在本期Hacker Speaker中，我们有幸邀请到Rust语言中文社区（Rust.cc）联合创办人Mike Tang为大家讲解Rust与区块链开发，与大家一同继续探索这门以安全、并发、实用为设计准则的编程语言。
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Mike Tang 告诉你，为什么Rust 适合区块链开发
- Rust语言特点讲解
- 目前Rust领域生态的介绍
- Rust的加密库生态
- 使用Rust开发区块链
Speaker：Mike Tang
Rust语言中文社区（Rust.cc）联合创办者
Rust资深开发者
Cdot核心开发者
Rust语言中文社区（rust.cc）联合创办者；多语言资深开发者；极简主义倡导者。从linux到C到lua，如今被Rust深深吸引，中国Rust语言主要推动者之一。坚信Rust将会是一个面向未来50年的基础性编程语言。对开源的看法：开源只是形式，背后的态度需要仔细考量。
0. 引言
我是从2014年下半年开始接触Rust，之后也观望了大概一年多的时间，边观望边学习。当时Rust还没发布1.0版本，变化特别大，经常这个月写的程序第二个月就编译不了了。但是2015年，Rust发布1.0版本之后，兼容性得到了很好的提升。一直到现在，整个兼容性保持得特别好，并且特性逐步在迭代。每六周发布一个版本，没有任何一个版本延误。
Rust语言是Mozilla主导的编程语言，很多人拿它与Go进行比较。但是实际上他们的定位差别很大，各自具体的优势、劣势，这里就不展开，大家可以自己查找相关资料学习。
1. Rust语言特点讲解
本身Rush语言的学习内容很多，而且与传统过程或者面向对象的编程语言的区别较大。如果你曾经有过C++的编程经验，或者，另一方面，有过Haskell等函数式语言的编程经验，那么你学习的话可能会稍微轻松一点，如果没有这两方面经验的话，接触起来可能会有一些障碍，主要在概念的理解以及习惯上面会有一定的不适。
所以我这里也并不会把Rust语言从头到尾详细的讲一遍，主要为大家介绍一下Rust语言的独特特点，太基础的部分我就不讲了。
我罗列了一些与区块链有关的Rust的特点，但不是Rust的全部特点，在这里为大家简单介绍一下以上几点。
第一个是所有权。这是Rust语言中的一个特性，其它语言也有但不会去强调，而且没有非常精细的剖析和分析。举例来说：
之前没有接触过所有权特性的同学可能理解起来不一定会很快。我可能讲的比较快，如果感兴趣的同学可私下再继续进行研究，了解内在机理。
我大概说一下这个例子，就是说我生成一个hello world字符串，我在传统的语言打印程序中，把这个字符串再赋值给另外一个，那么我再打印这个新的bar这个字符串以及打印之前这个foo这个字符串，都应该能打印出来，这是非常普通的一个程序。
但在Rust里面是不行的，我们编译的时候，Rust编译器会给我们报错，“borrowed or moved value”，就是说引用了被移走的变量，然后编译器会很清晰地指出错误的行数。
Rust会认为foo首先拥有hello world这个字符串的所有权，然后在执行了bar的赋值之后，相当于把hello world的这个字符串的所有权交给了bar，这个时候bar可以打印，但是foo就不能打印了。
这是Rust中与其他语言非常不一样的地方，刚开始接触的时候会非常不习惯，我这里就不更加深入了。今天的讲座也只是大体介绍一下Rust的面貌，让大家感受一下它与众不同的地方，真正要掌握，还需要花大量时间去认真地钻研。
第二个就是Borrowchecker，借用检查器。
这其实也是非常简单的一个程序，我得到了一个hello字符串，然后我要把它传给change，然后添加一个world。然后这里又报错了，为什么呢？因为编译器告诉我们，我们不能改变一个不可变的引用。改成这样就可以了：
