如何使用Substrate框架来构建自己的区块链

arity Substrate是一个区块链开发框架，具有许多很酷的功能，如可升级的区块链，模块化架构，可定制的块执行逻辑和热插拔共识。

Substrate安装

开始使用Substrate的第一步是设置开发环境。Substrate团队创建了一个bash脚本，它安装所有依赖项并编译相关的包作为安装Substrate框架的一部分。

在终端中运行以下命令，将配置Substrate。

curl https://getsubstrate.io -sSf | bash

该命令需要几分钟才能完成（取决于您的硬件），因为它还编译了Substrate框架所需的所有Rust包。

还有一个更快的选项，只安装依赖项，不编译Substrate包。要使用此选项，请运行以下命令。

curl https://getsubstrate.io -sSf | bash -s -- --fast

注意：在该的选项中，不会在全局系统中安装Substrate CLI。

Substrate节点模板

一旦安装脚本完成执行，以及依赖项，您还将在计算机上运行以下几个命令。

其中一个命令是substrate -bode-new命令可帮助您设置模板节点。 将此视为项目框架模板。该命令下载Rust代码库并进行编译。此代码库将设置Substrate运行时所需的所有引导代码打包在一起。

创建节点模板的实例，请在终端中运行以下命令。

substrate-node-new 《project name》 《author name》

第一个参数是区块链项目的名称，第二个（可选）参数是该链作者的名称。

例如：

substrate-node-new substrate-demo demoauthor

一旦该命令完成，它将在substrate demo（或您使用的项目名称）目录中创建以下目录结构。它还将初始化此目录中的Git存储库。

Runtime子目录包含区块链运行时相关逻辑。运行时可以称为区块链的业务逻辑。它进一步分为运行时模块和每个模块包，它们各自的状态（存储）和行为（逻辑）。运行时目录包含运行时模块的文件。

src目录包含低级代码，它将Substrate框架的所有组件集合在一起以执行运行时。

scripts目录包含一个build.sh脚本，该脚本允许我们为Wasm（Web Assembly）环境构建Substrate运行时。

运行Substrate节点

baseline-node-new命令完成执行，它还将编译节点模板的源代码（花费几分钟）。此时，您已经可以启动节点，它将开始生成区块。

要启动Substrate节点，请在node-template目录的上下文中运行以下命令。以下命令将使用dev配置基于node-template启动Substrate节点。实质上，它运行由节点模板代码库编译生成的可执行文件。

cd substrate-demo // in case you haven‘t done this already

。/target/release/substrate-demo --dev

该命令将生成类似于以下内容的输出。

2019-07-25 17:28:31 Substrate Node

2019-07-25 17:28:31 version 1.0.0-x86_64-linux-gnu

2019-07-25 17:28:31 by demoauthor， 2017， 2018

2019-07-25 17:28:31 Chain specification： Development

2019-07-25 17:28:31 Node name： adorable-wind-3578

2019-07-25 17:28:31 Roles： AUTHORITY

2019-07-25 17:28:31 Initializing Genesis block/state （state： 0x4397…ab51， header-hash： 0x0353…30ef）

2019-07-25 17:28:31 Loaded block-time = 10 seconds from genesis on first-launch

2019-07-25 17:28:31 Best block： #0

2019-07-25 17:28:31 Local node address is： /ip4/0.0.0.0/tcp/30333/p2p/QmYsPTbsxQiKV8Dk3rWL19xFXxfpt2NrzFRd2P63AjRM3o

2019-07-25 17:28:31 Listening for new connections on 127.0.0.1:9944.

2019-07-25 17:28:31 Using authority key 5FA9nQDVg267DEd8m1ZypXLBnvN7SFxYwV7ndqSYGiN9TmTd

2019-07-25 17:28:40 Starting consensus session on top of parent 0x03534673f220e0514d5324acd179438094e05f4c2419f33226c42e33f5cf30ef

2019-07-25 17:28:40 Prepared block for proposing at 1 ［hash： 0xdc6de1c9b04607fe51bf4abed8cfdbd6313a74e9eeda78e3db4f6d2b60e69903; parent_hash： 0x0353…30ef; extrinsics： ［0x0421…0149］］

2019-07-25 17:28:40 Pre-sealed block for proposal at 1. Hash now 0x1e5375649660d9e8b8e41fde74c861185a1e55153285e4332111dd0aa240684a， previously 0xdc6de1c9b04607fe51bf4abed8cfdbd6313a74e9eeda78e3db4f6d2b60e69903.

2019-07-25 17:28:40 Imported #1 （0x1e53…684a）

如您所见，节点已经开始生成区块。

构建Substrate runtime模块

既然我们都已经使用Substrate设置并且我们的模板节点正在按预期工作，那么让我们为区块链构建一些自定义逻辑。

区块链的业务逻辑驻留在runtime模块中。

假设我们想为令牌传输功能构建一个简单的区块链运行。为实现这一点，我们需要以下内容：

状态：

· 令牌的总供应量

· 帐户和余额映射

行为：

· 令牌初始化（分配给所有者帐户的总供应量）

· 在帐户之间转移令牌

如前所述，Substrate运行时模块将自己的状态和行为打包在一起。我们将使用存储项和函数创建自定义运行时模块。

在node-template目录中，在runtime / src目录中，您将找到两个文件- lib.rs和temaplate.rs。

lib.rs是Runtime的Rust crate root。它导入所有必需的依赖项和类型。它还使用Substrate框架的一些Rust宏部分初始化runtime模块。

template.rs是Substrate runtiem的模板，它包含在节点模板中。它包含一些虚拟状态和行为（在代码注释中有描述），并且本身就是rumtiem模块的功能。

