摘要： Polkadot波卡一键发链，如何用Substrate来构建区块链？

上一篇文章我们讲述了Polkadot波卡的创始人以及区块链技术Polkadot。

如果你关注了 Polkadot 的进展状况，你可能会经常看到“Substrate”这个词。它是 Polkadot 项目的重要组成部分。

贝数区块链觉得，如果没有跨链技术，搭建在以太坊的区块链根本无法调取其他区块链的数据也就无法运行智能合约，同样无法实现跨链转账。封闭的区块链本质上不是去中心化，只有实现跨链，整个区块链网络形成的互联网才是真正的区块链。换言之，没有跨链技术，区块链不可能全面应用于生活。

Substrate：最好的区块链搭建工具

Substrate也是一个来自Polkadot的项目，一个拥有许多可互操作区块链的更大的视野。Substrate不仅助力区块链的搭建、也能搭建所有连接到公共网络的所有区块链。Substrate希望在未来能成为区块链创新者的绝对最佳平台，也是任何正在考虑构建区块链的人的自然选择。

为了有效地为波卡生态系统构建许多不同（异构）的区块链，Parity的开发人员将构建区块链所需的所有功能放入名为 Substrate 的框架中，这个想法是在把所有在以太坊和比特币开发过程中学到的东西，尽可能地用来简单轻松地去创建一个区块链。

Substrate 不是波卡。尽管 Substrate 可以为波卡非常容易地构建区块链，但波卡网络中的区块链不需要使用 Substrate 也可以。即使你不想把你的区块链连接到波卡，你依然会发现 Substrate 是一个非常好用的框架，它可以用来创建最先进的区块链。

2019年3月，在纽约的Consensus大会上，Polymath宣布了一个底层区块链的开发工作。该区块链名叫Polymesh，是一个从头开始设计的公链。该公链将赋能合规的通证化资产并改变我们对规范市场中证券的思考。这个公链是基于Parity Substrate这一优秀的框架构建的。

Polymath能帮助人们更便捷地创建和管理证券型通证。平台简化了创建证券型通证的复杂技术，希望将数万亿美元级的金融证券市场带入区块链领域。

Substrate的核心理念是使区块链的状态转换功能（State Transition）的开发尽可能灵活和容易。该层称为“Substrate runtime”- 执行链逻辑的函数代码。Substrate内置构建区块链所需的所有核心组件分别是：数据库、联网、交易队列、共识。

Substrate runtime被划分为多个单独的逻辑组件 (logical components)，这些逻辑组件称为runtime模组。 模组可理解为整个搭建系统的“插件”。模组都预先安装在substrate里，在模组库里选择自己需要的就能导入到自己的区块链搭建框架里。

例如“余额”模组，用于管理链的币种； 例如“民主”和“选举”，用于设定决策和治理机制。再例如，“合同”模组，能一键将这条链的功能转换成智能合约平台。

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。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。

另一个Substrate的强大功能是它的无分叉升级。公链的治理和分叉使很多机构在拥抱区块链时产生顾虑。毕竟有争议的分叉会带来严重的风险，也会迫使机构花费资源设立风控小组去应对这一问题。

跨链项目有很多，凭什么认为波卡具有更大的优势？

Polkadot是自己提供记账账本，让全世界都用自己的账本，从而使得所有的区块链项目实现资产互换；波卡被连接的链叫平行链（对应于Zone），平行链主要负责数据的运算和交易信息的处理。通过多条平行链，就可以完成区块链的横向扩展，也就是解决区块链的性能问题。连接平行链的链叫中继链（对应于Hub），中继链是波卡（Polkadot）的一个中心，最主要的功能是验证各个平行链给出来的区块，并给出最终确定性的证明。

中继链：中继链负责维持各个平行链的共识，确认（拍板）各个区块的最终性，以及整个 Polkadot 的治理。

就好比是一个政务大厅的系统，连接着各个部门（平行链），各个部门负责把业务记录和办理，最终审核及确认业务以及传递信息到其他部门都是交给政务大厅来处理的。

平行链：平行链是独立而平等的区块链生态。与一般的区块链不同的是，区块的确认和生态的治理都交给中继链来完成了。

就好比之前政务大厅的例子，平行链是各个部门，他们都有各自不同的功能，但是他们没有必要每个部门单独做一套系统，他们直接用政务大厅的系统就行了（中继链确保各个平行链的共识统一）。只不过这套系统是去中心化的。

