Substrate（Polkadotフレームワーク）

PolkadotエコシステムにおけるSubstrateとは？

Substrateは、Polkadotエコシステムでカスタムブロックチェーン、パラチェーン、ランタイムロジックを構築するために使用される、モジュール型のRustベースのブロックチェーンフレームワークです。

現在のPolkadotドキュメントでは、Substrateはより広範なPolkadot SDKを構成する中核コンポーネントの一つとして理解するのが適切です。

公式のPolkadot SDK Rustドキュメントでは、Substrateをモジュール型かつ拡張可能な方法でブロックチェーンを構築するためのRustフレームワークであり、Polkadotエコシステムを支える主要エンジンと説明しています。

Substrateは、ネットワーキング、コンセンサス、アカウント、ストレージ、トランザクション処理、ランタイム実行、ブロックチェーンの状態遷移に利用できる再利用可能な構成要素を開発者に提供します。

開発者はブロックチェーンをゼロから記述する代わりに、Substrateを使用して、事前構築済みモジュールとカスタムロジックを組み合わせたチェーンを構築できます。

これらのモジュールは、FRAMEで構築される場合、一般にpalletと呼ばれます。

Polkadotは、すべてのアプリケーションを同一環境でホストする単一のチェーンとして設計されていないため、Substrateは重要です。

Polkadotは、異なるブロックチェーンがそれぞれ異なるユースケースに特化できるマルチチェーンエコシステムとして設計されています。

Substrateは、開発者が独自のルールをより細かく制御しながら、こうした特化型チェーンをより迅速に作成するのに役立ちます。

初心者向けに簡潔に言えば、Substrateは多くのPolkadot SDKベースのネットワークの基盤となるブロックチェーン構築フレームワークです。

SubstrateとPolkadot SDK

Substrateは以前、独立したブロックチェーンフレームワークとして語られていましたが、現在では通常、Polkadot SDKの一部として紹介されています。

公式のPolkadot SDK GitHubリポジトリでは、このSDKを、安全かつスケーラブルに異なるブロックチェーン同士の相互運用を可能にするマルチチェーン・ブロックチェーンプラットフォームであるPolkadot上で構築するために必要なコンポーネント群と説明しています。

この変化は重要です。現在、開発者はSubstrateをFRAME、Cumulus、XCM、その他のPolkadot SDKコンポーネントとあわせて学ぶためです。

Substrateはブロックチェーンの中核的な基盤を提供します。

FRAMEは、開発者によるモジュール型ランタイムロジックの構築を支援します。

Cumulusは、SubstrateベースのチェーンをPolkadotパラチェーンにするための支援を行います。

XCMは、チェーン間で通信し、Polkadotエコシステム全体にわたって資産や命令を移動させることを支援します。

公式のPolkadotパラチェーンドキュメントでは、Substrateがブロックチェーンのコアプリミティブとライブラリを提供し、FRAMEがモジュール型ランタイムロジックを提供し、Cumulusがパラチェーン機能を実現し、XCMがパラチェーンおよびリレーチェーンとの通信を可能にすると説明しています。

このため、Substrateは独立したツールとして捉えるべきではありません。

これは、相互運用可能なブロックチェーンを構築するための、より大きな開発者スタックの一部です。

暗号資産においてSubstrateが重要な理由

Substrateが重要なのは、ブロックチェーン開発をよりモジュール化できるためです。

ブロックチェーンが安全に機能するには、多くの技術的要素が必要です。

ピアツーピアネットワーキング、暗号技術、アカウント処理、状態ストレージ、トランザクションプール、ブロック生成、ランタイム実行、手数料ロジック、ガバナンス、アップグレードロジックが必要になります。

