Substrate — Polkadot 的基石

Jan 31, 2021

上禮拜我們提到了DOT，這禮拜開始我們來針對幾個著名的加密貨幣專案，使用程式碼的角度來給大家講解一下程式基本面，首先我們從 Polkadot 開始，提到 Polkadot 我們就不得不提到他所用到的 Framework: Substrate

按照慣例，先上圖:

什麼是Substrate?

Substrate 是一個區塊鏈的 software framework，所謂的 software framework在程式的我會把它定義為：

software framework: 一套定義了執行流程的模組化程式工具

一般來說，我們在寫程式的時候，有點像是在下指令給別人執行，而這個執行流程是可以復用的，以部落格來說好了，讀文章跟寫文章這兩個功能大概是所有部落格服務都要有的，於是我們就可以把這兩個服務流程給他模組化，讓所有想實現這兩個功能的都可以直接套用。

執行流程:

我們用一個生活化的例子來說明執行流程：

假設今天媽媽要你去菜市場的雜物攤買雞蛋，他的流程可能是這樣的：

1. 先去錢包拿300元
2. 騎腳車去菜市場的路口
3. 路口後往左轉的右邊店家的第三家
4. 買10顆雞蛋
5. 找錢，騎腳車回家
6. 因為時間很趕，所以全部麻煩在十分鐘完成

程式語言就是在執行類似的東西，只是他有語意上的定義以及他是要寫給電腦看的。簡單的事情可能很快就能完成，但如果是很是複雜的事情，每一個人要寫一個不一樣的東西其實有點煩人。

就如上面所說，因為中間有很多東西是可以共用的，那我能不能把這些公用的功能模組化 ? 這樣大家就不用寫一樣的東西了。

以上面的買雞蛋指令當例子來模組化的話，那這樣買東西的 framework 可以是：

1. 先去__拿___元
2. 使用＿＿移動去＿＿＿的＿＿＿
3. 走到___的地方
4. 買___的___
5. 找錢，使用＿＿宜動去＿＿＿的＿＿＿
6. 因為時間很趕，所以全部麻煩在十分鐘完成

填空的地方就看你的需求而定，這樣就形成了一個小型的framework了，因為他已經把你的流程決定了，你只要在空格上填上你要的就行了。

因為他把共用的功能幫你完成，剩下不同跟訂製的部分就是你可以發揮的地方。因此，相對全部功能都要自己開發，這樣的流程可以幫助你加快開發速度。在程式開發史上，Framework的產生可以說是該行業要蓬勃發展的一個徵兆。

打個比方來說，在 Web framework發展的過程中，我們可以看到很多網站的應用開始變得玲琅滿目，因為每個人可能靠著相對簡單的程式碼就可以經營一個網站，而且他可以根據自己的需求而進行客製化。

另一個簡單的例子是 AI，熟悉AI發展的人都知道， Tensorflow、Pytorch這樣的 framework 簡直是許多 Machine learning 研究者跟開發者的福音，沒有這種工具，很多研究跟應用大概需要很多年才有辦法研發出來。因為不是每一個研究者都對程式語言跟計算的研究這麼深入，他們可能是專注在數學跟演算法上，如果他們要自己實作這些程式細節，所花費的功夫可能是現在時間的兩三倍以上。

架構:

在 Substrate 的架構上，它分為幾個部分，一個是 Primitive，一部分是Client，在網上則是 Frame的部分，這邊大概做一個解釋，詳細的部分各位可以在 github 上做觀看。

Primitive

主要的部分在於一些區塊鏈的基礎建設，像是通信機制、共識的演算法等大家在建設區塊鏈都會用到的部分，這些基礎建設都已經幫你鋪好，他就有點像你在間房屋的時候，已經把建設所需的設備跟材料都已經幫你備齊，你要的就是應用這些材料區建設你的房屋。

Client

就像是你在建設房屋一樣，把上面 Primitive 的準備材料拿出來應用，打造成一個家的毛胚屋，所以他會把骨架架好，把你的鋼筋水泥鋪好，把整個房間隔間都弄好。我們拿其中的 Service模組來說好了，他已經定義好整個服務的架構應該是怎樣，接下來你就可以根據這個架構來設定你的服務。

Frame

把外表進行改裝跟裝潢，把這個家裝修成你要的樣子，把你想要的特色跟價值給營造出來。在這個資料夾裡面，他所包含主要是整個區塊鏈所要實作的機制的程式碼。

例如：裡面有個功能叫做 Treasury，他就是在鏈上的一個機制，用來治理整個區塊鏈，像這樣主要面對使用者的功能通常會放在 Frame上面，而開發者在開發自己的鏈的時候，主要也是新增功能在這個資料夾裡面，然後他就會變成整個鏈的 Runtime 之一，因為 VM 機制的關係，他可以保證你在更新的時候減少硬分岔的可能性。

在以往的開發時間，如果開發者需要訂製自己的區塊鏈的話，很多時候只能去修改以太坊或者比特幣的原始碼，或者是自己重寫一個，自己重寫的話所需的時間太多，一班的商業開發者難以進行這樣的賭注，但有了這個Framework，他便可以比較輕鬆的完成這樣的工作，這對整個區塊鏈的發展是有很大的影響的。

擴展性:

以剛剛我們看到的那幾層架構來說，我們可以很清楚的知道，他把整個程式架構分層幾個部分，意味著使用者可以根據自己的需求去修改跟增加功能跟套件，很多時候你在訂製自己想要的功能時候，只需要增加 Frame 的部分就夠了，這個部分往往代表的是你的區塊鏈特有的功能跟特色。

跟整個 ETH 的機制不太一樣，在 ETH 裡面，你所做的是使用 EVM 的方法去執行你的智慧合約，理論上，這個合約可以是一個更通用的計算程式，比如說一個遊戲，如此一來你的合約上面所運行就是一個遊戲。但目前來說，這個運行的速度太慢，而且要把現在 Solidity 的設計改成這麼通用，其實還有很多路要走。

而在 Polkadot 上面，除了可以發佈類似的智慧合約來進行計算，你還可以自己訂製一條專門在運行遊戲的遊戲鏈。這個遊戲鏈可能就是由玩家自己去運營的，不會有任何的廠商來控制這個遊戲，完全由遊戲本身的鏈來進行管理，可以說，這個 Framework 打開了整個鏈的應用模式，讓這些商業應用的可能性大大的提高了，同時間也把難度給降低了。