애플리케이션 개발

Substrate 메타데이터와 RPC 라이브러리가 애플리케이션 인터페이스 구축에 어떻게 사용되는지 살펴봅니다.

블록체인 개발자로서, 프론트엔드 애플리케이션을 구축하는 데 참여하지 않을 수도 있습니다. 그러나 블록체인에서 실행되는 대부분의 애플리케이션은 블록체인이 저장하는 데이터에 사용자 또는 다른 프로그램이 접근하고 수정할 수 있도록 프론트엔드 또는 사용자 인터페이스 클라이언트의 형태를 필요로 합니다.

예를 들어, 사용자가 트랜잭션을 제출하거나 글을 게시하거나 자산을 확인하거나 이전 활동을 추적할 수 있는 브라우저 기반, 모바일 또는 데스크톱 애플리케이션을 개발할 수 있습니다. 해당 애플리케이션의 백엔드는 블록체인의 런타임 로직으로 구성되지만, 런타임 기능을 사용자에게 제공하는 것은 프론트엔드 클라이언트입니다.

다른 사람들에게 유용한 블록체인 서비스를 제공하기 위해서는, 블록체인에 계속 저장되는 정보를 사용자가 볼 수 있거나 상호작용하거나 업데이트할 수 있는 클라이언트 애플리케이션을 제공해야 합니다.

해당 문서에서는 클라이언트 애플리케이션이 이러한 정보를 사용할 수 있도록 런타임(블록체인 실행 환경) 메타데이터를 가져오는 방법을 알아보고, 노출된 정보의 예시를 살펴보며, 이 정보를 사용하는 도구와 라이브러리를 탐색해보겠습니다.

런타임 정보를 메타데이터로 공개하기

Substrate 기반 블록체인에 저장되어 있는 정보와 상호작용하기 위해서는 체인에 연결하는 방법과 런타임이 외부에 공개하는 기능에 접근하는 방법을 알아야 합니다. 일반적으로 이 상호작용은 원격 RPC 를 통해 관심 있는 정보를 요청하거나 검색하는 것을 포함하고 있습니다. 그러나 애플리케이션 개발자로서, 일반적으로 다음과 같은 런타임 로직에 대한 상세 정보를 알아야 합니다:

  • 애플리케이션이 연결하는 런타임의 버전.

  • 런타임이 지원하는 API.

  • 특정 런타임에 구현된 팔렛(pallet)들.

  • 특정 런타임에 정의된 모든 함수와 그 함수들의 타입 시그니처.

  • 특정 런타임에 정의된 모든 커스텀 타입들.

  • 런타임이 사용자가 설정할 수 있도록 공개하는 모든 매개변수들.

Substrate는 모듈화되어 있고 조립 가능한 프레임워크를 제공하기 때문에, 미리 정의된 속성 스키마는 없습니다. 대신, 각 런타임은 고유한 속성으로 구성되며, 이러한 속성(함수와 타입 포함)은 업그레이드로 시간이 지남에 따라 변경될 수 있습니다. 이러한 런타임의 모든 정보는 런타임 메타데이터 스키마를 통해 공개됩니다. 런타임의 메타데이터는 특정 버전의 런타임에 정의된 모든 팔렛과 타입에 대한 정보를 나타냅니다. 각 팔렛에 대해, 메타데이터에는 해당 팔렛의 스토리지 항목, 함수, 이벤트, 오류 및 상수에 대한 정보가 포함됩니다. 메타데이터에는 런타임에 포함된 커스텀 타입의 정의도 포함됩니다.

메타데이터는 런타임의 완전한 목록을 제공하기 때문에, 클라이언트 애플리케이션이 노드와 상호작용하고 응답을 구문 분석하고 메시지 페이로드를 형식화할 수 있도록 하는 열쇠 역할을 합니다.

메타데이터 생성하기

네트워크 상에서 데이터를 전송하는 데 필요한 대역폭을 최소화하기 위해, 메타데이터 스키마는 SCALE 코덱 라이브러리를 사용하여 인코딩됩니다. 이 인코딩은 scale-info 를 사용하여 컴파일할 때 자동으로 수행됩니다.

메타데이터를 생성하는 과정은 다음 단계로 이루어집니다:

  • 런타임 로직의 팔렛은 메타데이터에 인코딩되어야 하는 모든 호출 가능한 함수, 타입, 매개변수 및 문서를 공개합니다.