これらすべてをゼロから構築することは困難で、コストがかかり、リスクも伴います。

Substrateは検証済みの基盤を開発者に提供するため、開発者はチェーン固有の設計により注力できます。

これは、異なるアプリケーションに異なるブロックチェーンルールが必要となる暗号資産の分野で特に重要です。

DeFiチェーンには、特化した資産ロジックと高速なクロスチェーン送金が必要になる場合があります。

ゲームチェーンには、高いトランザクション処理量とカスタムNFTの動作が必要になる場合があります。

アイデンティティチェーンには、プライバシー、認証情報、権限ルールが必要になる場合があります。

ガバナンスチェーンには、投票、コンビクションロック、トレジャリー支出、アップグレード制御が必要になる場合があります。

Substrateを利用すると、固定された環境内にスマートコントラクトをデプロイするだけでなく、チェーン自体をカスタマイズできます。

このため、Substrateはアプリケーション特化型ブロックチェーン設計を支える重要なツールの一つです。

SubstrateとPolkadotの違い

SubstrateとPolkadotは関連していますが、同じものではありません。

Substrateはブロックチェーンを構築するためのフレームワークです。

Polkadotは、接続されたチェーンに共有セキュリティ、相互運用性、ガバナンス、調整機能を提供するマルチチェーンネットワークです。

ブロックチェーンはSubstrateで構築した後、Polkadotパラチェーンになることができます。

また、Substrateで構築し、ソロチェーンとして独立稼働させることもできます。

Polkadot自体はPolkadot SDK技術で構築されていますが、このフレームワークは多様なチェーン設計にも対応できます。

この区別は重要です。Substrateは開発者向けツールキットであり、Polkadotはネットワークエコシステムだからです。

Substrateを使用するプロジェクトが、自動的にPolkadotパラチェーンになるわけではありません。

パラチェーンになるには、そのチェーンがパラチェーン関連コンポーネントを使用し、Polkadotのリレーチェーンモデルに接続する必要があります。

簡単に言えば、Substrateはチェーンの構築に使用され、Polkadotは互換性のあるチェーンを共有マルチチェーンネットワークへ接続します。

Substrateとスマートコントラクトの違い

Substrateは、開発者がブロックチェーンのランタイム自体を構築できるため、スマートコントラクトプラットフォームとは異なります。

スマートコントラクト開発者は、既存のブロックチェーン環境内で実行されるアプリケーションロジックを記述します。

Substrate開発者は、チェーン環境自体のルールを定義できます。

これには、アカウントルール、手数料ルール、ガバナンスルール、ステーキングルール、トランザクションタイプ、資産ロジック、アップグレードの動作などを含めることができます。

スマートコントラクトは、デプロイしやすく、チェーン全体を立ち上げる必要がないため強力です。

Substrateは、チェーンのコアロジックをより深く制御できるため強力です。

プロジェクトは、既存チェーン内で迅速にデプロイしたい場合、スマートコントラクトを選ぶことがあります。

カスタムランタイム、独自のバリデーターまたはパラチェーン設計、特化したパフォーマンス、ネイティブなプロトコルレベル機能が必要な場合、プロジェクトはSubstrateを選ぶことがあります。

一部のPolkadot SDKベースのチェーンでは、スマートコントラクトpalletまたは関連ランタイムモジュールを含めることで、スマートコントラクトもサポートできます。

つまり、Substrateとスマートコントラクトは直接競合するのではなく、相互に補完できます。

Substrateの仕組み

Substrateは、ブロックチェーンを再利用可能なコンポーネントとカスタマイズ可能なランタイムに分離することで機能します。

ノード側では、ネットワーキング、データベース操作、トランザクションプールロジック、ブロック生成、コンセンサスへの参加、他ノードとの通信を処理します。

ランタイムは状態遷移関数を定義します。これは、有効なトランザクションがチェーンの状態をどのように変更するかを決定するものです。

チェーン固有のビジネスロジックの大部分は、このランタイムに含まれます。

Substrateランタイムには、残高、資産、ステーキング、ガバナンス、アイデンティティ、セッション、タイムスタンプ、ランダム性、NFT、その他の機能向けのpalletを含めることができます。

事前構築済みのpalletだけでは不十分な場合、開発者はカスタムpalletを作成することもできます。

ランタイムはWebAssembly（一般にWasmと呼ばれます）へコンパイルされ、ネットワークノードが一貫して実行できるようになります。

この設計はフォークレスのランタイムアップグレードをサポートします。ランタイムコード自体をオンチェーンガバナンスまたは認可されたアップグレードロジックを通じて更新できるためです。

フォークレスアップグレードは重要です。すべての参加者が同時に新しいチェーンバージョンを手動でインストールしなくても、ブロックチェーンを進化させられるためです。

開発者にとっては、ローンチ後にブロックチェーンを維持・改善するための、より柔軟な手段となります。

SubstrateにおけるFRAME

FRAMEはFramework for Runtime Aggregation of Modularized Entitiesの略です。

FRAMEは、SubstrateおよびPolkadot SDKで使用される主要なモジュール型ランタイム開発フレームワークです。

公式のFRAME概要では、FRAMEはpalletと呼ばれるモジュール型コンポーネントからブロックチェーンのランタイム環境を作成するのに役立つと説明しています。

palletは、特定の機能を提供するランタイムモジュールです。

たとえば、balances palletはネイティブトークンの残高システムを管理できます。

assets palletは複数の代替可能資産を管理できます。

governance palletは提案および投票ロジックをサポートできます。

staking palletはバリデーター選出とステーキングルールをサポートできます。

開発者は既存のpalletとカスタムpalletを組み合わせ、チェーンの目的に合うランタイムを構築できます。

これはSubstrateの最も大きな利点の一つです。反復的なエンジニアリング作業を削減できるためです。

信頼できるpalletがすでに存在する場合、チームは一般的なブロックチェーン機能を再発明する必要がありません。

ランタイムとは？

ランタイムとは、チェーンのルールを定義するSubstrateベースのブロックチェーンの一部です。

どのトランザクションが有効か、残高がどのように変化するか、資産をどのように作成するか、ガバナンスがどのように機能するか、手数料をどのように計算するか、状態をどのように更新するかを決定します。

従来のソフトウェアの用語では、ランタイムはブロックチェーンのビジネスロジック層のようなものです。

ブロックチェーンの用語では、すべての正直なノードが一貫して実行しなければならない状態遷移関数です。

ランタイムが重要なのは、似たノードインフラを使用する2つのチェーンでも、ルールが大きく異なる可能性があるためです。

あるランタイムはDeFi向けに最適化される場合があります。

別のランタイムはアイデンティティ向けに最適化される場合があります。

また別のランタイムはNFTやゲーム向けに最適化される場合があります。

Substrateのランタイムモデルにより、開発者はブロックチェーンを深いレベルでカスタマイズできます。

そのため、Substrateは汎用的なコントラクト環境だけでなく、アプリケーション特化型チェーンでよく使用されます。

palletとは？

palletは、Substrateベースのブロックチェーンを構築するために使用されるモジュール型ランタイムコンポーネントです。

palletは、既製の機能またはカスタム機能を提供できます。

公式のpallet追加に関するPolkadotガイドでは、既存palletの追加には依存関係の設定、palletの構成トレイトの実装、ランタイムへのpallet登録が含まれると説明しています。

