【Substrate开发教程】07 - Substrate区块链应用开发技术选型

Polkadot开发概述

Polkadot是一个区块链协议，它有两个目标：

随着Substrate和Cumulus之类的PDK（平行链开发套件）的出现，开发和启动新区块链所需的时间已大大减少。

目前的Polkadot网络和开发组件有：

Polkadot主要由Rust编程语言和Substrate框架构建，Substrate通过捆绑诸如p2p网络协议、共识层、Wasm解释器、运行时模块（pallet）等让开发者可以容易地开发整条区块链。

Cumulus是Substrate的扩展，它允许任何通过Substrate构建的区块链连接到Polkadot并成为其平行链。

Polkadot本身并不支持智能合约，但会有平行链支持。通过使用Substrate FRAME中的contracts模块（for Wasm）或EVM模块，基于Substrate的区块链可以包含智能合约功能。

contracts模块可以使用Wasm编译的合约，这些合约可以根据区块链的特定规则进行部署。

为了促进Wasm智能合约的开发，Parity还开发了ink!，这是Rust内置的dsl（领域特定语言），用于编写智能合约。

平行链、平行线程、智能合约

Polkadot提供多种开发区块链应用程序或DAPP的方法：

在使用每种方法时都需要权衡取舍。

平行链是包含其自有运行时逻辑的“平行”的区块链，可受益于Polkadot中继链提供的共享安全性和跨链消息传递。平行链具有高度的灵活性和定制性，但需要更多的精力来创建和维护。

平行线程和平行链类似，使开发人员能够对其应用程序逻辑进行底层控制，两者之间的主要区别是经济性，平行线程的运行成本比平行链要低得多。

平行线程的成本较低的原因是，不需要像平行链那样需要一个插槽并一直与中继链保持连接，平行线程只需赢得单个区块的拍卖并在需要时保持连接。

构建平行线程时使用和平行链相同的工具（如PDK），获得和构建平行链同样的好处。

在Polkadot主网上有充当智能合约平台的平行链，智能合约是仅存在于单个平行链上的可执行程序，复杂度受到限制。

智能合约存在于单个链上，所以它们与同一链上的其他智能合约具有流畅的互操作性，但将始终受到其宿主链的固有特性的约束和限制。

如果需要对应用程序的设计和功能进行大量控制，使用平行链是更好的选择，平行链以治理形式提供了更大的灵活性，可以用较少争议的方式执行完整升级，可以将智能合约用作其测试平台。

平行链、平行线程、智能合约比较

创建平行链/平行线程

用于构建平行链或平行线程的框架称为平行链开发套件（Parachain Development Kits，PDK），当前可用的PDK是Substrate&Cumulus。

Substrate是构建Polkadot的基础框架，是一个提供了构建区块链所需的必要模块的工具集。Substrate包含一个模块化运行时插件库，可以使用这些插件来组建链的逻辑，也可以编写自己的模块（pallet）供社区使用。

在使用Substrate创建了链的运行时逻辑之后，会将其编译为wasm可执行文件。这个二进制的wasm代码包含链的整个状态转换功能，是项目作为平行链/平行线程部署到Polkadot所必须的。

Polkadot中继链上的验证人（validators）使用提交的wasm代码来验证平行链/平行线程的状态转换。

收集人（collators）是平行链的维护者，他们收集新的候选区块并将其传递给验证人并最终包含到中继链中。

Substrate具有内置的网络层，但仅支持单独链（不能连接到中继链），Cumulus扩展包含一个收集人节点，允许将Substrate构建的逻辑做为平行链/平行线程与Polkadot兼容。

Cumulus的目标是对Substrate进行扩展，使得任何Substrate运行时能够与Polkadot兼容。

Cumulus可以处理任何平行链连接到Polkadot所需的网络兼容性开销，包括：

为了在Polkadot中部署平行链，需要先通过竞拍方式获得平行链插槽。部署平行线程不需要平行链插槽，而是向中继链付费注册平行线程代码，然后参加单个区块的拍卖。

创建智能合约

Polkadot中继链本身不支持智能合约，但由于连接到Polkadot的平行链可以支持任意状态转换，因此它们可以支持智能合约。

Substrate通过两种方式支持智能合约：

contracts模块使用WebAssembly作为其编译目标，任何可以编译成Wasm的编程语言都可以用来编写智能合约，尽管最好使用专用的领域特定语言（domain specific language，dsl），出于这个原因，Parity提供了ink!语言用于编写智能合约。

智能合约必须支付租金或持有足够量的押金以证明其链上存在状态，默认情况下合约会被缓存，因此合约只需部署一次，然后根据需要多次实例化。当合约不再被使用或存款耗尽时，代码会从存储中被删除（reaping）。

可以运行一个本地测试环境的Substrate节点，带有两个智能合约开发模块（contracts、evm）之一以开始编写智能合约。开发完成后将需要研究诸如edgeware等项目，把智能合约部署到实际环境中。

智能合约是链上某个地址存放的一些代码，可以被外部参与者调用，代码上链后任何人都可以执行它。

在不同平行链上部署智能合约的操作会略有不同，但一般是发送一个特殊的交易，然后在账本上创建智能合约，并需要为初始化逻辑和合约占用的存储空间付费。

大多数智能合约平台使用某种形式的gas来限制用户可以执行的操作数量，用户需要先支付gas费用并退还不使用额度gas。

开发者需要考虑智能合约的存储和复杂性，以确保gas使用量保持在合理范围内。链上存储一般都很昂贵，考虑使用IPFS或Storj等去中心化存储方案来存储链外数据。

Edgeware

Edgeware是目前运行的一个带有智能合约模块的基于Substrate的项目，对于创建了智能合约并希望部署到实际环境的开发人员而言，Edgeware是目前的最佳选择。

Edgeware在将来会做为允许智能合约的平行链连接到Polkadot，这样智能合约就能够通过XCMP与Polkadot生态系统的其他部分进行交互。更多内容可查看Edgeware开发文档。

Moonbeam

Moonbeam是另一个将支持智能合约的并计划作为平行链部署到Polkadot的项目，Moonbeam使用Frontier（和现有以太坊工具的互操作性层），将支持针对EVM环境编写的所有应用程序而不会产生任何摩擦。更多内容可查看Moonbeam开发文档。

ink!

ink!是一种dsl（domain specific language，领域特定语言），用于在Rust中编写智能合约并编译为Wasm代码。ink!目前处于试验阶段，但已经有一些项目使用ink!构建应用，比如Plasm的Plasma合约。

ink!为基于Wasm虚拟机并与Substrate链兼容的新智能合约堆栈奠定了很多基础，关于ink!语言的用法可以参考ink! code examples。

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编译者/作者：松果

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