  • scale-info 는 런타임의 팔렛에 대한 타입 정보를 수집하고, 특정 런타임에 존재하는 팔렛과 각 팔렛의 관련된 타입에 대한 레지스트리를 구축합니다. 타입 정보는 모든 타입에 대한 인코딩 및 디코딩을 가능하게 하는 충분한 세부 정보를 제공합니다.

  • frame-metadata 는 scale-info 가 제공하는 레지스트리를 기반으로 런타임의 구조를 설명합니다.

  • Substrate 노드는 state_getMetadata RPC 메서드를 제공하여 현재 런타임의 모든 타입에 대한 완전한 설명을 16진수로 인코딩된 SCALE 바이트 벡터로 반환합니다.

다음 다이어그램은 런타임 로직이 컴파일되고 RPC 요청으로 노드에 연결되어 메타데이터가 생성되는 과정을 간략히 보여줍니다.

런타임의 메타데이터 가져오기

런타임의 메타데이터를 가져오는 방법은 여러 가지가 있습니다. 예를 들어, 다음 중 하나를 수행할 수 있습니다:

  • Polkadot/Substrate Portal을 사용하여 노드에 연결하고 state 엔드포인트와 getMetadata 메서드를 선택하여 메타데이터를 JSON 형식으로 받아낼 수 있습니다.

  • 명령줄에서 polkadot-js-api를 사용하여 state_getMetadata RPC 메서드를 호출하여 메타데이터를 16진수로 인코딩된 SCALE 바이트 벡터로 받아낼 수 있습니다.

  • subxt metadata 명령을 사용하여 메타데이터를 JSON, 16진수 또는 원시 바이트(raw bytes) 로 다운로드할 수 있습니다.

  • sidecar API와 /runtime/metadata 엔드포인트를 사용하여 노드에 연결하고 메타데이터를 JSON 형식으로 받아낼 수 있습니다.

메타데이터가 제공하는 타입 정보를 통해 애플리케이션은 서로 다른 런타임 버전, 트랜잭션, 이벤트, 타입 그리고 스토리지를 갖고 있는 체인들과 인터랙션을 할 수 있습니다. 메타데이터는 또한 라이브러리가 주어진 Substrate 노드와 통신하기 위해 필요한 거의 모든 코드를 생성할 수 있도록 합니다. 이를 통해 subxt와 같은 라이브러리는 대상 체인에 특화된 프론트엔드 인터페이스를 생성할 수 있습니다.

클라이언트 애플리케이션과 메타데이터

클라이언트 애플리케이션은 메타데이터를 사용하여 노드와 상호작용하고 응답을 구문 분석하며 노드에 전송되는 메시지 페이로드(e.g 트랜잭션) 를 생성합니다. 메타데이터를 사용하기 위해서는 클라이언트 애플리케이션에서 SCALE 코덱 라이브러리를 사용하여 RPC 페이로드를 인코딩하고 디코딩해야 합니다. 메타데이터는 모든 타입이 어떻게 디코딩되어야 하는지 공개하기 때문에, 애플리케이션은 수동으로 인코딩 및 디코딩하지 않고도 애플리케이션 정보를 전송, 검색 및 처리할 수 있습니다.

메타데이터 형식

SCALE로 인코딩된 바이트는 frame-metadata와 parity-scale-codec 라이브러리를 사용하여 디코딩할 수 있지만, subxt 및 Polkadot-JS API와 같은 다른 도구를 사용하여 원시 데이터(raw data)를 사람이 읽을 수 있는 JSON 형식으로 변환할 수도 있습니다.

state_getMetadata RPC 호출로 반환되는 메타데이터에 포함된 타입 및 타입 정의는 런타임의 메타데이터 버전에 따라 다릅니다. 일반적으로 메타데이터에는 다음과 같은 정보가 포함됩니다:

  • 메타데이터 파일을 메타데이터로 식별하는 상수.

  • 런타임에서 사용하는 메타데이터 형식의 버전.

  • scale-info에서 생성된 런타임에서 사용되는 모든 타입에 대한 정의.

  • construct_runtime 에서 정의된 순서대로 런타임에 포함된 모든 팔렛에 대한 정보.