一般的なpalletでは、残高、資産、タイムスタンプ、ランダム性、ステーキング、セッションキー、ガバナンス、アイデンティティ、NFT、トランザクション支払いを管理できます。

標準モジュールでは利用できないアプリケーション特化型ロジック向けに、カスタムpalletを記述できます。

たとえば、ゲームチェーンはアイテムクラフティング用のカスタムpalletを記述する場合があります。

DeFiチェーンは流動性インセンティブ向けのカスタムpalletを記述する場合があります。

アイデンティティチェーンは認証情報発行向けのカスタムpalletを記述する場合があります。

palletにより、開発者はビルディングブロックのセットのようにチェーンを組み立てられるため、Substrateは柔軟です。

ただし、palletには依然として慎重なテスト、ベンチマーク、セキュリティレビュー、経済的分析が必要です。

Substrateとパラチェーン

Substrateは、Polkadotのパラチェーン構築に一般的に使用されます。

パラチェーンはPolkadotに接続し、Polkadotの共有セキュリティおよび相互運用性モデルの恩恵を受けるブロックチェーンです。

公式のPolkadotパラチェーン概要では、パラチェーンはリレーチェーンに接続し、Polkadotのアーキテクチャを通じて相互に通信できる特化型ブロックチェーンであると説明しています。

Substrateはチェーン構築の基盤を提供します。

Cumulusは、そのチェーンをPolkadotのパラチェーンモデルと互換性のあるものにするツールを提供します。

XCMは、パラチェーンと他のコンセンサスシステム間のクロスチェーンメッセージングを提供します。

つまり、Substrateベースのチェーンは単独で稼働するのではなく、より大きなマルチチェーンネットワークの一部になることができます。

ユーザーにとって、パラチェーンは共有セキュリティとクロスチェーン資産移動を備えた特化型アプリケーションを実現する場合があります。

開発者にとって、パラチェーンは完全に独立したセキュリティモデルをゼロから構築する負担を軽減できる場合があります。

Polkadotエコシステムにとって、Substrateベースのパラチェーンは特化型ブロックチェーンのスケーラビリティの基盤です。

Substrateとソロチェーン

ソロチェーンとは、Polkadotパラチェーンとして接続するのではなく、独立して稼働するブロックチェーンです。

Substrateはパラチェーン開発に限定されないフレームワークであるため、ソロチェーンの構築にも使用できます。

ソロチェーンは、独自のバリデーターセット、コンセンサス設計、トークン経済、ガバナンスプロセス、セキュリティ上の前提を持つ場合があります。

これは、完全な独立性を求めるチームや、Polkadotへの接続準備がまだ整っていないチームにとって有用な場合があります。

ただし、ソロチェーンは自らのセキュリティを管理しなければなりません。

適切なアーキテクチャを通じて接続しない限り、Polkadotの共有セキュリティに自動的に依存することはできません。

これは重要なトレードオフです。

ソロチェーンはより高い独立性を得られる一方で、十分なバリデーターまたは経済的ステークを集められなければ、セキュリティが弱くなる可能性もあります。

パラチェーンは共有セキュリティを得られる場合がありますが、Polkadotエコシステムの要件に従う必要があります。

Substrateは、開発者が目標に適したモデルを選択できる柔軟性を提供します。

SubstrateとXCM

XCMはCross-Consensus Messagingの略です。

これは、Polkadot SDKベースのシステムがチェーンおよびコンセンサス環境をまたいで通信するために使用するメッセージ形式です。

公式のPolkadot XCMドキュメントでは、XCMにより、リレーチェーンが共有セキュリティに集中する一方で、パラチェーンが通信し、ユーザー残高、ガバナンス、ステーキングなどのタスクを処理できると説明しています。

