Substrate框架：平行链及跨链技术简析 结合ETH和IPFS能否成为第一跨链系统？

2019年1月，在DLD国际创新大会（Digital Life Design）上，有两位科技界的嘉宾接受了Wired杂志的专访，探讨的议题是“Web 3.0的巨大机遇”。

其中一位是IPFS创始人Juan Benet，他对Web3.0网络、互联网协议及区块链开发进行了阐述。当美女主持人提问，他都能对答如流，可以看出他准备充分，并充满了自信。与他一起来接受采访的是一位女士，坐在他旁边。她有些局促，主持人抛出问题时，她有些紧张，说话并不连贯，还总是自己打断自己的语句。

或许是准备不足，或许台下都是世界知名的数字经济领域的行业人物，她有些坐立不安。在她快说完一段话的时候，她总是会不自觉地把头转向旁边的Juan Benet，拿起面前的水杯。因为她似乎想尽快让人接话，以释放这种短暂的局促。和旁边的那位已经获得2.57亿美元投资的人比起来，又身处国际大会上，紧张情绪可想而知。

虽然如此，却那不能掩盖她的实力。她正是Parity Technologies（简称Parity Tech）的创始人兼首席执行官，具有博士学位。并且，她之前正是区块链中的大神级项目——以太坊，担任安全和审计总监。

雄心壮志的开始：用框架一键发链

自从区块链发展演进到3.0阶段，对于区块链底层协议和应用开发的探索就没有停止过。

为此，Parity Tech公司开发了Substrate，这是开源项目，任何人都可以使用Substrate框架来构建新的区块链项目。如果说以太坊引入的ERC通证模型可以实现“一键发币”，那么，Substrate就是“一键发链”。

实际上，跨链方式已经在中心化交易所中已经运用，不过资产被盗、平台操控等问题无法消除。只有像Substrate这样使用基于去中心化协议的技术才能真正解决加密数字资产转换的不安全问题。Substrate吸收了顶级区块链的优点，集强大的功能于一身。它是区块链开发框架，可以一键发链。这自然让人联想到以太坊。实际上，两者颇具渊源。

说起以太坊，很多人都会想到V神（Vitalik Buterin）。实际上，有一位才是以太坊的灵魂人物——Gavin Wood（盖文·伍德），是一名计算机科学博士，是现实世界中隐藏的大神，他和V神一起联合创办了以太坊项目，并担任以太坊CTO（技术总监）。Gavin Wood发明了Solidity语言，用于编写智能合约，这也是以太坊和比特币的最大不同点，智能合约的引入让太坊彻底爆发。

图：Substrate两位联合创始人 均为博士

作为大神级开发者的Gavin Wood离开以太坊的后，带走了同在以太坊的Jutta Steiner等伙伴，共同创立了Parity Tech。新团队从一开始就有以太坊的基因。之后，团队开发了一个强大的区块链开发框架——Substrate，目的是解决现有区块链技术存在的问题，让割裂的区块链网路连通。

现有区块链技术的5个关键难题

目前有三个主要的区块链网络形成的生态系统：比特币、以太坊、EOS。但是，几乎众多的每个区块链项目、用户、矿工、DApp等形成了独立的生态王国。它们好比世界上的200多个国家和地区，彼此是割裂的。从某种意义上，它们违背了区块链去中心化的特征，造成了更加封闭和孤立的形态，严重制约了区块链技术的发展。

当前区块链技术堆栈中的五个关键的问题：

◆1. 可扩展性不足

尽管给出了去中心化世界的承诺，但现有的区块链技术没有足够的能力来满足大量的、必要的交易量。

◆2. 治理牺牲了大部分人的利益

现有的区块链治理侧重于POW工作量证明和POS权益证明，错误地以满足少数人的利益却摒弃了绝大部分人为代价。

◆3. 区块链网络之间的孤立

区块链网络之间是彼此孤立的，通信或互操作性也被隔离。比特币无法与以太坊通信，而以太网无法与私有链通信。这种现象普遍存在。

◆4. 开发受限

DApp去中心化应用的创建受限于整合缺乏，因为生态系统中，既不存在可扩展性，也没有互操作性。

◆5. 应用适用性不足

由于缺乏可扩展性、互操作性和可开发性，最终无法实现消费者层面的应用。 区块链还没有弥合从核心技术到实际应用的差距，不过这仍然是理论上的问题而非实际操作上的。

为什么说区块链网络之间的互通如此重要？因为它能打破现有网络的孤立，建立多个网络的链上资产交换。 

这时候，跨链就出现了。所谓跨链（Cross Chain）就是在不同的区块链网络进行价值交换的技术。跨链就像是凿开巴拿马运河让两个陌生的海域迅速连通融合。

跨链进行时

Substrate本身是一个框架和平台，为了更好地支撑起区块链网络之间的连通，建设一个新的区块链网络就有必要了。Gavin Wood带领团队设计了基于Substrate框架的Polkadot，它是一个通过中继链连接的网络，目的是让跨链设施高效沟通。而Polkadot主网1.0也将在2019年正式推出。