다음 예시는 디코딩되고 JSON으로 변환된 메타데이터의 압축된 주석 부분을 보여줍니다:

[
  1635018093,
  {
    "V14": {
      "types": {
        "types": [
          {
            // 타입 인덱스
          }
        ]
      },
      "pallets": [
        {
          // 팔렛 인덱스 및 각 팔렛이 공개하는 메타데이터
        }
      ],
      "extrinsic": {
        "ty": 126, // 익스트린식 형식을 정의하는 타입 인덱스 식별자
        "version": 4, // 익스트린식을 인코딩 및 디코딩하는 데 사용되는 트랜잭션 버전
        "signed_extensions": [
          {
            // 서명된 확장 인덱스
          }
        ]
      },
      "ty": 141 // 시스템 팔렛의 타입 ID
    }
  }
]

상수 1635018093은 메타데이터 파일을 메타데이터 파일로 식별하는 매직 넘버입니다. 나머지 메타데이터는 types, pallets 및 extrinsic 섹션으로 나누어집니다. types 섹션에는 타입 인덱스에 대한 인덱스가 포함되어 있으며, 각 타입에 대한 타입 시그니처에 대한 정보가 제공됩니다. pallets 섹션에는 런타임에 포함된 각 팔렛에 대한 정보가 포함되어 있습니다. extrinsic 섹션에는 런타임이 사용하는 타입 식별자와 트랜잭션 형식 버전이 포함됩니다. 특정 익스트린식 버전은 특히 서명된 트랜잭션을 고려할 때 서로 다른 형식을 가질 수 있습니다.

팔렛

다음은 pallets 배열의 단일 요소의 압축된 주석 예시입니다:

{
  "name": "Sudo",        // 팔렛의 이름
  "storage": {           // 팔렛의 스토리지 정보
      "prefix": "Sudo",  // 팔렛 스토리지 항목의 데이터베이스 접두사
      "entries": [
        {
          "name": "Key",
          "modifier": "Optional",
          "ty": {
             "Plain": 0
          },
          "default": [
             0
          ],
          "docs": [
             "sudo 키의 `AccountId`입니다."
          ]
        }
      ]
  },
  "calls": {       // 팔렛 호출 타입
      "ty": 117    // 타입 인덱스 식별자
  },
  "event": {       // 팔렛 이벤트 타입
      "ty": 42     // 타입 인덱스 식별자
  },
  "constants": [], // 팔렛 상수
  "error": {       // 팔렛 오류 타입
      "ty": 124    // 타입 인덱스 식별자
          },
  "index": 8       // 런타임에서 팔렛의 인덱스 식별자
},

각 요소에는 해당 팔렛을 나타내는 이름과 스토리지, 호출, 이벤트 및 오류에 대한 정보가 포함됩니다. 호출, 이벤트 및 오류의 정의에 대한 자세한 내용은 타입 인덱스 식별자를 참조하여 확인할 수 있습니다. 각 항목의 타입 인덱스 식별자는 해당 항목의 타입 정보에 액세스하는 데 사용되는 u32 정수입니다. 예를 들어, Sudo 팔렛의 호출에 대한 타입 인덱스 식별자는 117입니다. 메타데이터의 types 섹션에서 해당 타입 식별자에 대한 정보를 보면, 각 호출에 대한 문서를 포함한 사용 가능한 호출에 대한 정보를 제공합니다.

예를 들어, 다음은 Sudo 팔렛의 호출에 대한 압축된 예시 일부입니다:

    {
      "id": 117,
      "type": {
          "path": [
              "pallet_sudo",
              "pallet",
              "Call"
          ],
          "params": [
            {
              "name": "T",
              "type": null
            }
          ],
          "def": {
              "variant": {
                  "variants": [
                    {
                      "name": "sudo",
                      "fields": [
                        {
                          "name": "call",
                          "type": 114,
                          "typeName": "Box<<T as Config>::RuntimeCall>"
                        }
                  ],
                      "index": 0,
                      "docs": [
                        "sudo 키를 인증하고 `Root` 출처로 함수 호출을 디스패치합니다.",
                      ]
                    },
                    {
                      "name": "sudo_unchecked_weight",
                      "fields": [
                        {
                          "name": "call",
                          "type": 114,
                          "typeName": "Box<<T as Config>::RuntimeCall>"
                        },
                        {
                          "name": "weight",
                          "type": 8,
                          "typeName": "Weight"
                        }
                      ],
                      "index": 1,
                      "docs": [
                        "sudo 키를 인증하고 `Root` 출처로 함수 호출을 디스패치합니다.",
                      ]
                    },
                    {
                      "name": "set_key",
                      "fields": [
                        {
                          "name": "new",
                          "type": 103,
                          "typeName": "AccountIdLookupOf<T>"
                        }
                      ],
                      "index": 2,
                      "docs": [
                        "현재 sudo 키를 인증하고 주어진 AccountId(`new`)를 새로운 sudo로 설정합니다.",
                      ]
                    },
                    {
                      "name": "sudo_as",
                      "fields": [
                        {
                          "name": "who",
                          "type": 103,
                          "typeName": "AccountIdLookupOf<T>"
                        },
                        {
                          "name": "call",
                          "type": 114,
                          "typeName": "Box<<T as Config>::RuntimeCall>"
                        }
                      ],
                      "index": 3,
                      "docs": [
                        "sudo 키를 인증하고 주어진 계정에서 `Signed` 출처로 함수 호출을 디스패치합니다.",
                        "계정에서.",
                      ]
                    }
                  ]
                }
              },
            },

