Substrate之旅3：Substrate是什么

Substrate 是从Polkadot 孵化出来的项目。它是一个用来搭建区块链的通用框架，具有以下特点：

1. 可扩展。
2. 模块化。
3. 开源。

Substrate的框架与组件

框架

其中：

1. P2P: libp2p网络协议，Substrate基于该协议实现了一个不带任何假设的，点对点对等网络，所以它不会成为你基于Substrate扩展的障碍：
   

2. NativeRuntime：节点发现、交易池、区块和交易gossip，共识，返回RPC call。

3. Storage存储：RocksDB。

4. RPC（远程过程调用），支持：

• HTTP
• WebSocket

核心组件

数据库

1. 采用简单的键值对方式的存储。
2. 实现了一个改进版Patricia Merkle tree (trie)，以支持轻量级客户端对Substrate链的访问。
3. Substrate没有对该数据库中存储数据的内容与结构，作出任何假设，所以它也不会成为你基于Substrate实现某些扩展的障碍。

网络连接

它的扩展性在框架部分已讲了。

共识

1. Substrate将区块的生成过程(BABE)和区块的终结过程(GRANDPA)区分开来。

2. Substrate只会假定一笔交易所具有的权重，以及一组用于创建从属关系图表的先决条件标签，其余地全权交给用户定制交易；Substrate将根据这些权重和标签，自动为接收到的交易理顺从属关系，确保交易的顺序：
   

3. Substrate内建了多种共识引擎：

• 工作量证明（PoW）；
• Aura（Authority Round）;
• Polkadot共识。

4. 你不仅在基于Substrate构建自己的区块链时，可以配置你想要的共识机制，还可以在区块链运行中，修改或更新共识引擎。

Substrate运行时

Substrate是一个运行时环境，用来维护Substrate区块链上的状态转换。

SRML

Substrate运行时采用了组件模块化的设计思想：

1. 内建的模块；
2. 我们也可以定制模块

这些模块的集合，将构成Substrate运行时模块库SRML（Substrate Runtime Module Library ）。我们先看运行时框架:

其中：

1. 系统模块（System Module）：提供底层基本的API和工具集，定义了Runtime的核心类型、外部事件等等。
2. 运行时模块（Runtime Module）：多个托盘（Pallets）小模块。
3. 执行模块(Executive Module)：充当运行时的业务流程层，将传入的外部调用分派给运行时中的各个模块负责运行时执行。
4. 运行时（Runtime）：管理托盘，接受api调用。
5. 支持宏（Support Macros）：

• 帮助开发自定义模块；
• 允许开发人员声明自定义存储、具有公共 API 的模块和事件。

再具体来看Substrate的SRML：

其中内建的模块有：

1. 余额模块（Balances）。
2. 民主模块（Democracy）。
3. 质押模块（Staking）。
4. 合约模块（Contract）等。

这种模块化的设计，可以让我们可以很容易地组拼出，自己想要的区块链网络。

无分叉的在线更新

Substrate有个设计初衷：支持区块链在线更新，以满足区块链的多样化需求。

但SRML模块的更新缺省是会导致区块共识难以达成：一般分布式网络，节点的更新不会一致，因此节点之间存在着版本的差异，也就存在着处理逻辑的不一样，进而导致下图的分叉：

Substrate采用了一个巧妙的办法，来解决这个问题：让Substrate的运行代码，成为区块链上共享账本存储的数据，因此任何一个节点运行的都是最新版本的逻辑。

其实，包含了共识部分讲的共识引擎升级或更新，正是基于这个机制：从SRML中选取合适的共识引擎，提交Substrate区块链，新的共识引擎上链确认后，将负责之后区块的共识验证。