Substrateベースのパラチェーンは、XCMを使用してPolkadotエコシステム全体で資産、メッセージ、命令を送信できます。

マルチチェーンエコシステムには、孤立したブロックチェーンだけでなく通信も必要となるため、これは重要です。

クロスチェーンメッセージングがなければ、各チェーンは独立した島になります。

XCMを使用すれば、定義されたルールに従って、トークン、ガバナンス命令、アプリケーションのアクションを互換性のあるチェーン間で移動できます。

ユーザーにとって、XCMはクロスチェーン資産移転やアプリの相互作用を可能にする場合があります。

開発者にとって、XCMは複数のチェーンを利用するアプリケーションを構築する手段となります。

Substrateがチェーンフレームワークを提供する一方、XCMはそれらのチェーンの連携を支援します。

Substrateとコンセンサス

Substrateはブロックチェーンコンセンサス向けのツールを開発者に提供しますが、すべてのチェーンに単一の固定コンセンサスモデルを強制するものではありません。

チェーンは、目的やネットワークモデルに応じてコンセンサスコンポーネントを選択できます。

コンセンサスは、ブロックがどのように生成、確定、承認されるかを決定します。

Polkadotのパラチェーンモデルでは、パラチェーンは共有セキュリティとファイナリティ調整のためにリレーチェーンに依存します。

ソロチェーンモデルでは、チェーンが独自のコンセンサスとバリデーターセットを使用する場合があります。

Substrateの柔軟性により、異なるセキュリティ上の前提が可能になります。

この柔軟性は有用ですが、ユーザーは利用するチェーンを理解する必要があることも意味します。

Substrateベースのチェーンが、Polkadotと同じセキュリティを自動的に持つわけではありません。

そのセキュリティは、パラチェーン、ソロチェーン、システムチェーン、テストネットワーク、またはその他の設計であるかによって異なります。

Substrateベースのネットワークを評価する際、ユーザーはそのセキュリティ確保の仕組みを確認する必要があります。

Substrateとフォークレスアップグレード

フォークレスアップグレードは、Substrateの最も重要な機能の一つです。

フォークレスアップグレードにより、ネットワークを互換性のないバージョンへ分割することなく、ブロックチェーンランタイムを更新できます。

ランタイムはWasmコードとしてオンチェーンに保存・更新できるため、ガバナンスまたは認可された仕組みは、チェーン自体を通じてチェーンルールを更新できます。

これは、ブロックチェーンが時間の経過とともにバグ修正、機能追加、経済設計の調整、パフォーマンス改善を行う必要があるため有用です。

従来のブロックチェーンモデルでは、大規模なアップグレードに、数多くの参加者がオフチェーンで調整する必要があるハードフォークを要する場合があります。

Substrateのランタイムアップグレードモデルにより、チェーンの進化がより体系化されます。

ただし、フォークレスアップグレードにはガバナンス上の責任も伴います。

ガバナンスがランタイムをアップグレードできる場合、ガバナンスは重要なチェーンの動作を変更できるからです。

ユーザーは、誰がアップグレードを承認できるのか、またアップグレードの意思決定がどのように行われるのかを理解する必要があります。

技術的な柔軟性は、責任あるガバナンスと組み合わされて初めて価値を持ちます。

SubstrateとWebAssembly

WebAssemblyは一般にWasmと呼ばれ、ランタイムがWasmにコンパイルされるため、Substrateにおいて重要です。

Wasmにより、異なるノード間でもランタイムロジックを移植性と決定性を備えた形で実行できます。

これにより、異なるマシンで稼働するノードであっても、状態遷移について合意しやすくなります。

また、オンチェーンのランタイムアップグレードモデルもサポートします。

ランタイムがアップグレードされると、新しいWasmランタイムがチェーンの更新されたルールを定義できます。

これにより、ランタイムはノードソフトウェアからより分離されます。

ノードオペレーターは一部の変更でソフトウェア更新が必要になる場合がありますが、多くのランタイムレベルの変更はオンチェーンアップグレードプロセスを通じて実施できます。

開発者にとって、WasmはSubstrateの柔軟性とアップグレード性を支える要素の一つです。

ユーザーにとって、WasmはPolkadot SDKベースのチェーンが、すべての改善を破壊的なネットワークフォークにすることなく進化できる理由の一つです。

したがって、WasmはSubstrateのモジュール型ブロックチェーン設計を支える重要な技術レイヤーです。

SubstrateとRust

Substrateは、メモリ安全性、パフォーマンス、強力な型チェックで知られるプログラミング言語Rustで記述されています。

Rustは、信頼性とパフォーマンスが重要となるシステムプログラミングで広く使用されています。

ブロックチェーンノードは、トランザクションの処理、データ保存、ピアとの通信、コンセンサス維持を担うため、システムソフトウェアです。

Rustは、一部の旧来のシステム言語と比較して、メモリ関連のエラーを抑えながら高性能なブロックチェーンソフトウェアを記述するのに役立ちます。

ただし、Rustがあらゆるバグを防ぐことを意味するわけではありません。

ロジックエラー、経済設計の欠陥、コンセンサスの問題、不安全な前提は依然として発生する可能性があります。

それでも、安全性とパフォーマンスの両方が重要であるため、Rustはブロックチェーンインフラに適しています。

Substrate開発者は通常、palletのカスタマイズ、ランタイム構築、Polkadot SDKコードの深い操作のためにRustの知識を必要とします。

本番環境向けのSubstrateチェーンを構築するチームは、テスト、ベンチマーク、ランタイムウェイト、セキュアなソフトウェア実践も理解すべきです。

Substrateの強力さには、本格的なエンジニアリングの学習曲線が伴います。

Substrateとブロックチェーントークン

Substrateは多様なトークンモデルをサポートできます。

チェーンはbalances palletで管理されるネイティブトークンを持つことができます。

チェーンはassets palletを通じて複数の代替可能資産をサポートできます。

チェーンは、特化したランタイムモジュールを通じてNFTまたはユニーク資産をサポートできます。

対応している場合、チェーンにはスマートコントラクト機能を含め、開発者がコントラクトベースのトークンをデプロイできるようにすることも可能です。

公式のPolkadot SDK Assets palletドキュメントでは、Assets palletを代替可能資産のセットを管理するモジュールと説明しています。

