Om te begrijpen waarom Substrate bestaat, is het noodzakelijk om een goed begrip te hebben van wat een blockchain is en wat er nodig is om er een te maken. Om aan de slag te gaan: een letterlijke definitie van een blockchain is zoals de naam al suggereert: een ketting van blokken. Een blockchain hoeft niet complex te zijn, het kan zo simpel zijn als een kale datastructuur die gegevensblokken met elkaar verbindt. Blockchains zijn handig omdat ze door hun ontwerp fraudebestendig zijn. Dit komt doordat elk blok in de ketting de hash van het vorige blok bevat. Een hash wordt verkregen door de informatie in het blok te verzamelen in combinatie met de hash van de parent (de parent is het vorige blok) en deze door een willekeurig hashfunctie te laten lopen die een unieke waarde terug geeft gebaseerd op de invoer. De insluiting van eerdere hashes geldt voor elk blok in de ketting tot aan het eerste blok, ook wel het genesisblok genoemd. Dus als er iets in een bepaald blok verandert, verandert de hash, wat betekent dat als een willekeurige blok N, N+1 blok(ken) voorafgaat, hun hashes opnieuw moeten worden berekend omdat de hash van de parent is veranderd. Dit zorgt ervoor dat als een blok eenmaal veel opeenvolgende blokken heeft, het niet kan worden gewijzigd zonder de opeenvolgende blokken te dwingen ook te veranderen. Zo’n herberekening zou een enorme rekenkracht vereisen en is tegenwoordig iets wat bijna onmogelijk te bereiken is. Als een ketting veel blokken heeft, wordt het steeds moeilijker om veranderingen in de ketting aan te brengen naarmate men dichter bij de origin besluit om de verandering door te voeren. Combineer dit met het feit dat blockchains van nature decentraal zijn, wat inhoudt dat meerdere computers in een netwerk dezelfde blockchain met dezelfde data bevatten. De enorme rekenkracht die de tamperer nodig had om een ketting te veranderen, zal niet worden weerspiegeld in de andere kopieën in de andere nodes, tenzij de andere meerderheid van de kettingen zich in dezelfde staat bevindt (wat dus niet kan tenzij dit een gecoördineerde aanval is). Knoeien is dus onrealistisch.

Op het moment van schrijven is blockchain ontwikkeling meestal beperkt tot het uitbreiden van bestaande oplossingen zoals de populaire Bitcoin en/of Ethereum. Als je de meest populaire blockchains van vandaag bekijkt (bijv. ZCash, LiteCoin, POA-Network, etc.), zul je na wat onderzoek snel merken dat ze hoogstwaarschijnlijk bovenop Bitcoin- of Etheureum- zijn gebouwd. Dit betekent dat de beperkingen van Bitcoin- en/of Etheureum- automatisch worden overgedragen naar de nieuwe blockchains. Hoewel de logica wordt uitgebreid, blijft het feit dat er wordt gewerkt aan bestaande codebases die niet zijn ontworpen om uitbreidbaar en modulair te zijn.

Blockchains ontwikkelen is moeilijk en vereist veel expertise. De bovenstaande beschrijving is van een simpele blockchain. Blockchains zijn tot veel in staat; Ethereum maakt het bijvoorbeeld mogelijk om smart-contracts te creëren die de busines logic van derden bevatten waarmee gecommuniceerd kan worden door de blockchain community en hun portemonnee. Bitcoin daarentegen werkt als een gedecentraliseerde ledger, transactiegericht om het zo te zeggen. Om al deze dingen te kunnen doen, moet een blockchain in het algemeen de volgende dingen bevatten: networking modules, databases, consensus engines en een transactie verwerker. Dit alleen al betekent dat als je een blockchain zou willen bouwen, je experts nodig hebt op 4 verschillende gebieden. Kunnen we deze eis van totale expertise niet gewoon wegnemen en ons concentreren op alleen de business logic? Jazeker, met gebruik van een blockchain framework, Substrate!

Substrate is een uitbreidbaar en modulair framework voor het bouwen van blockchains. Substrate biedt ontwikkelaars verschillende kerncomponenten die nodig zijn om een gedistribueerd netwerk op te bouwen, namelijk een database, netwerkfunctionaliteiten, verschillende consensus-engines en een transactie queue. Elk van deze componenten is uitbreidbaar, wat betekent dat als uw team experts op deze gebieden bevat, dingen anders gedaan kunnen worden. Met al deze overhead uit de weg, kunt u zich als ontwikkelaar daadwerkelijk concentreren op het ontwikkelen van de business logic, in Substrate’s geval, de runtime. Standaard werken Substrateontwikkelaars aan de state transition function (AKA de runtime) die gegevensmanipulatie tussen blok A en B dekt. Deze runtime kan op elk willekeurig moment gebruik maken van een verzameling van modules(Runtime Module Library). Over het algemeen beginnen gebruikers met een basissysteem dat niets anders kan dan een “Hello World” -bericht te weergeven. Deze modules die door Substrate worden geleverd, zijn modules die functionaliteiten bevatten die vaak voorkomen in andere blockchains, bijvoorbeeld smart-contracts, een generieke (reserveerbare / vergrendelbare) valuta, lidmaatschap of identiteitsbeheer enz. Deze complete set van modules heet FRAME (Framework for Runtime Aggregation of Modularized Entities). Deze modules kunnen worden gezien als uitbreidbare modules die gemakkelijk in ieders runtime kunnen worden geïntegreerd.