转接桥：转接桥是一种特殊的平行链，作用是将现存的一些不能直连的链接入中继链。

桥就是转换器，好比 Polkadot 是苹果系统，它的连接线也是苹果系统的接口，而其他的链就好比是安卓的设备，是 usb3.0的接口，要想连接到 Polkadot 上，就需要一个苹果-安卓转换头才能连上，而这个转换头就是桥。

波卡连接了从通用链到特定应用链的一系列区块链，以创建支持更高级应用程序的平台。一些利用跨链任意消息传递的此类高级应用程序的示例：

1.将现实世界的数据上链的预言机（Oracle）服务

2.在多个应用程序中链接用户身份的身份管理系统

3.去中心化交易所的 order books 和托管

4.从其他网络或控制器接收消息的物联网（IoT）网络

5.跨链智能合约通话

6.私有链和公有链之间的消息传递

平行链 （parachain）的作用

平行链的主要目的是开发具体的实用性功能。因为共识、治理和消息路由都由中继链支配了。所以平行链运行会非常的简单和安全。只需要专注于自己想要开发的业务功能而开发。

比如 ChainX 平行链就只需要和现在运行的 ChainX 链双方做轻节点跨链， 就可以把 ChainX 中对接过的任何数字货币跨到 Polkadot生态，供 Polkadot 生态中的任意平行链使用。

中继链（Relay Chain）的作用 :

1.整个 Polkadot 共识的管理：

Polkadot 中的所有链（包括中继链和平行链）的共识节点都是由 中继链 统一管理分配和调度。平行链只需要通过固定接口向中继链注册信息，中继链审核确认后，就可以随机分配一部分共识节点给该平行链，来维护该平行链的安全。

2.Polkadot 中消息通信的路由：

中继链会管理全局平行链的路由表， 以便各个平行链之间的消息可以互相串通。

3.全局治理：

中继链是持币用户主要 staking 的对象，持币用户可以通过民主投票，参与整个 Polkadot 生态的治理。如 （系统升级，作恶惩罚）

Polkadot是如何解决扩展性的？

1. 一个主链可以挂各种平行链，平行链通过转接桥可以接进来。

2.平行链的安全性可以集中到主链中，形成一个安全池。

3.各个平行链之间可以通过中继链互相连通，包括智能合约的调用。

在 Polkadot 网络中共有两种不同的共识，分别为 GRANDPA和 BABE。之所以会有两种不同的共识是由于 Polkadot 采用了混合共识的方式。这里混合共识将区块的产生和区块的最终确定分离开来，其中BABE 共识用于区块的产生，GRANDPA 共识用于区块的确定。BABE是基于插槽的算法。它把时间分成几个时间段，每个时间段都分成多个时间间隙。在Polkadot中，我们目标区块的时间间隙时长为六秒钟。BABE将选择一个（或多个）作者在每个插槽中创建一个区块。

由GRANDPA来确定终端链和BABE来创建了新的区块。自从单个插槽可以有多个负责人，因此BABE的某些链就会产生分叉。

选择最佳延伸链的第一条规则很简单：BABE必须建立在GRANDPA最终确定的链上。这是使用GRANDPA的要求之一。

使用GRANDPA的第二个更微妙的要求是区块生产算法必须具有选择“最佳”链的方法。此属性导致BABE具有概率确定性（因此可以在不使用GRANDPA的情况下使用它）。

最好的链在BABE只是由原创者创建的最多区块的那条链。

Polkadot当前的目标是新一轮公募的筹备，新Westend测试网的调试，一个新的中继，新的实验场所，直到网络的稳定。最初的平行链可能是系统实用程序。（中继链的卸载功能等）

分层中继链（“无限可扩展性”或Polkadot 2.0）将在今年进行初步研究，并于明年开发，并于2022年第一季度进行初步部署。

Polkadot最大的风险，就是未来是否会出现很多价值孤岛。如果有价值的岛太少，那跨链就会显得很鸡肋。这也是所有跨链项目共同面临的问题。