在Polkadot中，其中一个关键的组建技术叫做Parachain（平行链），它指的是使用链中继来实现区块链间的交互。Polkadot具有共享安全性，避免其它跨链中的双花交易。平行链还具有通用性，它没有不必要限制和约束。连接到Polkadot的平行链都是专门的区块链， 每个平行链都具有独特的特征和自治的主权。链的交互是并行处理的，从而实现了高度可扩展的系统。事务可以跨链分布，允许在同一时间段内处理更多事务。在这里，由于平行链的作用，区块链之间的就好比有了一个互联网。

不过，不管是哪一个系统或网络，大量的开发者进入势必能带来更大的市场份额和更好的发展。

平行链的应用

如同以太坊通过建立了围绕智能合约和通证的生态系统，俘获了大批开发者。平行链Parachain的出现，被视为下一代区块链技术演进的方向。

目前，在IPSE网络也运用Parachain平行链技术，主链基于DPos负责价值结算，而平行链主要负责价值交易。平行链的一个关键特征是它们执行的计算本质上是异构独立的。

这和之前的区块链交易机制有哪些区别？对于传统的系统，交易无法确定是否相互冲突，并行化的交易通常就只能按照顺序执行，大量的计算时间和宝贵的资源就被浪费。而平行链不同，在平行链间所有交易可以立即执行，不用担心产生冲突。好比现在有10条平行链（比如桥接ETHBitcoinIPSE等网络），可以获得相同的安全，并能执行10倍的工作任务。由于IPSE是基于IPFS的搜索引擎，底层的存储依赖于IPFS星际文件系统，通过哈希标注让资源的哈希地址和文字标签结合，如果按照传统的事物处理机制，每一次存储和标注都需要按照顺序提交信息。平行链引入，可让IPSE在数据存储和事务操作上获取最高效的方案。

同理，不仅是Polkadot网络，对于即将到来的重磅级项目——Filecoin网络，也可以在平行链和IPSE网络桥接，不同链之间实现交互。

主要的技术

为什么Polkadot的跨链技术如此受到关注？很大原因在于它使用了最好的技术。

1.使用改变世界的语言Rust

一个效率令人震惊的编程语言，Polkadot基于Rust集成快速可靠特性。脸书(Facebook)的加密货币网络Libra也是用Rust开发。

2.使用行业标准的WebAssembly架构

WebAssembly（缩写为Wasm） 是一项由 Mozilla、谷歌、微软及苹果联合开发的项目。其通过Web执行低级二进制语法，把高级别的语言（C，C++和Rust）编译为WebAssembly，以便有机会在浏览器中运行。其特点是几何级的性能提升、快速灵活、可移植。2015年，四大浏览器厂商（Chrome, Firefox, Edge, Safari）全部默认支持WebAssembly，这种技术随后在前端高性能开发领域中大放异彩。

3.使用IPFS底层核心Libp2p协议

Substrate框架（以及Polkadot网络）使用Libp2p——模块化的p2p协议堆栈，是IPFS核心中的核心。IPFS协议正是由文章开篇中Juan Benet团队开发。

Libp2p定位为未来去中心应用程序的标准，一种灵活的跨平台网络框架，用于点对点应用程序。可以处理Polkadot生态系统中的对等方的发现和通信。作为底层技术Libp2p要实现的是：无需再开发TCP/IP协议，只要两个设备之间存在链接的可能，无论设备所处的环境、运行的协议，Libp2p都能让设备的互联成为现实，实现星际互联。

Libp2p支持多个项目，如以太坊2.0（进行中）、Substrate（Polkadot）、Agoric，当然还有IPFS激励层Filecoin。

IPFS作为点对点的分布式存储超媒体传输协议，本质上是面向Web3.0的去中心化的互联网系统。尤其是其构建的Filecoin去中心化分布式存储网络，将改变现有的互联网形态，云计算领域的巨变也在所难免。IPFS/Filecoin从根本上改变数据的存储方式，结合IPSE的分布式搜索，也将改变现有的信息检索和查找方式。而Substrate框架及Polkadot网络的跨链创新，又为互联网科技带来无限可能。

作为Parity Tech的联合创始人和首席执行官，Jutta Steiner也描绘了未来的新形态，

“我们在Parity Tech所做的是一种全新的在线服务构建方式，这是一种更加开放、点对点的方式，可以让用户在拥有更多自主权的情况下交互。”

就像每一个野心勃勃的项目，都有一个雄心壮志的开始，中间会遇到疲倦和阻拦。现有的区块链的分割状态会被Substrate及Polkadot所代表的跨链技术打破，加上IPSE等应用生态的快速切入，这一进程将会加速。那么，倦怠期突破了阻拦，翻过高山会是平原、大海，还是新的坎坷呢？