Định nghĩa Substrate

Substrate là nền tảng xây dựng blockchain do Parity Technologies phát triển, mang đến hạ tầng linh hoạt, dễ mở rộng để triển khai các blockchain tùy chỉnh. Là thành phần công nghệ chủ lực trong hệ sinh thái Polkadot, Substrate giúp các lập trình viên nhanh chóng xây dựng blockchain đầy đủ chức năng nhờ các mô-đun sẵn có, thay vì phải phát triển mọi thứ từ đầu. Không chỉ là nền tảng kỹ thuật cho các dự án được Web3 Foundation hỗ trợ, Substrate còn được nhiều dự án blockchain độc lập lựa chọn, trở thành công cụ cốt lõi thúc đẩy ứng dụng công nghệ blockchain trên diện rộng.

Bối cảnh: Nguồn gốc của Substrate

Substrate ra đời nhằm giải quyết bài toán lớn trong phát triển blockchain: giảm rào cản kỹ thuật khi tạo mới blockchain. Năm 2018, Tiến sĩ Gavin Wood, nhà sáng lập Parity Technologies và cựu CTO Ethereum, đã đề xuất và trực tiếp dẫn dắt phát triển Substrate. Nền tảng này kế thừa kinh nghiệm sâu rộng của Parity trong xây dựng client Ethereum và mạng Polkadot.

Triết lý phát triển của Substrate là cung cấp “bộ công cụ xây dựng blockchain”, nhằm loại bỏ sự lặp lại trong phát triển blockchain truyền thống. Trước khi có Substrate, mỗi dự án blockchain mới đều phải tự xây dựng các thành phần lõi như lớp mạng, cơ chế đồng thuận, xử lý giao dịch; vừa tốn thời gian, nguồn lực vừa tiềm ẩn rủi ro bảo mật.

Đến nay, Substrate đã trở thành dự án mã nguồn mở trưởng thành với cộng đồng lập trình viên năng động, liên tục được cải tiến và nâng cấp để đáp ứng nhu cầu công nghệ blockchain ngày càng phát triển. Từ vai trò nền tảng của Polkadot ban đầu đến việc được ứng dụng rộng rãi trong nhiều dự án blockchain hiện nay, Substrate đã khẳng định giá trị vượt trội với tư cách hạ tầng blockchain.

Cơ chế hoạt động: Substrate vận hành như thế nào

Hình thái thiết kế cốt lõi của Substrate là tính mô-đun, dễ mở rộng, gồm các lớp chính:

1. Lớp lõi: Tích hợp các chức năng nền tảng như lưu trữ dữ liệu, giao tiếp mạng, xử lý giao dịch.
2. Lớp FRAME: Khung phát triển thời gian chạy dạng mô-đun, cho phép lập trình viên xây dựng logic blockchain bằng cách kết hợp các khối chức năng (pallet).
3. Thời gian chạy: Chứa toàn bộ logic nghiệp vụ của blockchain, được biên dịch qua WebAssembly, hỗ trợ nâng cấp không cần chia tách cứng.
4. Lớp API: Cung cấp giao diện truy xuất và tương tác với blockchain.

Quy trình vận hành của Substrate thể hiện rõ tính linh hoạt:

1. Lập trình viên lựa chọn các khối chức năng (pallet) dựng sẵn phù hợp với nhu cầu dự án, như quản lý tài khoản, cơ chế quản trị, hoặc chức năng hợp đồng thông minh.
2. Thông qua API của Substrate, các khối chức năng này được kết hợp và cấu hình để hình thành thời gian chạy blockchain riêng biệt.
3. Mã thời gian chạy được biên dịch đồng thời sang WebAssembly và mã máy, vừa đảm bảo hiệu năng vừa tăng khả năng di động.
4. Nút khách hàng thực thi mã, duy trì trạng thái mạng, xử lý giao dịch.

Điểm nổi bật của Substrate là khả năng “nâng cấp không cần chia tách cứng”, cho phép blockchain cập nhật logic lõi mà không phải chia tách cứng, giúp mạng lưới thích ứng nhanh và phát triển liên tục.

Những rủi ro và thách thức của Substrate

Dù Substrate mạnh về khả năng xây dựng blockchain, framework này vẫn tồn tại một số thách thức:

1. Độ khó tiếp cận cao: Substrate tích hợp nhiều công nghệ phức tạp như Rust, WebAssembly và thiết kế kiến trúc blockchain, đòi hỏi thời gian lớn để lập trình viên mới làm chủ.

2. Cân bằng hiệu năng và mở rộng: Dù Substrate cung cấp nhiều tùy chọn cơ chế đồng thuận, lập trình viên cần đánh đổi giữa bảo mật, phi tập trung và thông lượng tùy vào từng ứng dụng cụ thể.

3. Thách thức quản trị: Các chain xây dựng trên Substrate cần cơ chế quản trị bài bản, nếu không sẽ gặp khó khăn khi ra quyết định nâng cấp hoặc rủi ro tập trung quyền lực.

4. Hệ sinh thái chưa trưởng thành: So với nền tảng lớn như Ethereum, công cụ phát triển, tài liệu và dịch vụ bên thứ ba của Substrate vẫn đang hoàn thiện.

5. Rủi ro pháp lý: Là framework blockchain tùy chỉnh, các ứng dụng trên Substrate có thể đối mặt với thách thức pháp lý tại nhiều quốc gia, đặc biệt ở lĩnh vực nhạy cảm như DeFi và xác minh danh tính.

Khi phạm vi ứng dụng của Substrate ngày càng mở rộng, cộng đồng chủ động khắc phục các vấn đề này bằng cách cải thiện tài liệu; đơn giản hóa API; nâng cấp công cụ phát triển; giảm rào cản tiếp cận; đồng thời tối ưu hiệu năng bằng các giải pháp kỹ thuật và mở rộng.

Substrate là nền tảng quan trọng cho phát triển blockchain hiện đại, là bước tiến quan trọng trong quá trình chuyển đổi công nghệ blockchain từ ứng dụng riêng lẻ sang hạ tầng đa năng. Nhờ giảm rào cản phát triển, tăng khả năng tùy biến và cải thiện khả năng tương tác, Substrate đã góp phần lớn vào việc phổ biến công nghệ blockchain. Khi hệ sinh thái Web3 tiếp tục phát triển, Substrate sẽ đóng vai trò ngày càng quan trọng trong việc kết nối các mạng blockchain, hỗ trợ các kịch bản ứng dụng phức tạp và thúc đẩy chuẩn hóa công nghệ blockchain. Là công cụ xây dựng blockchain, Substrate không chỉ thay đổi cách lập trình viên tạo ra blockchain mà còn tái định nghĩa giới hạn cũng như tiềm năng của công nghệ blockchain.