#冬日生活打卡季#

基于区块链的基本特性，区块链通常是由若干个区块构成。在这些区块中分别记录有与该区块的创建时刻对应的时间戳，所有的区块严格按照区块中记录的时间戳，构成一条在时间上有序的数据链条。

对于物理世界产生的真实数据，可以将其构建成区块链所支持的标准的交易(transaction)格式，然后发布至区块链，由区块链中的节点设备对收到的交易进行共识处理，并在达成共识后，由区块链中作为记账节点的节点设备，将这笔交易打包进区块，在区块链中进行持久化存证。

其中，区块链中支持的共识算法可以包括：

第一类共识算法，即节点设备需要争夺每一轮的记账周期的记账权的共识算法；例如，工作量证明(Proof of Work，POW)、股权证明(Proof of Stake，POS)、委任权益证明(Delegated Proof of Stake，DPOS)等共识算法；

第二类共识算法，即预先为每一轮记账周期选举记账节点(不需要争夺记账权)的共识算法；例如，实用拜占庭容错(Practical Byzantine Fault Tolerance，PBFT)等共识算法。

在采用第一类共识算法的区块链网络中，争夺记账权的节点设备，都可以在接收到交易后执行该笔交易。争夺记账权的节点设备中可能有一个节点设备在本轮争夺记账权的过程中胜出，成为记账节点。记账节点可以将收到的交易与其它交易一起打包以生成最新区块，并将生成的最新区块或者该最新区块的区块头发送至其它节点设备进行共识。

在采用第二类共识算法的区块链网络中，具有记账权的节点设备在本轮记账前已经商定好。因此，节点设备在接收到交易后，如果自身不是本轮的记账节点，则可以将该交易发送至记账节点。对于本轮的记账节点，在将该交易与其它交易一起打包以生成最新区块的过程中或者之前，可以执行该交易。记账节点在生成最新区块后，可以将该最新区块或者该最新区块的区块头发送至其它节点设备进行共识。

如上所述，无论区块链采用以上示出的哪种共识算法，本轮的记账节点都可以将接收到的交易打包以生成最新区块，并将生成的最新区块或者该最新区块的区块头发送至其它节点设备进行共识验证。如果其它节点设备接收到最新区块或者该最新区块的区块头后，经验证没有问题，可以将该最新区块追加到原有的区块链末尾，从而完成区块链的记账过程。其它节点验证记账节点发来的新的区块或区块头的过程中，也可以执行该区块中的包含的交易。

在实际应用中，不论是公有链、私有链还是联盟链，都可能提供智能合约(smartcontract)的功能。区块链上的智能合约是在区块链上可以被交易触发执行的合约。智能合约可以通过代码的形式定义。

以以太坊为例，支持用户在以太坊网络中创建并调用一些复杂的逻辑。以太坊作为一个可编程区块链，其核心是以太坊虚拟机(EVM)，每个以太坊节点都可以运行EVM。EVM是一个图灵完备的虚拟机，通过它可以实现各种复杂的逻辑。用户在以太坊中发布和调用智能合约就是在EVM上运行的。实际上，EVM直接运行的是虚拟机代码(虚拟机字节码，下简称“字节码”)，所以部署在区块链上的智能合约可以是字节码。

如图1所示，Bob将一笔包含创建智能合约信息的交易(transaction)发送到以太坊网络后，各节点均可以在EVM中执行这笔交易。其中，图1中交易的From字段用于记录发起创建智能合约的账户的地址，交易的Data字段的字段值保存的合约代码可以是字节码，交易的To字段的字段值为一个null(空)的账户。当节点间通过共识机制达成一致后，这个智能合约成功创建，后续用户可以调用这个智能合约。

智能合约创建后，区块链上出现一个与该智能合约对应的合约账户，并拥有一个特定的地址；比如，图1中各节点中的“0x68e12cf284…”就代表了创建的这个合约账户的地址；合约代码(Code)和账户存储(Storage)将保存在该合约账户的账户存储中。智能合约的行为由合约代码控制，而智能合约的账户存储则保存了合约的状态。换句话说，智能合约使得区块链上产生包含合约代码和账户存储的虚拟账户。

前述提到，包含创建智能合约的交易的Data字段保存的可以是该智能合约的字节码。字节码由一连串的字节组成，每一字节可以标识一个操作。基于开发效率、可读性等多方面考虑，开发者可以不直接书写字节码，而是选择一门高级语言编写智能合约代码。例如，高级语言可以采用诸如Solidity、Serpent、LLL语言等。对于采用高级语言编写的智能合约代码，可以经过编译器编译，生成可以部署到区块链上的字节码。

以Solidity语言为例，用其编写的合约代码与面向对象编程语言中的类(Class)很相似，在一个合约中可以声明多种成员，包括状态变量、函数、函数修改器、事件等。状态变量是永久存储在智能合约的账户存储(Storage)字段中的值，用于保存合约的状态。

如图2所示，仍以以太坊为例，Bob将一笔包含调用智能合约信息的交易发送到以太坊网络后，各节点均可以在EVM中执行这笔交易。其中，图2中交易的From字段用于记录发起调用智能合约的账户的地址，To字段用于记录被调用的智能合约的地址，交易的Data字段用于记录调用智能合约的方法和参数。调用智能合约后，合约账户的账户状态可能改变。后续，某个客户端可以通过接入的区块链节点(例如图2中的节点1)查看合约账户的账户状态。

