substrate 区块链框架 概述

Posted 2021-06-08 thefist11

1. 定义

Substrate是一个具备区块链核心要素（例如数据存储，p2p通讯，共识算法，密码学组件等）、可用于构建开源、模块化和可扩展区块链的基础技术框架。

Substrate把一个区块链运行所需要的各个模块拆解开，具备可扩展性、模块化、开源、自主可控的特性。开发者可以方便地通过编写runtime（好比一种更高级的智能合约）来修改如加密、共识等模块构建自己的区块链。

• 核心模块：数据库、加密算法、交易队列、命令行界面、公/私钥生成、RPC等
• 基本逻辑：数据结构、结算、时间戳、分片等
• p2p网络：网络节点管理、私讯协议集成、分布式哈希表
• 共识机制：抵押、Babe、Grandpa、区块落实追踪
• 治理、升级模型：链上逻辑升级、链上治理
• dapp：智能合约（联盟链定制化）

2.设计架构

2.1 Runtime组件

定义如何处理区块，包括状态转换逻辑。

• runtime代码被编译为Wasm并成为区块链存储状态的一部分
• 利用Wasm特性实现无分叉链上升级。

2.2 Substrate客户端

Substrate客户端既是针对与客户端本身相同的平台（而不是Wasm）编译的“本地runtime”, 将调用调度到runtime客户端组件的执行程序，它在本机代码和解释Wasm之间进行选择。尽管本地runtime可能会提供性能优势，但是如果执行程序实现了较新的WASM版本，则执行程序将选择解释Wasm来执行。

2.3 存储组件

用于维持以区块链为代表的分布式系统的交易状态。区块链网络使参与者利用共识机制在不可信环境下达成状态存储。Substrate采用一种简单且高效的键值存储机制。

2.4 P2P点对点网络组件

允许客户端与其他网络参与者进行通信。

• 使用libp2p网络协议栈。
• 支持模块化、自定义共识引擎。

2.5 RPC（远程过程调用）组件

允许区块链用户与链上网络交互，提供HTTP和WebSocket RPC接口服务。

2.7 遥测组件

通过嵌入Prometheus 服务，能够将区块链网络指标对外暴露