각 필드에 대해 스토리지 메타데이터, 호출 메타데이터, 이벤트 메타데이터 및 오류 메타데이터에 대한 다음과 같은 타입 정보 및 메타데이터에 액세스할 수 있습니다:

  • 스토리지 메타데이터는 특정 스토리지 항목에 대한 정보를 애플리케이션이 가져올 수 있도록 하는 정보를 제공합니다.

  • 호출 메타데이터에는 #[pallet] 매크로에 의해 정의된 런타임 호출에 대한 정보가 포함되며, 호출 이름, 인수 및 문서를 포함합니다.

  • 이벤트 메타데이터는 #[pallet::event] 매크로에 의해 생성된 메타데이터를 제공하며, 각 팔렛 이벤트의 이름, 인수 및 문서를 포함합니다.

  • 상수 메타데이터는 #[pallet::constant] 매크로에 의해 생성된 메타데이터를 제공하며, 상수의 이름, 타입 및 16진수로 인코딩된 값이 포함됩니다.

  • 오류 메타데이터는 #[pallet::error] 매크로에 의해 생성된 메타데이터를 제공하며, 각 팔렛 오류의 이름과 문서를 포함합니다.

타입 식별자가 시간이 지남에 따라 변경될 수 있으므로 타입 식별자에 의존하는 것을 피해야 합니다.

익스트린식(Extrinsic)

런타임에서 생성된 익스트린식 메타데이터는 트랜잭션이 어떻게 포맷되는지에 대한 유용한 정보를 제공합니다. 디코딩되면, 메타데이터에는 트랜잭션 버전과 서명된 확장의 목록이 포함됩니다. 예를 들어:

    "extrinsic": {
        "ty": 126,
        "version": 4,
        "signed_extensions": [
          {
            "identifier": "CheckNonZeroSender",
            "ty": 132,
            "additional_signed": 41
          },
          {
            "identifier": "CheckSpecVersion",
            "ty": 133,
            "additional_signed": 4
          },
          {
            "identifier": "CheckTxVersion",
            "ty": 134,
            "additional_signed": 4
          },
          {
            "identifier": "CheckGenesis",
            "ty": 135,
            "additional_signed": 11
          },
          {
            "identifier": "CheckMortality",
            "ty": 136,
            "additional_signed": 11
          },
          {
            "identifier": "CheckNonce",
            "ty": 138,
            "additional_signed": 41
          },
          {
            "identifier": "CheckWeight",
            "ty": 139,
            "additional_signed": 41
          },
          {
            "identifier": "ChargeTransactionPayment",
            "ty": 140,
            "additional_signed": 41
          }
        ]
      },
      "ty": 141
    }
  }
]

타입 시스템은 복합적입니다. 각 타입 식별자에는 특정 타입 또는 관련된 기본 타입에 대한 정보를 제공하는 다른 타입 식별자에 대한 참조가 포함됩니다. 예를 들어, BitVec<Order, Store> 타입을 인코딩할 수 있지만, 올바르게 디코딩하려면 Order 및 Store 타입에 사용되는 타입을 알아야 합니다. Order 및 Store에 대한 타입 정보를 찾으려면 디코딩된 JSON의 경로를 사용하여 해당 타입 식별자를 찾을 수 있습니다.

RPC API

Substrate에는 다음과 같은 API가 제공됩니다:

  • AuthorApiServer: 익스트린식 제출과 세션 키 검증을 포함한 풀노드(full node)로의 호출을 수행하는 API입니다.

  • ChainApiServer: 블록 헤더 및 확정(finality) 정보를 검색하는 API입니다.

  • OffchainApiServer: 오프체인 워커용 RPC 호출을 수행하는 API입니다.

