание того, как эффективно справляться с ними.

Кривая обучения: Для разработчиков, новых в области технологии блокчейн или Rust, кривая обучения может быть крутой. Продвинутые функции Substrate и синтаксис Rust требуют значительных затрат времени и усилий для освоения.

Сложность разработки блокчейна: Разработка блокчейна включает в себя понимание и интеграцию различных компонентов, таких как механизмы консенсуса, модели управления и логика выполнения. Сложность возрастает с необходимостью обеспечения масштабируемости, совместимости и возможности обновления, что делает процесс разработки вызовом.

Динамика экосистемы:Быстрое развитие экосистемы блокчейна означает, что разработчикам нужно постоянно обновлять свои знания и навыки. Держать шаг с последними тенденциями, инструментами и лучшими практиками в экосистеме Substrate крайне важно, но может быть требовательным.

Рекомендации по безопасности и лучшие практики

Безопасность имеет первостепенное значение в разработке блокчейна из-за неизменяемой и прозрачной природы технологии блокчейн. Некоторые ключевые соображения по безопасности для разработчиков Substrate включают:

Уязвимости смарт-контрактов: Поскольку Substrate предоставляет инструменты для создания безопасных смарт-контрактов, разработчики должны быть бдительными по отношению к потенциальным уязвимостям. Регулярные проверки, тщательное тестирование и следование лучшим практикам в разработке смарт-контрактов являются необходимыми.

Безопасность сети:Обеспечение безопасности инфраструктуры сети блокчейна критично. Это включает защиту от распространенных угроз, таких как атаки Сибила, DDoS и экипировочные атаки. Внедрение надежных сетевых протоколов и поддержание безопасности узлов являются жизненно важными.

Конфиденциальность пользователя: Обеспечение конфиденциальности пользователей и транзакций является значительным обстоятельством, особенно в открытых блокчейнах. Техники, такие как шифрование, доказательства нулевого разглашения и безопасное управление ключами, должны быть использованы.

Проблемы масштабирования и производительности

Как и любая блокчейн-платформа, Substrate сталкивается с проблемами, связанными с масштабированием и производительностью:

Масштабируемость:Одним из ключевых вызовов является обработка растущего количества транзакций без ущерба скорости или безопасности. Решения, такие как шардинг, внелановые вычисления и масштабируемые решения уровня-2, исследуются и интегрируются в экосистему Substrate.

Взаимодействие:Гарантирование беспрепятственного взаимодействия с другими блокчейнами и внешними системами является ключевым для более широкого принятия. Нативная поддержка Substrate для взаимодействия через Polkadot — это шаг в этом направлении, но требуется непрерывное развитие.

Управление ресурсами:Эффективное управление ресурсами, такое как оптимальное использование хранилища и вычислительной мощности, критично для поддержания производительности блокчейна. Разработчикам Substrate необходимо эффективно балансировать эти ресурсы для оптимизации сетевой производительности.

Вывод

По завершении этого курса по фреймворку Substrate крайне важно взглянуть на наш путь. Мы начали с обзора основ блокчейн-технологий, заложив основы для понимания места Substrate в космосе блокчейна. Затем мы говорили о том, что делает Substrate таким уникальным и эффективным инструментом для разработки блокчейна, включая его историю, основные особенности и преимущества.

Индустрия блокчейн быстро меняется. Следите за актуальными новостными сайтами, блогами и социальными медиа-каналами, чтобы быть в курсе последних событий в области Substrate и всего мира блокчейн. Создавайте собственные проекты, чтобы применить свои знания на практике. Начните с простых приложений и переходите к более сложным проектам по мере роста уверенности и навыков.