このトークンの柔軟性は、Substrateがパラチェーンおよびアプリチェーンに有用である理由の一つです。

DeFiチェーンには多くの代替可能資産が必要になる場合があります。

ゲームチェーンにはNFTとゲームアイテム資産が必要になる場合があります。

ガバナンスチェーンには、トークンロックと投票残高が必要になる場合があります。

チェーンは、外部コントラクトのみに依存せず、トークンの動作をランタイムに組み込むことができます。

ユーザーは、Substrateベースの各トークンには独自のチェーン固有ルールがある場合を理解しておく必要があります。

Substrateとガバナンス

Substrateは、ガバナンスロジックをランタイムへ直接組み込めるため、高度なオンチェーンガバナンスをサポートできます。

ガバナンスは、ランタイムアップグレード、トレジャリー支出、パラメーター変更、資産登録、バリデーター設定、プロトコル上の意思決定に使用できます。

Polkadotのガバナンスシステムは、Polkadot SDK技術で構築可能なものの一例です。

公式のPolkadotガバナンスドキュメントでは、投票者はトークンとコンビクション投票を使用して意思決定に影響を与えられると説明しています。

他のSubstrateベースのチェーンでは、異なるガバナンスモデルを設計できます。

評議会、国民投票、技術委員会、origin、track、またはカスタム承認プロセスを使用する場合があります。

異なるコミュニティには異なるガバナンスシステムが必要であるため、この柔軟性は有用です。

ただし、ガバナンスはリスクにもなり得ます。

少数のグループがアップグレード、トレジャリー資金、緊急機能を支配する場合、ユーザーはその信頼上の前提を理解する必要があります。

Substrateチェーンのガバナンス設計は、そのコードと同じくらい慎重に評価すべきです。

Substrateと手数料

Substrateベースのチェーンでは、トランザクション手数料をカスタマイズできます。

チェーンは、手数料の計算方法、どのトークンで手数料を支払うか、混雑に応じて手数料が変動するか、手数料収益をどのように分配するかを定義できます。

手数料ロジックは、トランザクション支払いpalletなどのランタイムモジュールを通じて処理される場合があります。

一部のチェーンでは、ネイティブトークンで手数料を請求する場合があります。

他の資産による手数料支払いをサポートするチェーンもあります。

手数料を負担、補助、またはアプリケーション特化型の手数料モデルを設計するチェーンもあります。

この柔軟性はユーザー体験を改善する可能性があります。

たとえば、コンシューマー向けアプリケーションチェーンでは、ユーザーが複雑なガストークンのプロセスを最初に理解しなくても利用できるようにしたい場合があります。

ただし、手数料のカスタマイズは複雑さを生むこともあります。

ユーザーは、どのトランザクションにどのトークンが必要なのか分からない場合があります。

開発者は、ウォレットやアプリケーション内で手数料ルールを明確に伝えるべきです。

Substrateとステーキング

Substrateは、ランタイムロジックを通じてステーキングシステムをサポートできます。

ステーキングは、バリデーターの選出、ネットワークの保護、参加者への報酬、バリデーターの説明責任の管理に使用される場合があります。

PolkadotはNominated Proof-of-Stakeを使用しており、トークン保有者はバリデーターを推薦し、ネットワークセキュリティに参加できます。

公式のPolkadotステーキングドキュメントでは、ノミネーターはステークによりバリデーターを支持し、その選出を支援すると説明しています。

他のSubstrateベースのチェーンは、異なるステーキング、委任、またはコレーター選出の設計を使用する場合があります。

Substrateは、開発者がネットワークのニーズに応じてステーキングルールを調整する能力を提供します。

ステーキング設計は、分散化、報酬分配、バリデーターのインセンティブ、スラッシングリスク、トークンの流動性に影響します。

ユーザーは、すべてのSubstrateチェーンがPolkadotと同じステーキングルールを持つと想定すべきではありません。

トークンをステーキングする前に、ユーザーはロック期間、報酬ロジック、バリデーターリスク、ガバナンスルール、スラッシング条件を理解する必要があります。

ステーキングは単なる利回り機能ではなく、セキュリティの仕組みです。

Substrateとパラチェーン開発

Substrateは、ランタイムの深いカスタマイズをサポートするため、パラチェーンを構築するチームによく使用されます。

パラチェーンチームは、テンプレートから開始し、既存のpalletを含め、カスタムpalletを記述し、Cumulusを設定し、テストネットワークに接続して、Polkadot相互運用性の準備を進められます。

公式のPolkadot SDKインストールガイドでは、開発者が依存関係をインストールし、Rustツールをセットアップし、Polkadot SDKをビルドする方法を説明しています。