  • StateApiServer: 런타임 버전, 스토리지 항목 및 증명과 같은 온체인 상태에 대한 정보를 쿼리하는 API입니다.

  • SystemApiServer: 연결된 피어 및 노드 역할과 같은 네트워크 상태에 대한 정보를 검색하는 API입니다.

노드에 연결하기

일반적으로 애플리케이션은 공개된(open) HTTP 또는 WebSocket 포트를 통해 JSON-RPC 메서드를 사용하여 Substrate 노드에 연결합니다. 대부분의 애플리케이션은 WebSocket 포트를 사용하는 것이 일반적입니다. 하나의 연결로 노드와의 여러 메시지를 보내고 받을 수 있기 때문입니다. HTTP 연결의 경우 애플리케이션은 한 번에 하나의 메시지만 보내고 받을 수 있습니다. HTTP를 사용하여 노드에 연결하는 가장 일반적인 이유는 오프체인 워커를 사용하여 데이터를 가져오고자 하는 경우입니다. 오프체인 워커 사용에 대한 자세한 내용은 오프체인 작업을 참조하십시오.

RPC를 사용하여 연결하는 대신, Substrate Connect와 라이트 클라이언트(Light Client) 노드를 사용하여 Substrate 기반 블록체인에 연결할 수도 있습니다. Substrate Connect는 브라우저에서 실행되며, 애플리케이션이 자체 라이트 클라이언트 노드를 생성하고 노출된 JSON-RPC 엔드포인트에 직접 연결할 수 있도록 합니다. Substrate Connect가 내장된 애플리케이션은 브라우저 내부 로컬 메모리를 활용하여 라이트 클라이언트 노드와 연결합니다.

프론트엔드 애플리케이션 구축하기

다음 라이브러리는 JSON-RPC API를 사용하여 애플리케이션이 Substrate 노드와 상호작용할 수 있도록 합니다:

이름
설명
언어

Chain API

Substrate 기반 체인과 상호 작용하기 위한 TypeScript 툴킷을 제공합니다. 해당 툴킷에는 FRAME 유틸리티, 기능적 효과 시스템 및 성능 또는 안전성을 저해하지 않고 최종 사용자를 위한 다단계, 다중 체인 상호 작용을 용이하게 하는 API가 포함되어 있습니다.

Polkadot JS API

Substrate 기반 체인과 상호 작용할 때 노드 변경에 동적으로 적응할 수 있는 애플리케이션을 구축하기 위한 JavaScript 라이브러리를 제공합니다. 해당 라이브러리는 React 와 같은 인기 있는 프론트엔드 프레임워크와 함께 사용할 수 있습니다.

Javascript

Polkadot JS extension

Polkadot JS API로 작성된 브라우저 확장 프로그램 및 제공자와 상호 작용하기 위한 API를 제공합니다.

Javascript

Substrate Connect

브라우저 내 라이트 클라이언트 노드를 사용하여 Substrate 기반 체인에 직접 연결하는 애플리케이션을 구축하기 위한 라이브러리 및 브라우저 확장 프로그램을 제공합니다. Substrate Connect를 사용하면 사용자가 여러 체인과 상호 작용하기 위해 애플리케이션을 사용하는 경우 단일 경험을 제공할 수 있습니다.

Javascript

subxt

대상 체인의 메타데이터를 기반으로 노드의 RPC API와 상호 작용하기 위한 정적으로 타입 지정된 Rust 인터페이스를 생성하는 라이브러리입니다. subxt (submit extrinsic) 라이브러리를 사용하면 노드와 생성된 인터페이스 간에 안전한 통신이 필요한 하위 수준 애플리케이션 (예: 브라우저가 아닌 그래픽 사용자 인터페이스, 체인별 CLI 또는 트랜잭션에 잘못된 입력을 생성하지 못하도록 하거나 존재하지 않는 호출을 제출하지 못하도록 하는 사용자 지향 애플리케이션)을 구축할 수 있습니다.

Rust

txwrapper

오프라인에서 서명된 Substrate 트랜잭션을 생성하기 위한 JavaScript 라이브러리를 제공합니다. 이 라이브러리를 사용하면 오프라인에서 서명된 트랜잭션을 생성하는 스크립트를 작성할 수 있으며, 이후에 노드에 제출할 수 있습니다. 이 기능은 특히 테스트 및 트랜잭션 디코딩에 유용합니다.

Javascript

JSON-RPC API 및 최신 인터페이스 사양에 대한 자세한 정보는 JSON-RPC 사양을 참조하십시오.

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