要实现上述令牌功能，我们对template.rs文件进行一些更改。

存储声明

首先，让我们声明令牌功能所需的存储项。在decl_storage！ 宏调用，让我们为令牌的总供应和余额映射添加以下两项。

TotalSupply get（total_supply）： u64 = 21000000;

BalanceOf get（balance_of）： map T：：AccountId =》 u64;

在第一行中，我们添加了一个存储项TotalSupply来保存令牌的总数。我们还为此存储项目（21000000）设置了一个值。

在第二行中，我们将另一个存储项创建为StorageMap，并在AccountId和与之关联的令牌余额之间建立映射。我们称这个存储项目为BalanceOf。

此模块的完整存储声明代码如下所示。（注意：我们删除了模板模块附带的虚拟存储项。）

// storage for this runtime module

decl_storage！ {

trait Store for Module《T： Trait》 as Template {

TotalSupply get（total_supply）： u64 = 21000000;

BalanceOf get（balance_of）： map T：：AccountId =》 u64;

}

}

实现runtime逻辑

现在我们已经为Substrate模块定义了存储，让我们编写一些代码来操作这些存储项。

在Substrate模块中，使用decl_module！宏 ，定义公共可调度函数 我们有两个函数可以在我们的模块中实现简单的令牌传输功能。这些是令牌和传递函数的初始化。

在下面的代码片段中，这两个可调度函数 - init和transfer在decl_module！ 宏中定义。

decl_module！ {

pub struct Module《T： Trait》 for enum Call where origin： T：：Origin {

// initialize the token

// transfers the total_supply amout to the caller

fn init（origin） -》 Result {

let sender = ensure_signed（origin）？;

《BalanceOf《T》》：：insert（sender， Self：：total_supply（））;

Ok（（））

}

// transfer tokens from one account to another

fn transfer（_origin， to： T：：AccountId， value： u64） -》 Result {

let sender = ensure_signed（_origin）？;

let sender_balance = Self：：balance_of（sender.clone（））;

ensure！（sender_balance 》= value， “Not enough balance.”）;

let updated_from_balance =

sender_balance.checked_sub（value）

.ok_or（“overflow in calculating balance”）？;

let receiver_balance = Self：：balance_of（to.clone（））;

let updated_to_balance = receiver_balance.checked_add（value）

.ok_or（“overflow in calculating balance”）？;

// reduce sender’s balance

《BalanceOf《T》》：：insert（sender， updated_from_balance）;

// increase receiver‘s balance

《BalanceOf《T》》：：insert（to.clone（）， updated_to_balance）;

Ok（（））

}

}

}

请注意，我们如何使用self：：total_supply（）和《balanceof《t》》访问模块的存储，以获取和设置这些存储项的值。

注意：从安全性的角度来看，这些函数在检查和验证方面需要更多。但为了简单起见，我们暂时跳过它们。

就是这样；我们现在已经定义了我们的小型区块链运行时的状态和行为。

构建和运行substrate节点

现在让我们通过template.rs文件中的令牌传递函数运行我们刚创建的Substrate运行时。

编译

首先，要编译Wasm环境的运行时，请在repository目录的华宁中运行以下命令。

。/scripts/build.sh

完成上述命令后，运行以下命令为本机环境构建Substrate节点。

cargo build --release

运行节点

在创建节点模板之后，运行该节点与我们之前所做的相同。

。/target/release/substrate-demo --dev

此命令应该再次具有类似的输出，并且该节点应该启动并运行和生成区块。

Substrate节点与用户界面连接

现在我们已经使用令牌传输运行了Substrate节点，让我们将它与UI连接以查看它是否正常工作。

最简单的方法是使用Polkadot Apps Portal。它是一个托管的Web应用程序，主要用于连接到Polkadot网络节点，但它也可以连接到本地Substrate节点。

要使用Polkadot Apps UI进行尝试，请按照以下步骤操作：

· 本地节点运行后，在浏览器中打开以下内容，https://polkadot.js.org/apps/

转到设置页面，然后选择远程节点/端点中的本地节点以连接到输入。单击“保存并重新加载”。

应用程序门户将连接到您的本地Substrate节点，如果您转到Explorer页面，它应该显示生成的块。以下屏幕截图显示了连接了本地节点的Polkadot Apps门户的资源管理器视图。

从UI调用Dispatchable函数

要初始化令牌，请调用Apps门户的Extrinsics页面中模板部分下的init（）函数。 请参阅以下屏幕截图以供参考。

如您所见，有一个预先选择的帐户Alice，当单击Submit Transaction按钮时，它将用于签署函数调用。

当此事务在区块中完成时，帐户Alice将根据模块中init（）函数中的逻辑具有所有21000000个令牌。

从UI查询存储值

从UI调用init（）函数后，帐户Alice应该具有更新的令牌余额21000000.让我们通过检查UI中的存储值来验证。

回想一下上一节，我们使用名为BalanceOf的存储项来存储针对AccountIds的令牌余额。我们来看看Alice的AccountId存储的余额是多少。

您可以使用门户的Chainstate页面来查询存储项目。导航到此页面，从第一个下拉菜单（模块列表）中选择模板，然后从下一个菜单中选择balanceOf（AccountId）：u64。从AccountId菜单中，选择Alice。现在点击+按钮。它将显示Alice的令牌余额的更新值（如以下屏幕截图所示）。

就这样。我们构建了一个简单的区块链运行时，并在不到20分钟内将其连接到一个UI。