パラチェーン開発には通常、Rust、ランタイム構成、ベンチマーク、ウェイト、テスト、XCM、運用デプロイメントに関する強い知識が必要です。

単純なトークンコントラクトのデプロイよりも複雑です。

その複雑さへの見返りは制御です。

パラチェーンは、実行環境、経済設計、ガバナンス、資産処理、相互運用性をカスタマイズできます。

そのため、Substrateは単なるコントラクトではなく完全なブロックチェーンを必要とする本格的なプロジェクトにとって魅力的です。

ただし、チームは高度に聞こえるという理由だけでSubstrateを選ぶべきではありません。

カスタムチェーンが真に必要な場合に選ぶべきです。

Substrateと開発者ツール

Substrate開発には、ブロックチェーンの構築、テスト、ベンチマーク、デプロイのためのツールが関わります。

開発者は、Polkadot SDKリポジトリ、Rustツールチェーン、ノードテンプレート、ランタイムテンプレート、テストネットワーク、ベンチマークツール、chain-spec生成を使用する場合があります。

公式のPolkadotベンチマークドキュメントでは、frame-omni-bencherをFRAME palletベンチマークの公式ツールとして説明しています。

Substrateチェーンには実行コストを反映したトランザクションウェイトが必要なため、ベンチマークは重要です。

ウェイトが低すぎる場合、負荷の大きいトランザクションがチェーンを過負荷にする可能性があります。

ウェイトが高すぎる場合、ユーザーはより多く支払うことになったり、不必要な制限に直面したりする可能性があります。

ランタイムのバグは残高、ガバナンス、ステーキング、資産、クロスチェーンの動作に影響する可能性があるため、テストも重要です。

開発者は、本番チェーンをローンチする前に、ユニットテスト、統合テスト、ランタイムテスト、ベンチマーク、テストネット、監査を利用すべきです。

Substrateはブロックチェーン構築をよりモジュール化しますが、ブロックチェーンエンジニアリングを簡単にするものではありません。

強力なツールはリスク低減に役立ちますが、慎重な設計の代わりにはなりません。

Substrateと相互運用性

多くのSubstrateベースのチェーンはPolkadotへの接続を目的として設計されているため、Substrateは相互運用性と密接に結び付いています。

Polkadotのマルチチェーンアーキテクチャは、特化型チェーンが孤立して動作するのではなく通信することに依存しています。

XCMはこの通信のための重要なメッセージ形式です。

Substrateベースのパラチェーンは、XCMを使用してトークン、命令、その他のクロスチェーンメッセージを送信できます。

これにより、クロスチェーンDeFi、マルチチェーン資産管理、リモートステーキングアクション、クロスチェーンガバナンス、共有インフラサービスなどのユースケースをサポートできます。

暗号資産ユーザーは多くのネットワークにまたがって資産を保有する傾向が強まっているため、相互運用性には価値があります。

ただし、相互運用性は複雑性も高めます。

ユーザーは、送信元チェーン、送信先チェーン、資産、手数料、XCMルート、ウォレットの対応状況を理解する必要があります。

開発者は、失敗ケース、資産登録、実行手数料、メッセージ形式、セキュリティ上の前提を処理する必要があります。

Substrateは相互運用可能なチェーン構築の基盤を提供しますが、安全な相互運用性には依然として慎重な実装が必要です。

Substrateとセキュリティ

Substrateは再利用可能なコンポーネントを提供することでブロックチェーンのセキュリティ向上に役立ちますが、セキュリティは依然としてチェーンの設定および維持方法に依存します。

