Substrate框架：平行鏈及跨鏈技術簡析 結合ETH和I

2019年1月，在DLD國際創新大會（Digital Life Design）上，有兩位科技界的嘉賓接受了Wired雜志的專訪，探討的議題是“Web 3.0的巨大機遇”。

其中一位是IPFS創始人Juan Benet，他對Web3.0網絡、互聯網協議及區塊鏈開發進行了闡述。當美女主持人提問，他都能對答如流，可以看出他準備充分，并充滿了自信。與他一起來接受采訪的是一位女士，坐在他旁邊。她有些局促，主持人拋出問題時，她有些緊張，說話并不連貫，還總是自己打斷自己的語句。

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或許是準備不足，或許臺下都是世界知名的數字經濟領域的行業人物，她有些坐立不安。在她快說完一段話的時候，她總是會不自覺地把頭轉向旁邊的Juan Benet，拿起面前的水杯。因為她似乎想盡快讓人接話，以釋放這種短暫的局促。和旁邊的那位已經獲得2.57億美元投資的人比起來，又身處國際大會上，緊張情緒可想而知。

雖然如此，卻那不能掩蓋她的實力。她正是Parity Technologies（簡稱Parity Tech）的創始人兼首席執行官，具有博士學位。并且，她之前正是區塊鏈中的大神級項目——以太坊，擔任安全和審計總監。

雄心壯志的開始：用框架一鍵發鏈

自從區塊鏈發展演進到3.0階段，對于區塊鏈底層協議和應用開發的探索就沒有停止過。

為此，Parity Tech公司開發了Substrate，這是開源項目，任何人都可以使用Substrate框架來構建新的區塊鏈項目。如果說以太坊引入的ERC通證模型可以實現“一鍵發幣”，那么，Substrate就是“一鍵發鏈”。

實際上，跨鏈方式已經在中心化交易所中已經運用，不過資產被盜、平臺操控等問題無法消除。只有像Substrate這樣使用基于去中心化協議的技術才能真正解決加密數字資產轉換的不安全問題。Substrate吸收了頂級區塊鏈的優點，集強大的功能于一身。它是區塊鏈開發框架，可以一鍵發鏈。這自然讓人聯想到以太坊。實際上，兩者頗具淵源。

說起以太坊，很多人都會想到V神（Vitalik Buterin）。實際上，有一位才是以太坊的靈魂人物——Gavin Wood（蓋文·伍德），是一名計算機科學博士，是現實世界中隱藏的大神，他和V神一起聯合創辦了以太坊項目，并擔任以太坊CTO（技術總監）。Gavin Wood發明了Solidity語言，用于編寫智能合約，這也是以太坊和比特幣的最大不同點，智能合約的引入讓太坊徹底爆發。

圖：Substrate兩位聯合創始人 均為博士

作為大神級開發者的Gavin Wood離開以太坊的后，帶走了同在以太坊的Jutta Steiner等伙伴，共同創立了Parity Tech。新團隊從一開始就有以太坊的基因。之后，團隊開發了一個強大的區塊鏈開發框架——Substrate，目的是解決現有區塊鏈技術存在的問題，讓割裂的區塊鏈網路連通。

現有區塊鏈技術的5個關鍵難題

目前有三個主要的區塊鏈網絡形成的生態系統：比特幣、以太坊、EOS。但是，幾乎眾多的每個區塊鏈項目、用戶、礦工、DApp等形成了獨立的生態王國。它們好比世界上的200多個國家和地區，彼此是割裂的。從某種意義上，它們違背了區塊鏈去中心化的特征，造成了更加封閉和孤立的形態，嚴重制約了區塊鏈技術的發展。

當前區塊鏈技術堆棧中的五個關鍵的問題：

◆1. 可擴展性不足

盡管給出了去中心化世界的承諾，但現有的區塊鏈技術沒有足夠的能力來滿足大量的、必要的交易量。

◆2. 治理犧牲了大部分人的利益

現有的區塊鏈治理側重于POW工作量證明和POS權益證明，錯誤地以滿足少數人的利益卻摒棄了絕大部分人為代價。

◆3. 區塊鏈網絡之間的孤立

區塊鏈網絡之間是彼此孤立的，通信或互操作性也被隔離。比特幣無法與以太坊通信，而以太網無法與私有鏈通信。這種現象普遍存在。

◆4. 開發受限

DApp去中心化應用的創建受限于整合缺乏，因為生態系統中，既不存在可擴展性，也沒有互操作性。

◆5. 應用適用性不足

由于缺乏可擴展性、互操作性和可開發性，最終無法實現消費者層面的應用。 區塊鏈還沒有彌合從核心技術到實際應用的差距，不過這仍然是理論上的問題而非實際操作上的。

為什么說區塊鏈網絡之間的互通如此重要？因為它能打破現有網絡的孤立，建立多個網絡的鏈上資產交換。?