这个例子，我们首先要把s定义成mut，就是可变的。然后再传入一个可变的引用，然后在change里面的参数类型也要声明成可变的引用，然后就可以对其进行操作。
然后，对同一对象，可变的引用就只能一个，如果有多个会怎样呢，我们看一下。
同样，Rust编译器能准确地捕捉到代码中的问题，非常严格，当有多个可变时，它直接会说第一个可变引用在这里，第二个又出现了就不行。所以刚开始会非常不适应。但是正因如此，Rust才能做到在没有gc的情况，做到对内存的自动和安全管理。
第三点，枚举。Rust中的枚举很强大，是个和类型，可以包括Rust中其它所有类型。
在类型具有明确边界时，可以替代泛型使用。明确边界这里是说这个枚举中有四个变体，这个数字是确定的，这种情况下可以代替泛型使用。
泛型是类型抽象的方式，也是一种复用代码的方式。从C++/Java 过来的同学应该比较清楚吧。动态语言中对泛型提得不明显，但是基本是支持泛型的。
Trait是Rust 的定义共享行为的方式。在其它语言中，可能对应Interface，但是并不完全相同。举例来说：
这里我们首先定义了一个叫summary的一个trait，其中有一个方法叫做summarize，返回一个字符串。对于两个不同的结构体，一个叫news article，这可能是一个博客的对象。然后有个另外一个tweet，就是推的对象，这两个对象的结构、内容完全不一样。但是都可以具有同样的行为，都可以执行summarize，但是内容不一样。在这种场景下，就可以分别单独去实现这个summarize的trait。
优势是，比如在另外的接口中可以利用泛型，同时接受这两种不同的对象。然后他都可以调用同一个summarize方法，在实际中执行的是不同的实现。泛型结合triat在Rust中的可玩性就特别高，下面来看一个小例子。
这个就简单介绍一下，往往我们在定义一个泛型的时候，都会给他限定一个或者一些trait。这样来限定它具有某些方法的形式，即可以想象成这个类型，具有某种身份。大家如果感兴趣可以继续进行系统学习。
下面讲运算符重载。
这个学过C++的同学应该都比较熟悉。比如说我定义的两个结构体，也可以实现加减乘除或者其他运算。在Rust里面实现运算符重载也是通过实现trait完成。这个trait的名称是特定的，是STD标准库里面提供的。
下面介绍Trait object，如图。
Trait更高级的内容有关联类型，在后面依赖注入的时候非常重要。使用Trait 的关联类型，可以在实现的时候，才指定需要的类型。这就是依赖注入。
Rust中的宏比C和C++中的要强大。因为它不是字符串模板，而是基于语法树层级的。然后可以利用模式匹配在语法树之上进行操作，可以对代码的token流直接解析，非常强大，但是也容易被玩坏。
以上就是Rust语言中的代表性特点，但讲得特别粗略，大家后面有时间可以慢慢去理解，因为都是一些例子，可以结合Rust的书来系统性的学习和理解。只有理解其中的细节，才可能掌握精髓和设计理念，它是一门非常有特色的语言。
2. Rust领域的生态
目前 Rust 领域的生态介绍：
l 异步（async/await）1.3911 月正式发布：async-std,tokio
l command line: clap, struct_opt, fd,ripgrep,bat ...
l Web Framework: hyper, Rocket,Actix-web, Tide, Sapper, diesel ...
l Web Frontend Yew, Seed, Deno
l WebAssembly: wasm-bindgen, web-sys,js-sys
l 数据库：tikv，sled
l 大数据处理：DataFusion, FastSpark
l CDN：cloudflare云，边缘计算
l BlockChain: Polkadot/Substrate, Libra,Grin,Near, Nervos ...