設計の不十分なランタイムは、依然として重大なリスクを生む可能性があります。

カスタムpalletにはロジックバグが含まれる場合があります。

ガバナンスシステムは不安全なアップグレードを承認する可能性があります。

ステーキングシステムは、中央集権化やスラッシングの問題を生む可能性があります。

XCM構成は、ユーザーをクロスチェーン送金のミスにさらす可能性があります。

ウェイトやコストが不適切な場合、手数料モデルはスパムに対して脆弱になる可能性があります。

このため、Substrateのセキュリティにはコードレビュー、ベンチマーク、テスト、監査、モニタリング、責任あるガバナンスが必要です。

ユーザーは、チェーンがPolkadotパラチェーン、ソロチェーン、テストネットワーク、実験的デプロイメントのいずれであるかも理解する必要があります。

「Substrateで構築されている」という表現は、チェーンが自動的に安全であることを意味しません。

これは、そのチェーンが強力なフレームワークを使用していることを意味し、最終的なセキュリティは実装に依存します。

Substrateのメリット

Substrateの第1のメリットは、モジュール型のブロックチェーン開発です。

開発者は、事前構築済みpalletとカスタムpalletを使用して、チェーン固有のロジックを作成できます。

第2のメリットは、ランタイムのカスタマイズ性です。

チェーンは、資産、手数料、ガバナンス、ステーキング、アカウント、アップグレードに関する独自のルールを定義できます。

第3のメリットは、Polkadotエコシステムとの互換性です。

Substrateチェーンは、CumulusおよびXCMのサポートを備えたパラチェーンとして設計できます。

第4のメリットは、フォークレスアップグレード機能です。

ランタイムアップグレードは、破壊的な手動ハードフォークなしでチェーンを進化させるのに役立つ場合があります。

第5のメリットは、Rustベースのインフラです。

Rustは、ブロックチェーンノード開発におけるパフォーマンスとメモリ安全性をサポートします。

第6のメリットは相互運用性です。

Substrateベースのパラチェーンは、Polkadotのクロスチェーンメッセージングシステムを通じて通信できます。

第7のメリットは、アプリチェーン向けの柔軟性です。

チームは、DeFi、アイデンティティ、ゲーム、NFT、ガバナンス、またはエンタープライズ型インフラ向けに最適化されたチェーンを構築できます。

Substrateのリスクと制限

第1のリスクは複雑性です。

Substrateは強力ですが、本格的なRust、ランタイム、ブロックチェーン、セキュリティの知識が必要です。

第2のリスクは実装品質です。

不適切なpallet、不安全なアップグレード、脆弱なガバナンスシステム、不十分な手数料モデルは、チェーンに損害を与える可能性があります。

第3のリスクはセキュリティに関する誤解です。

ユーザーは、Substrateチェーンが単なるソロチェーンであるにもかかわらず、Polkadotの共有セキュリティを持つと想定する場合があります。

第4のリスクはガバナンスリスクです。

ランタイムアップグレードの権限は有用ですが、ガバナンスが支配されたり不注意だったりする場合、重要なルールを変更できる可能性があります。

第5のリスクは相互運用性リスクです。

XCMとクロスチェーン資産には、慎重な構成とユーザー教育が必要です。

第6のリスクは開発者の負担です。

独自のチェーンを構築するチームは、インフラ、ドキュメント、統合、アップグレード、コミュニティサポートを維持しなければなりません。

第7のリスクはエコシステムとの適合性です。

一部のプロジェクトには完全なカスタムブロックチェーンは不要で、既存チェーンにデプロイする方が適している場合があります。

Substrateは、本格的なチェーンビルダーのための本格的なツールであり、優れたエンジニアリングを省略するための近道ではありません。

プロジェクトはいつSubstrateを使用すべきか？

プロジェクトは、カスタムブロックチェーンランタイムが必要な場合にSubstrateを使用することがあります。

必要なアプリケーション設計に対してスマートコントラクトの制約が大きすぎる場合に、Substrateを使用することがあります。

プロジェクトにカスタムステーキング、ガバナンス、手数料、資産、アカウントロジックが必要な場合に、Substrateを使用することがあります。

Polkadotパラチェーンになることを望む場合に、Substrateを使用することがあります。

XCMによる相互運用性がアプリケーションの中核である場合に、Substrateを使用することがあります。

単純なデプロイ速度よりも、パフォーマンス、ランタイム制御、プロトコルレベルのカスタマイズが重要な場合に、Substrateを使用することがあります。

基本的なトークンまたは単純なスマートコントラクトをローンチしたいだけの場合、プロジェクトにSubstrateは不要な可能性があります。

チェーンを維持するエンジニアリングリソースがない場合、プロジェクトにSubstrateは不要な可能性があります。

既存のPolkadotエコシステムチェーンがすでに必要な機能を提供している場合、プロジェクトにSubstrateは不要な可能性があります。

Substrateを使用する最適な理由は、チェーンレベルのカスタマイズに対する実際の必要性です。

ユーザーにとってのSubstrate

ほとんどのユーザーはSubstrateを直接操作しません。

ユーザーは、Substrateベースのチェーン上に構築されたウォレット、パラチェーン、トークン、ステーキングダッシュボード、ガバナンスページ、DeFiアプリ、NFTプラットフォーム、エクスプローラーを操作します。

ただし、Substrateを理解することで、ユーザーはより適切な判断を下せる場合があります。

ユーザーは、チェーンがパラチェーンかソロチェーンかを学ぶことができます。

ユーザーは、あるパラチェーンの手数料やガバナンスルールが別のパラチェーンと異なる理由を理解できます。

ユーザーは、クロスチェーン送金にXCMが必要な理由を理解できます。

ユーザーは、一部の残高がロック、予約、ボンドされている、またはガバナンスに使用されている理由を理解できます。

また、Polkadotが均一な単一のアプリケーション環境ではなく、マルチチェーンエコシステムであることも理解できます。

Substrateに関する知識は、ユーザーが利用するアプリの背後にあるアーキテクチャを理解するのに役立ちます。

これにより、セキュリティ意識、ステーキング判断、ガバナンス参加、クロスチェーン資産の取り扱いを改善できる場合があります。

開発者にとってのSubstrate

開発者にとって、Substrateは分散型アプリケーションだけでなく完全なブロックチェーンを構築するためのフレームワークです。

開発者は、カスタムpalletの作成、既存palletの構成、ランタイム型の定義、トランザクションウェイトの設定、ストレージ管理、chain spec構築、アップグレードテスト、Polkadotインフラへの接続を行えます。

あらゆるアイデアを固定されたチェーン環境に適応させるのではなく、アプリケーションに合ったランタイムロジックを設計できます。

これは大きな創造的自由をもたらします。

同時に責任も生じます。

Substrate開発者は、コンセンサス上の前提、手数料、ストレージ増加、ガバナンス、アップグレード、相互運用性、セキュリティ、ユーザー体験について考える必要があります。