這時候，跨鏈就出現了。所謂跨鏈（Cross Chain）就是在不同的區塊鏈網絡進行價值交換的技術。跨鏈就像是鑿開巴拿馬運河讓兩個陌生的海域迅速連通融合。

跨鏈進行時

Substrate本身是一個框架和平臺，為了更好地支撐起區塊鏈網絡之間的連通，建設一個新的區塊鏈網絡就有必要了。Gavin Wood帶領團隊設計了基于Substrate框架的Polkadot，它是一個通過中繼鏈連接的網絡，目的是讓跨鏈設施高效溝通。而Polkadot主網1.0也將在2019年正式推出。

在Polkadot中，其中一個關鍵的組建技術叫做Parachain（平行鏈），它指的是使用鏈中繼來實現區塊鏈間的交互。Polkadot具有共享安全性，避免其它跨鏈中的雙花交易。平行鏈還具有通用性，它沒有不必要限制和約束。連接到Polkadot的平行鏈都是專門的區塊鏈， 每個平行鏈都具有獨特的特征和自治的主權。鏈的交互是并行處理的，從而實現了高度可擴展的系統。事務可以跨鏈分布，允許在同一時間段內處理更多事務。在這里，由于平行鏈的作用，區塊鏈之間的就好比有了一個互聯網。

不過，不管是哪一個系統或網絡，大量的開發者進入勢必能帶來更大的市場份額和更好的發展。

平行鏈的應用

如同以太坊通過建立了圍繞智能合約和通證的生態系統，俘獲了大批開發者。平行鏈Parachain的出現，被視為下一代區塊鏈技術演進的方向。

目前，在IPSE網絡也運用Parachain平行鏈技術，主鏈基于DPos負責價值結算，而平行鏈主要負責價值交易。平行鏈的一個關鍵特征是它們執行的計算本質上是異構獨立的。

這和之前的區塊鏈交易機制有哪些區別？對于傳統的系統，交易無法確定是否相互沖突，并行化的交易通常就只能按照順序執行，大量的計算時間和寶貴的資源就被浪費。而平行鏈不同，在平行鏈間所有交易可以立即執行，不用擔心產生沖突。好比現在有10條平行鏈（比如橋接ETH\Bitcoin\IPSE等網絡），可以獲得相同的安全，并能執行10倍的工作任務。由于IPSE是基于IPFS的搜索引擎，底層的存儲依賴于IPFS星際文件系統，通過哈希標注讓資源的哈希地址和文字標簽結合，如果按照傳統的事物處理機制，每一次存儲和標注都需要按照順序提交信息。平行鏈引入，可讓IPSE在數據存儲和事務操作上獲取最高效的方案。

同理，不僅是Polkadot網絡，對于即將到來的重磅級項目——Filecoin網絡，也可以在平行鏈和IPSE網絡橋接，不同鏈之間實現交互。

主要的技術

為什么Polkadot的跨鏈技術如此受到關注？很大原因在于它使用了最好的技術。

1.使用改變世界的語言Rust

一個效率令人震驚的編程語言，Polkadot基于Rust集成快速可靠特性。臉書(Facebook)的加密貨幣網絡Libra也是用Rust開發。

2.使用行業標準的WebAssembly架構

WebAssembly（縮寫為Wasm） 是一項由 Mozilla、谷歌、微軟及蘋果聯合開發的項目。其通過Web執行低級二進制語法，把高級別的語言（C，C++和Rust）編譯為WebAssembly，以便有機會在瀏覽器中運行。其特點是幾何級的性能提升、快速靈活、可移植。2015年，四大瀏覽器廠商（Chrome, Firefox, Edge, Safari）全部默認支持WebAssembly，這種技術隨后在前端高性能開發領域中大放異彩。

3.使用IPFS底層核心Libp2p協議

Substrate框架（以及Polkadot網絡）使用Libp2p——模塊化的p2p協議堆棧，是IPFS核心中的核心。IPFS協議正是由文章開篇中Juan Benet團隊開發。

Libp2p定位為未來去中心應用程序的標準，一種靈活的跨平臺網絡框架，用于點對點應用程序。可以處理Polkadot生態系統中的對等方的發現和通信。作為底層技術Libp2p要實現的是：無需再開發TCP/IP協議，只要兩個設備之間存在鏈接的可能，無論設備所處的環境、運行的協議，Libp2p都能讓設備的互聯成為現實，實現星際互聯。

Libp2p支持多個項目，如以太坊2.0（進行中）、Substrate（Polkadot）、Agoric，當然還有IPFS激勵層Filecoin。

IPFS作為點對點的分布式存儲超媒體傳輸協議，本質上是面向Web3.0的去中心化的互聯網系統。尤其是其構建的Filecoin去中心化分布式存儲網絡，將改變現有的互聯網形態，云計算領域的巨變也在所難免。IPFS/Filecoin從根本上改變數據的存儲方式，結合IPSE的分布式搜索，也將改變現有的信息檢索和查找方式。而Substrate框架及Polkadot網絡的跨鏈創新，又為互聯網科技帶來無限可能。

作為Parity Tech的聯合創始人和首席執行官，Jutta Steiner也描繪了未來的新形態，

“我們在Parity Tech所做的是一種全新的在線服務構建方式，這是一種更加開放、點對點的方式，可以讓用戶在擁有更多自主權的情況下交互。”

就像每一個野心勃勃的項目，都有一個雄心壯志的開始，中間會遇到疲倦和阻攔。現有的區塊鏈的分割狀態會被Substrate及Polkadot所代表的跨鏈技術打破，加上IPSE等應用生態的快速切入，這一進程將會加速。那么，倦怠期突破了阻攔，翻過高山會是平原、大海，還是新的坎坷呢？