分分钟发链的背后，Substrate技术框架能否开启跨链时代

在今天的Web3峰会上，前以太坊联合创始人，现Polkadot（波卡）链创始人Gavin Wood通过一台全新的Mac电脑，在15分钟内开发了一条全新的区块链，可谓惊艳四座。而其用到的，正是被Parity公司称为Substrate的一种技术方案。

如果你关注Polkadot的开发进展，你可能会多次看到“Substrate”这个词。它是Polkadot项目的重要组成部分，但网络上有关它的信息，是非常有限的。它并没有出现在Polkadot的白皮书或者黄皮书当中，而关于它的规范说明书正在不断地被修改和完善。从较高的层面上来看，Substrate是用于创建密码货币和其它去中心化系统的一种新框架。

根据Parity Technologies公司软件开发者Jack Fransham 撰写的《什么是Substrate？》这篇文章，我们可以得到以下这些信息：

虽然Polkadot是使用Substrate构建的，但Substrate并不只属于Polkadot，任何项目方或个体都可以通过Substrate来构建自己的区块链，这不需要等待Polkadot的完成，你甚至无需发布概念验证，就可以开始使用该框架来开发区块链。而等到Polkadot主网上线之后，这些通过Substrate构建的区块链，都可以无缝地和Polkadot链进行交互。

那Substrate到底属于什么呢？你可以将其视为Express应用程序框架，或者另一个Web应用框架，但它是用于构建分布式或去中心化系统的（例如密码货币或消息总线（Message Bus））。正如大多数Web应用不需要重新实现自己的HTTP版本一样，Polkadot团队认为，大家都从头开始构建网络和共识代码，是一件非常浪费精力的事。如果你想使用Substrate来构建一个新项目，你所要做的，就是在你的代码中实施非常少量的hooks函数，然后你就可以免费获得：

1. 共识，终结性和区块投票逻辑。即使你并不是在构建一个密码货币，这也是可取的，这意味着你可以免费获得拜占庭容错共识。因此，即使系统中的部分节点被攻破了，或者转为了恶意节点，系统也能够继续正常工作；
2. 一个高效的、确定性的沙盒WebAssembly runtime（应用的运行环境），它可用于运行智能合约，甚至运行其它基于Substrate的项目。你不需要使用WebAssembly，当然，你也可以编写自己的虚拟机解释器，但Polkadot团队坚信使用WebAssembly runtime的好处，这样做你就可以利用全球开发社区为其创建的各种工具；
3. 能够在浏览器中无缝运行节点，它可与任何桌面或云节点进行通信；
4. 跨平台的数据库和文件存储抽象，甚至它可以在浏览器中运作;
5. 无缝客户端更新，任何可能影响共识的更新，都是通过将代码编译到WebAssembly，并将其部署为网络上的另一条消息来处理的。不仅如此，你还可以存储自己希望的多版本的共识代码，并且Substrate将处理相关复杂性，确保正在执行的本机代码与当前部署的WebAssembly代码保持一致。
6. 当Polkadot网络正式上线时，你可以立即将自己的项目与Polkadot网络无缝对接……

而对于私密交易的区块链实现而言，想要通过Substrate框架进行构建可能会更复杂。此外，截至目前，该技术方案的很多技术名称都没有定稿，所以你会在不同的地方看到不同版本的说法。但这里有一些简单的关于你需要实现什么，才能启动并运行一个完整的区块链：

（1）、一个根据前一区块头来创建新等待区块的函数，这个区块头包含：

1. 区块高度；
2. 对区块状态的”加密承诺“，这对于验证区块是否正确的轻客户端而言，是非常重要的。加密承诺与哈希具有相同的作用，你无法在不使承诺失效的情况下更改状态；
3. 对区块体内所有外在因素的加密承诺，防止外在因素被改变；
4. 区块的父级哈希值；
5. 一些额外的任意数据，这类数据的一个用例是用于客户端更新，因为轻客户端仅同步区块头信息，如果要更新它们，就不能以一种外部的方式实现更新，否则轻客户端就不会接受它们；

（2）、一种将外部数据（例如交易）添加到等待区块的函数。它也会更新链的状态（例如，账户余额）；
（3）、获取等待区块，并从中生成完成区块（finished block）的函数，然后这些完成区块，就可以在整个网络中得到传播；
（4）、执行现有区块的一个函数，它是由全节点来负责运行的，它可以确认接收到的区块，在被接受之前是有效的。例如，在一个价值链中，你可以检查没有人尝试转移超过其余额的资金。

而这种设计的其中一个缺点在于，你必须手动确保在创建区块时完成状态转换，以及在执行现有区块同步时 完成状态转换。如果你不这样做，你可能会遇到共识问题！而在未来，这可能会发生一些变化，但在当前的实践当中，这不会是一个很大的问题，因为你可能会把外部执行委托给一个公共函数；

此外，你需要提供一个验证者集。这覆盖了权威证明（proof-of-authority）、权益证明（POS）以及委托权益证明（DPOS）链，但目前Polkadot团队无意在Substrate框架当中支持工作量证明（POW）链。

（Substrate简短规范，来源：https://www.parity.io/substrate/）

而从以上这些信息，我们不难看出，Polkadot团队是希望通过Substrate技术框架来为其跨链大业进行铺垫的，类似的跨链项目Cosmos也有这种设计，而Substrate的作用，类似于以太坊当前的ERC-20通证标准，只不过以前是人人发币，以后便是人人发链。

更多的资料：

Video: Gavin Wood presenting Substrate at Event Horizon 2018
Video: Rob Habermeier presenting Substrate at Truebit’s Berlin meetup