本番ブロックチェーンの開発は、コンパイルできるコードを書く以上のことを必要とします。

敵対的な環境下でも機能する経済・社会システムを設計する必要があります。

Substrateはフレームワークを提供しますが、開発者は依然として責任を持ってチェーンを構築しなければなりません。

このため、公式ドキュメント、テンプレート、ベンチマーク、テストネットワーク、監査、エコシステムサポートが非常に重要です。

Substrateに関するよくある誤解

よくある誤解の一つは、SubstrateがPolkadotと同じものであるというものです。

Substrateはフレームワークであり、PolkadotはPolkadot SDK技術で構築されたマルチチェーンネットワークです。

もう一つの誤解は、すべてのSubstrateチェーンが自動的にPolkadotパラチェーンになるというものです。

Substrateチェーンはパラチェーンになれますが、ソロチェーンまたはテストネットワークにもなれます。

3つ目の誤解は、Substrateがトークン専用であるというものです。

Substrateはトークンロジックをサポートできますが、ガバナンス、アイデンティティ、ステーキング、メッセージング、ストレージ、NFT、プライバシー機能、その他多くのランタイム機能もサポートできます。

4つ目の誤解は、Substrateを使用すればチェーンが自動的に安全になるというものです。

セキュリティは、ランタイム設計、ガバナンス、バリデーターに関する前提、監査、テスト、運用に依存します。

5つ目の誤解は、Substrateがあらゆるケースでスマートコントラクトを置き換えるというものです。

Substrateはチェーンレベルのカスタマイズに適している一方、既存環境内でアプリを迅速にデプロイするには、スマートコントラクトの方が適している場合があります。

FAQ

PolkadotにおけるSubstrateとは？

Substrateは、Polkadot SDK内でカスタムブロックチェーン、パラチェーン、ランタイムロジックを構築するために使用される、モジュール型のRustベースのブロックチェーンフレームワークです。

SubstrateはPolkadotと同じですか？

いいえ。Substrateはブロックチェーン構築フレームワークであり、Polkadotは互換性のあるチェーンを接続・保護するマルチチェーンネットワークです。

Substrateは現在も使用されていますか？

はい。Substrateは現在もPolkadot SDKの中核部分として使用されていますが、現在のドキュメントでは、より広範なPolkadot SDK構造の中で紹介されることが多くなっています。

SubstrateにおけるFRAMEとは？

FRAMEは、palletと呼ばれる再利用可能なコンポーネントを使用して、開発者がSubstrateランタイムを構築できるモジュール型ランタイム開発フレームワークです。

palletとは何ですか？

palletは、残高、資産、ステーキング、ガバナンス、アイデンティティ、NFT、カスタムアプリケーションロジックなどの特定機能を追加するランタイムモジュールです。

SubstrateはPolkadot以外でも使用できますか？

はい。Substrateは独立したソロチェーンの構築にも使用できますが、多くのプロジェクトはPolkadot互換のパラチェーンを構築するために使用しています。

Substrateはどのプログラミング言語を使用しますか？

SubstrateはRustで記述されており、Substrateのランタイムロジックは一般にRustベースのFRAME palletで構築されます。

Substrateランタイムとは？

Substrateランタイムは、有効なトランザクション、状態変更、残高、ガバナンス、手数料、資産、アップグレードを定義するチェーンロジックです。

開発者がSubstrateを使用する理由は？

開発者は、カスタムブロックチェーンルール、モジュール型ランタイム設計、Polkadot互換性、フォークレスアップグレード、またはアプリケーション特化型チェーンロジックが必要な場合にSubstrateを使用します。

Substrateでの開発はリスクなしですか？

いいえ。Substrateは強力ですが複雑であり、チェーンには依然としてバグ、不十分なガバナンス、脆弱な経済設計、相互運用性の問題、セキュリティ上の問題が生じる可能性があります。

まとめ

Substrateは、多くのPolkadot SDKベースネットワークの基盤となるモジュール型ブロックチェーンフレームワークです。

開発者は、コアブロックチェーンプリミティブ、FRAME pallet、カスタムランタイムロジック、Polkadot互換コンポーネントを組み合わせて、カスタムブロックチェーンを構築できます。

SubstrateはPolkadotと同じものではありませんが、Polkadotエコシステムを実現する主要技術の一つです。

関連するPolkadot SDKツールを通じて、パラチェーン開発、ソロチェーン開発、カスタムランタイム、トークンシステム、ガバナンス、ステーキング、フォークレスアップグレード、クロスチェーン相互運用性をサポートします。

最大の強みは柔軟性です。

開発者は、一つの固定ランタイム環境に制約されるのではなく、アプリケーションのニーズに応じてブロックチェーンルールを設計できます。

このため、Substrateはアプリチェーン、パラチェーン、DeFiネットワーク、アイデンティティシステム、ゲームチェーン、NFTチェーン、ガバナンス機能の多いプロトコルに特に有用です。

ただし、Substrateは単純な近道ではありません。

強力なエンジニアリング、セキュリティレビュー、ベンチマーク、ガバナンス設計、運用保守が必要です。

またユーザーは、Substrateベースのチェーンが自動的に安全であるわけでも、Polkadotの共有セキュリティモデルの一部であるわけでもないことを理解する必要があります。

暗号資産用語集の文脈で、Substrate（Polkadotフレームワーク）とは、開発者が特化型でアップグレード可能かつ相互運用可能なブロックチェーンを構築するのに役立つ、Polkadot SDK内のカスタマイズ可能なブロックチェーンフレームワークを指します。

重要なポイントは、Substrateが暗号資産のビルダーに、他者のチェーン上のアプリケーションだけでなく、ブロックチェーン全体を設計する力を与えることです。