l 操作系统与嵌入式：redox, tock, 连载教程
l 机器学习与AI：tensorflow-rust
l GUI: gtk-rs, imgui-rs
Rust语言从2015年发展到现在，今年最重要的工作就是异步，在11月就会正式出版。整个社区其实都在等待这个版本的发布，因为很多异步方面的工作，比如web服务、数据库、P2P都在等待它的特性。目前这一块的技术库有tokio、async-std等。
Rust语言在2015年发布之后，这几年在命令行领域出现了很多优秀的项目。比如grep、fd、ripgrep、bat等。如果是用Linux或Mac的用户，可能早已经用到了。这些工具都非常优秀，速度非常快。然后在web框架领域也有不少，比如rocket等等。并且Rust的web框架在那个web框架的性能评测中基本都能占据前几位。
Rust也可以用来开发web前端。比如说Yew还有Seed，就借鉴了ELM和react的思路，然后用Rust编译成webassembly来操控前端的元素，目前也在快速发展中。所以用Rust写web、APP、前端，是完全可行的。前端，后端都可以用Rust写，Rust可以成为一个真正的全栈语言。另外还有一个deno这个项目要提一下，他是Node的原著者做的，号称Node版本2.0。里面也有很重要的部分是用Rust来写的，因为性能相关的部分用Rust写非常有优势。
第五个就是WebAssembly，从目前行业发展来说，Rust上的WebAssembly是最好的，比C/C++的工具都要完善。
第六，数据库，有tikv。是国内公司主导的，还有sled这个嵌入数据库。以及还有其他一些我没有去收录。大数据处理方面也有一些项目出现了，但是都还在早期。对于CDN来说，cloudflare是Rust的忠实粉丝，用Rust造了很多轮子。
至于区块链领域，目前全世界有相当多的重要项目，都已经在用Rust来写了。也有很多人拿Rust做操作系统的尝试。比如redox和tock，tock是一个嵌入式操作系统。以及一些用于学习的连载教程。
然后机器学习与AI，谷歌的tensorflow-rust也已经被被提升为他们的一级支持项目。GUI的话，有gtk-rs, imgui-rs可用，但还称不上完善。这是Rust的短板。
虽然Rust是由Mozilla主导开发的，然后交给了社区发展运营，看起来也没有一个好爹。但实际上，经过这几年的发展，已经逐渐受到了各种大厂的欢迎。比如，微软的安全部门内部力推Rust，至少相当一部分代码会用Rust来写。然后亚马逊云服务中的很多组件，都已经在Rust来写了，包括一个新的、轻量级VM，叫做firecracker。之前一段时间，亚马逊云对Rust核心组的赞助也被国内媒体广泛报道。然后谷歌的新的操作系统Fuchsia等，也大量用到Rust。然后英特尔在虚拟机方面的设施也用Rust做了很多尝试，开源了一些项目。更加重量级的是Facebook的Libra，引起了世界的轰动。阿里也推出了编排管理的Rudr项目。百度的硅谷实验室X-lab利用Rust做了一套基于安全的项目，比如命令行技术工具、甚至一个小的Linux发行版。几大主流IDE对Rust的支持，目前也都还不错。
目前国际的大厂支持：
l 微软：安全部门主导推荐
l AWS：云中的很多组件
l Google：Fuchsia, tensorflow-rust
l Intel：虚拟机方面的设施
l Facebook：Libra
l 阿里：Rudr
l 百度：X-lab mesalink, rustls
IDE：
l JetBrains:Rust 插件
l VS code
l Clion
l VIM
l Emacs
3. Rust加密库的生态
上次孙老师讲过椭圆曲线加密，非常深入，我在这里讲一下Rust加密库的生态。
这是网友整理的Rust各种加解密算法的库。可以看到Rust在加解密的生态已经相当完善，而且Rust语言也是最早用来实现某些算法的语言之一。比如SR25519很早就使用Rust实现了。Rust语言的运算符重载以及泛型、trait在这些库里用的特别多，十分清晰。这里面每一个就不细讲了，可能孙老师研究的更深一些。但是这些名字在区块链领域是会经常碰到的，如果有时间逐个学习也是有好处的。
Paritytech也是轮子专家，最早使用Rust开发区块链的公司之一，当时用Rust开发时也缺了很多东西，于是他们造了很多Rust密码学领域的轮子，大家可以去他们的Github上看一下（https://github.com/paritytech）。
4. 使用Rust开发区块链
实际上，用某语言开发区块链这个题目本身就可以写成一本书，在本次讲解中也只是简单地提一下为什么Rust适合开发区块链。
下面，我们会以解析 Substrate 为例，来简单介绍一下，如何使用 Rust 来写一个完整的区块链。
区块链的结构可以分为六大系统，包括基础部分（5个）和链上功能系统：
l 区块链系统基础部分
¡ 存储系统（Kv，SQL）
¡ p2p数据传输，gossip
¡ 共识系统 （区块链分布式基石） PoW, PoS, DPoS ...