智能合约可以以规定的方式在区块链网络中每个节点独立的执行，所有执行记录和数据都保存在区块链上，所以当这样的交易执行完毕后，区块链上就保存了无法篡改、不会丢失的交易凭证。

创建智能合约和调用智能合约的示意图如图3所示。以太坊中要创建一个智能合约，需要经过编写智能合约、变成字节码、部署到区块链等过程。以太坊中调用智能合约，是发起一笔指向智能合约地址的交易，各个节点的EVM可以分别执行该交易，将智能合约代码分布式的运行在以太坊网络中每个节点的虚拟机中。

智能合约的事件机制，是智能合约与链外实体进行交互的一种方式。对于区块链上部署的智能合约来说，通常无法直接与链外实体进行交互；例如，智能合约在调用完成后，通常无法将智能合约的调用结果，点对点的发送给智能合约的调用发起方。

智能合约在调用的过程中产生的调用结果(包括中间结果和最终的调用结果)，通常都会以事件(event)的形式，记录到调用该智能合约的那笔交易的交易日志(transaction logs)，在节点设备的存储空间中进行存储。而需要与智能合约进行交互的链外实体，则可以通过监听节点设备的存储空间中存储的上述交易日志的方式，来获取智能合约的调用结果；

例如，以以太坊为例，交易日志最终会作为调用该智能合约的那笔交易笔交易的收据(receipt)的一部分内容，存储在以上描述的MPT收据树中。而与智能合约进行交互的链外实体，可以监听节点设备的存储空间中存储的MPT收据树上的交易收据，并从监听到的交易收据中，来获取智能合约生成的事件。

在跨链场景下，多个区块链可以通过跨链中继实现跨链对接。

其中，跨链中继，可以通过桥接接口与多个区块链分别进行对接，并基于实现的数据搬运逻辑，完成该多个区块链之间的跨链数据同步。

在实现上述跨链中继时所采用的跨链技术，在本说明书中不进行特别限定；例如，在实际应用中，可以通过侧链技术、公证人技术等跨链机制，将多个区块链连接起来。

当多个区块链通过跨链中继实现对接之后，区块链之间就可以去读取并认证其它区块链上的数据，也可以通过跨链中继去调用其它区块链上部署的智能合约。

需要说明的是，跨链中继仅用于多个区块链之间搬运数据，并不需要对搬运的数据进行持久化存储，也不需要维护所搬运的数据的数据状态。在实际应用中，跨链中继可以配置在其所连接的多个区块链之外的设备、节点或平台等处，也可以配置在其所连接的多个区块链的节点设备上，在本说明书中不进行特别限定。

区块链上部署的智能合约，通常只能引用区块链上存储的数据内容；而在实际应用中，对基于智能合约技术实现的一些复杂的业务场景，智能合约可能还需要引用一些链外的数据实体上的外部数据。

在这种场景下，区块链上部署的智能合约，可以通过Oracle预言机，来引用链外的数据实体上的数据，进而实现智能合约与真实世界的数据实体之间的数据交互。其中，链外的数据实体，可以包括诸如部署在链外的中心化的服务器或者数据中心，等等。

需要说明的是，跨链中继用于连接两个区块链，而Oracle预言机用于连接区块链与链外的数据实体，实现区块链与真实世界的数据交互。

在实际应用中，在为区块链上的智能合约部署预言机时，可以先在区块链上部署一个与预言机对应的预言机智能合约；其中，该预言机智能合约用于维护预言机发给区块链上的智能合约的外部数据；例如，预言机发给区块链上的智能合约的外部数据，可以存储在预言机智能合约的账户存储空间中。

当区块链上的目标智能合约被调用时，可以从该预言机智能合约的账户存储空间中，来读取该目标智能合约所需的外部数据，来完成智能合约的调用过程。

需要说明的是，预言机在向区块链上的智能合约发送外部数据时，可以采用主动发送的方式，也可以采用被动发送的方式。

在一种实现方式中，链外的数据实体可以将需要提供给目标智能合约的外部数据，利用预言机的私钥进行签名后，发送给上述预言机智能合约；例如，在时间时，可以采用周期性发送的方式，将签名后的上述外部数据发送给上述预言机智能合约；

而在上述预言机智能合约可以维护预言机的CA证书，在收到链外的数据实体发送的外部数据后，可以使用该CA证书中维护的该预言机的公钥，对该外部数据的签名进行验证，并在验证通过后，将链外的数据实体发送的外部数据在该预言机智能合约的账户存储空间中进行存储。

在另一种实现方式中，当区块链上的目标智能合约被调用时，如果从该预言机智能合约的账户存储空间中，并未读取到该目标智能合约所需的外部数据，此时该预言机智能合约，可以利用智能合约的事件机制，与上述预言机进行交互，并由上述预言机将该目标智能合约所需的外部数据，发送至该预言机智能合约的账户存储空间中。

例如，当区块链上的目标智能合约被调用时，如果从该预言机智能合约的账户存储空间中，并未读取到该目标智能合约所需的外部数据，此时该预言机智能合约，可以生成一个外部数据获取事件，并将该外部数据获取事件记录到调用该智能合约的那笔交易的交易日志中，并将该交易日志存储到节点设备的存储空间；而上述预言机可以监听节点设备的存储空间中存储的该预言机智能合约产生的交易日志，并在监听到交易日志中的外部数据获取事件后，响应监听到的该外部数据获取事件，将上述目标智能合约所需的外部数据，发送给上述预言机智能合约。