区块链的工作原理
现在我们已了解区块链的基础知识，接下来我们来看看它的工作原理。 这些信息可帮助你确定区块链是否适合自身方案。
数据是如何分布的？
在我们的方案中，假设有多家公司。 我们在乳制品加工公司建立了一个集中式数据库。 但所有参与者都不想成为中央机构。 我们可以使用区块链分布式账本。 使用区块链将不再需要中央机构。 此外，拥有区块链节点的每个参与者都可获得账本副本，以便他们能够自行审核并与自己的**集成。 但并不要求每家公司都设置自己的下级节点。 合作伙伴之间可以共享这些节点。
每个节点都通过区块链网络连接到其他节点。 例如，Dalia Pelayo 农场、冰淇淋工厂和冰淇淋店都各自管理着一个节点。 Contoso West 和 Contoso East 是同属一家母公司的两个**合作伙伴。 Contoso 有一个节点。 节点与公司之间不必存在一对一关系。
更改状态
区块链中的数据表示状态。 这就是为什么区块链非常适合使用加密货币之类的数字令牌。 我们可以把这种情况想象为实际货币的所有权：一枚**一次只能在一个人的口袋。 如果**在你的口袋，所有权就是你的。 如果将**给朋友，状态就会变为你的朋友拥有这枚**。 在我们的方案中，货物运输通过供应链。 产品的责任方也随运输转移。 我们想知道的数据包括责任方、温度以及产品是否合规。
区块链使用事务将数据的状态从一个值更改为另一个值。 例如，如果我们需要知道冰淇淋是否在低于冰点的温度下存储。 在运输冰淇淋的过程中，温度传感器会定期报告温度。 报告的温度是一个事务，会发送到区块链事务节点。
在冰淇淋方案中，在货物运输通过供应链的过程中，每当状态发生更改时，都会发送一个事务。 例如，下图展示了向冰淇淋工厂运送货物的典型事务。 每个事务都更改了责任方或温度。 账本的当前状态是按顺序应用的事务。
发送事务时，会发送到区块链事务节点。 假设 Dalia Pelayo 农场通过 Contoso West Shipping 运输牛奶。 Dalia Pelayo 农场的发货**会向自己的区块链节点发送一个事务。 该事务会将运输责任方从农场主更新为 Contoso West Shipping。
在整个区块链网络中，区块链都会发送事务。 每个节点都会获取事务的副本。
每个节点都会处理事务，但仍需要使用共识机制进行验证。 共识实现了分布式账本的一致性和信任。
如何确保账本数据的一致性？
在分布式网络中，很难确定什么是真实的，因为所有节点都存在数据更改。 如果冰淇淋工厂节点没有收到运输事务，会发生什么情况？ 他们如何知道牛奶已从农场运出？ 如果运输公司的冷藏车出了故障，牛奶变质了怎么办? 送货公司是否会通过修改账本来逃避责任？
区块链采用一种共识机制，**证所有区块链节点上的数据并达成一致。 共识提供一种方法，让所有分散管理的节点都达到相同的状态。 在转移价值或责任时，顺序很重要。 例如，如果你将汽车的所有权转给朋友，就无法再将该项所有权转给同事。 此类问题称为双重花费，可通过共识机制解决。 共识可确保事务的顺序正确以及区块链的诚信。 共识的原理是，一组事务作为一个块进行验证，至于这个块是否应属于区块链，整个网络必须达成一致。
有几种区块链共识算法，包括工作证明、所有权证明和授权证明。 每个算法都以不同的方式解决一致性问题。 简而言之，共识提供了一种方法，让分布式账本能达成共同的状态。
什么是块？
块是区块链中存储事务信息的数据群集。 块中的事务数通常是基于时间的。 例如，下图显示的块包含了过去 10 分钟内发生的事务。
经过共识后，已验证的块会添加到每个节点的区块链中。 由于所有节点在该链中都具有相同的块，所以账本能在网络上保持一致。 因此，所有节点都以一致的顺序包含相同的已验证数据。
如何确保账本不可变？
你可能会认为，如果能控制自己节点中的账本，就能更改副本中的数据。 这些数据怎么会不可变呢？
区块链使用加密哈希在块之间创建链接。 将块链接在一起后，可以通过共识算法确定事务顺序的一致性。 加密哈希是一种算法，可将任意大小的数据映射到固定大小的位表示形式。 我们可以将其视为数字指纹。 比特币使用 SHA-256 哈希算法。 如果在 100 页的文档上使用 SHA-256 哈希函数，则函数输出是 256 位哈希值。 如果只更改了文档中的一个字符并重新生成了哈希，则输出将是另一个 256 位哈希值。 现在，假设我们将一个块用作哈希函数的输入。 输出是块中数据的唯一哈希值。
区块链使用哈希来检测这些块有没有发生任何更改。 通过在生成下一个块的哈希时包含上一个块的哈希值，这些块会通过哈希链接在一起。
区块链通过使用哈希来证明数据历史记录未更改，从而实现信任。 通过在创建新块时包含上一个块的哈希，将按顺序创建不可变的事务链。
如果修改链中的任何块，后面块的哈希将有所不同。 验证时就会发现差异。
受信任的逻辑
通过区块链，我们可以存储一致且可信的数据。 如何添加在每个节点一致执行的逻辑？
在我们的方案中，需要使用逻辑来将产品的责任从一个参与者转到另一个参与者。 我们还需要使用 IoT 温度传感器中的数据来了解温度是否过高。
分散式应用程序 (DApp) 是分布式计算**上的应用程序。 在此模块中，我们将重点介绍如何使用 Ethereum 区块链协议。 Ethereum DApps 称为智能合同。 智能合同包含作为事务的一部分执行的逻辑。 在 Ethereum 上，我们使用名为 Solidity 的编程语言对逻辑进行编程。
智能合同部署到区块链，并按地址引用。 要使用智能合同，需创建一个实例。 智能合同实例包含状态数据和程序逻辑。 在我们的方案中，智能合同实例包含各种数据，例如负责的参与者、位置以及产品温度是否不合规等。 我们可以执行函数来转移责任或接收实例的温度遥测数据。
将产品的责任转到另一方时，会执行事务。 智能合同逻辑会更新状态数据。 在我们的冰淇淋方案中，冰淇淋工厂运输**会为新的冰淇淋运输活动创建一个智能合同实例。 工厂运输**将发送一个事务，该事务调用 TransferResponsibility 函数以将运输责任方改为 Contoso East shipping。 区块链网络将该事务发送到所有节点。 每个节点都会执行该智能合同逻辑。
在运输过程中，如果制冷装置出现故障且冰淇淋温度升至冰点以上，会怎样？ IoT 温度传感器会监视冰淇淋温度并定期发送事务。 如果温度高于冰点，智能合同逻辑会将这批货物标记为不合规。
由于事务包含在块链中，因此当货物状态变为不合规时，会有一个不可变的记录。 冰淇淋店可以拒绝收货，避免产生食物安全问题。
与区块链中的数据一样，智能合同也是不可变的。 逻辑在部署后便不能更改。 因此，你可以信任智能合同逻辑始终在所有节点上一致地执行。 任何代码更改都需要在新的地址部署新的智能合同。
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