¡ 交易池/执行器系统
¡ rpc系统（区块链与外界交互主要通道）
l 链上功能
其中，基础部分所有的区块链都会覆盖，充其量是实现的不同。但是链上功能，不同的区块链，内容很不一样。比如：
l Bitcoin 的 UTXO 模型及脚本系统
l Ethereum 的智能合约平台， solidity, evm
l Polkadot/Substrate的 runtime 及 合约系统，wasm
所以，这就会有一个问题，如果每一个区块链都要重复实现前五个系统的话，其实会浪费大量的人力和物力，而且它的正确性也不一定能得到保证。我们都知道，软件工程使用的越多，bug越少，bug解决的越多，就越来越完善，特性也是。所以说Parity在研发Polkadot网络的时候，逐渐就诞生了构建一个通用区块链框架的思想。所以就把代码抽出来形成了substrate工程。
Substrate 简介
Substrate 是Parity主导的面向未来的通用区块链开发框架，使用Rust 语言编写。它为区块链抽象封装了一整套基础设施，在功能性和易用性之间做到了较好的权衡。它的分解和抽象水平，目前在世界范围内来看都是比较厉害的。使用Substrate，我们可以快速验证我们的想法，相当于大幅降低了区块链开发的门槛。
Substrate 中用到的一些 Rust 基本技术有：
l 泛型
必不可少，通篇使用，也会使初学者在刚开始看代码时掌握不好。
l 加密库中的高阶类型需要的运算符重载，+ - * /
在加密库中很重要，如果没有，代码就会写得非常啰嗦，各种转换容易出错。有了运算符重载，就会让代码变得漂亮、清晰。
l 使用Trait 关联类型实现的依赖注入
对于框架来讲非常重要。框架的目的就是要提供基础功能，不能给上层太多限制，在方便和灵活性之间其实是一种矛盾，如何让开发者方便实用，又不限制开发者的能力，这是一个非常大的问题。我认为Substrate做到了这一点。
l 宏，用得非常多，非常重要
我个人认为，substrate用宏有一些过度。
l 自带的测试框架
l Rust 对 wasm 的最优秀支持
webassembly用的非常多，也非常重要。Rust为其提供了最完善的工具链和支持。
l std 与no_std 属性开关，Rust 编译目标的快速可切换
l 类型化编程（设计成充分利用类型来保证程序的安全可靠）
利用Rust强类型的特性，进行类型化编程。
l 利用tokio 启动若干独立的 task service，并保持轮询
可以认为substrate中的服务是独立的，相互耦合很少，互相通过Channel通信。
l ed25519,sr25519 等密码学库的使用
l 以及其它特性，在此不一一列举。
Substrate 的结构实现：
l 存储系统，rust-rocksdb,字典树 trie。
l P2P 传输系统，rust-libp2p，这个里面本身内容也很丰富，这个也是Parity团队实现的。
l 共识系统，BABE/GRANDPA，PBFT 的实现和改进，这是自带的共识协议，开发者可以自行实现自己的共识协议，这些模块是可插拔的。
l 交易池/执行器系统 transaction_pool,executor, state-machine，wasm。
l Rpc 系统rpc-servers, rpc。
Substrate的上层功能部分全在runtime中实现，也即srml 和srml 相关的底层支持代码中。
Substrate采用应用平行链的模式，一条链就是一个应用，从而突破了以太坊的智能合约的模式。Substrate的平行链作为Polkadot跨链系统的生态的一部分，可以方便地与其它平行链交互。解决了以太坊的重大瓶颈问题。在Substrate上实现一个evm 也是可以的。
Substrate的内容非常多，这里只能简单提一下它的实现。我们研究substrate 也有一段时间了，目前正在规划建立Substrate 的中文技术社区。更多的资料，请关注社区，也欢迎大家积极地参与到社区的建设中来。
5. 总结
Rust 本身的严谨、高效，使其成为面向IT 工业未来50年的语言，而区块链行业如火如荼的发展，正好撞上Rust 的出现。自从Rust2015 年发布1.0 以来，使用Rust 开发区块链的项目越来越多，一些国际最重要的项目都使用Rust开发，这与Rust 语言本身的理念及优秀特性和实现是密不可分的。
目前区块链的发展，还处于非常初级的时期，Rust 能在其中发挥作用的空间，还非常大。
Rust 与区块链，会互相成就。
扩展材料
当区块链遇上Rust
https://rust-china.org/article?id=289da7be-19ce-49fe-af6d-3a7946404ca6
你们居然用Rust
https://mp.weixin.qq.com/s/YxFOpNfG9l4GbqFnEIW0LQ
Substrate 设计总览
https://zhuanlan.zhihu.com/p/56383616
Substrate 设计总览 （二）
https://zhuanlan.zhihu.com/p/56414647
Substrate 源码导读 - 之命令行启动
https://docs.qq.com/doc/DQldUWkJIWHJMQ3BI
Substrate Runtime 实现代码分析
https://docs.qq.com/doc/DQmpQcnVOSGZvVnZ0
Q&A
Q：关于webassembly，目前用rust写合约，编译成webassembly部署到链上运行，这块是否成熟呢？
A: 目前substrte的runtime和合约，都可以编译成wasm运行，目前运行很稳定，eos也在推进。以太坊的ewasm也已经开发了很久，但是还没正式投入使用，要说成熟，肯定谈不上，但这是趋势。
Q: 做了五六年底层嵌入式了，中间做过go项目，拿python做过几个小工具，底层基本腻了，想转行到上层，求教有没有什么方法？
A: 嵌入式，用 Rust 不更好吗？嵌入式转上层跨度挺大的，而且上层细分领域这么多。这个问题不好答。这个还是看个人，没有统一的方法。如果想切入区块链领域，从substrate入门是一个比较好的办法。
Q: 对rust很感兴趣，而且最近区块链风口很盛，想凭借rust进入该行业可行吗？社区有没有rust练手的项目能够参与呢？
A: 可以啊。就是 substrate，强烈推荐。substrate虽然脱胎于 polkadot，但是完全可以独立出来成为一个中立的项目。它是纯技术的开发框架。跟具体的币没有关系。可以从这里学习入手。主要是我自己看好这样一个底层框架，用它来做任何项目都可以。比如用 substrate 开发 cosmos 相关的节点模块。用Rust进入这个行业非常好，你也可以在国内找到大量的开发者用同样的技术栈。substrate上有加密猫的项目可以用来练手。
Q: rust是mozilla推进的项目，想提问Rust， WebAssembly， C++在blockchains开发中的优势是什么呢？Rust没有Go那样有个好爸爸，那Rust的前景领域会会有哪些呢？
A: 好爹的问题，上面提到过了。只要是好孩子，还是会有人爱的吧。而且，爱的人会更多，不止一个爹。比如现在 amazon 就想成为 rust 的后爸。blockchain 开发强调安全，高性能。rust 刚好切中这几个点。webassembly 是撬动未来整个IT界的技术方案，大厂们都一致在定标准，跟着走没问题的。c++在性能方面没问题，在内存安全上，普通程序员可能会有一些问题。
Q: rust的主要应用场景是？是否适合后端开发呢？
A: 前面已提到过。非常适合后端开发。其实国内大厂，阿里，知乎，头条，美团，百度等都在尝试用 rust 进行后端服务开发了。
Q: 区块链开发的步骤都有哪些？如果用C语言开发的话需要有哪些注意事项？以及怎么样才算拉链（公链）完毕呢？
A: Rust应该场景很广泛，但最有竞争力的应该是一些性能相关的领域。比如，之前C++占据统治地位的地方。比如，游戏，数据库，图像处理，科学计算，加解密等等。区块链也算一个。建议完整的看本区块链开发的书。c语言开发区块链，会遇到基础设施的问题，而且，安全性，内存泄漏，空指针，缓冲区溢出这些问题，很难克服。用c开发的区块链，性能上，也不比 rust 开发的区块链好（理论上）。区块链的几大组件，我前面已经提到过，都实现了，再统一串到一起，就能起一条链。
Q: Rust适合去做嵌入式开发吗？
A: Rust 官方2018年重要的四个方向之一，就是嵌入式开发。但是好像推进效果不太好。rust 其实是非常适合做嵌入式的，但是嵌入式行业工具链的碎片化非常严重，导致还需要长时间的积累。需要有更多人投入才行，这就是鸡和蛋的问题了。
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