搭建基于以太坊的私有链环境

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准备工作

一、为什么用到私有链？

在以太坊的共有链上部署智能合约、发起交易需要花费以太币。而通过修改配置，可以在本机搭建一套以太坊私有链，因为与公有链没关系，既不用同步公有链庞大的数据，也不用花钱购买以太币，很好地满足了智能合约开发和测试的要求，开发好的智能合约也可以很容易地切换接口部署到以太坊公有链上。

二、需要用到哪些工具？

  1. 以太坊客户端
    以太坊客户端用于接入以太坊网络，进行账户管理、交易、挖矿、智能合约相关的操作。目前有多种语言实现的客户端，常用的有 Go 语言实现的 go-ethereum 客户端 Geth，支持接入以太坊网络并成为一个完整节点，也可作为一个 HTTP-RPC 服务器对外提供 JSON-RPC 接口。
    其他的客户端有：

    • Parity：Rust 语言实现；
    • cpp-ethereum：C++ 语言实现；
    • ethereumjs-lib：JavaScript 语言实现；
    • Ethereum(J)：Java 语言实现；
    • ethereumH：Haskell 语言实现；
    • pyethapp： Python 语言实现；
    • ruby-ethereum：Ruby 语言实现；

  2. 智能合约编译器
    以太坊支持两种智能合约的编程语言：Solidity 和 Serpent。Serpent 语言面临一些安全问题，现在已经不推荐使用了。Solidity 语法类似 JavaScript，它编译器 solc 可以把智能合约源码编译成以太坊虚拟机 EVM 可以执行的二进制码。
    现在以太坊提供更方便的在线 IDE —— Remix https://remix.ethereum.org 使用 Remix，免去了安装 solc 和编译过程，它可以直接提供部署合约所需的二进制码和 ABI。

  3. 以太坊钱包
    以太坊提供了图形界面的钱包 Ethereum Wallet 和 Mist Dapp 浏览器。钱包的功能是 Mist 的一个子集，可用于管理账户和交易；Mist 在钱包基础上，还能操作智能合约。为了演示合约部署过程，本文使用了 Geth console 操作，没有用到 Mist，当然，使用 Mist 会更简单。

以上参考 以太坊私有链搭建指南 | G2EX

搭建基于以太坊的私有链环境

以在本地 Win10 安装为例。

一、安装以太坊客户端 Geth

目前 Geth 最新的版本号是 Frost (v1.8.2)
下载地址： Releases · ethereum/go-ethereum 或 Geth 国内镜像
安装到 D:\Blockchain\Geth

二、准备创世块文件

要运行以太坊私有链，需要定义自己的创世区块，创世区块信息写在一个 JSON 格式的配置文件中。首先将下面的内容保存到一个 JSON 文件中，例如 genesis.json, 放到 D:\Blockchain\Geth。

{
  "config": {
    "chainID": 1024,
    "homesteadBlock": 0,
    "eip155Block": 0,
    "eip158Block": 0
  },
  "alloc": {},
  "coinbase": "0x0000000000000000000000000000000000000000",
  "difficulty": "0x400",
  "extraData": "0x0",
  "gasLimit": "0x2fefd8",
  "nonce": "0xdeadbeefdeadbeef",
  "mixhash": "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
  "parentHash": "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
  "timestamp": "0x00"
}

其中，chainID 指定了独立的区块链网络 ID。网络 ID 在连接到其他节点的时候会用到，以太坊公网的网络 ID 是 1，为了不与公有链网络冲突，运行私有链节点的时候要指定自己的网络 ID。不同 ID 网络的节点无法相互连接。配置文件还对当前挖矿难度 difficulty、区块 Gas 消耗限制 gasLimit 等参数进行了设置。

  • mixhash: 与nonce配合用于挖矿，由上一个区块的一部分生成的hash。注意他和nonce的设置需要满足以太坊的Yellow paper, 4.3.4. Block Header Validity, (44)章节所描述的条件。.
  • nonce: nonce就是一个64位随机数，用于挖矿，注意他和mixhash的设置需要满足以太坊的Yellow paper, 4.3.4. Block Header Validity, (44)章节所描述的条件。
  • difficulty: 设置当前区块的难度，如果难度过大，cpu挖矿就很难，这里设置较小难度
  • alloc: 用来预置账号以及账号的以太币数量，因为私有链挖矿比较容易，所以我们不需要预置有币的账号，需要的时候自己创建即可以。
  • coinbase: 矿工的账号，随便填
  • timestamp: 设置创世块的时间戳
  • parentHash: 上一个区块的hash值，因为是创世块，所以这个值是0
  • extraData: 附加信息，随便填，可以填你的个性信息
  • gasLimit: 该值设置对GAS的消耗总量限制，用来限制区块能包含的交易信息总和，因为我们是私有链，所以填最大。

以上解释来自 区块链开发（一）搭建基于以太坊的私有链环境 - CSDN博客

使用 CMD 进入到 geth 目录 (D:\Blockchain\Geth)，执行：

geth -datadir "%cd%\chain" init genesis.json

上面的命令的主体是 geth init，表示初始化区块链，命令可以带有选项和参数，其中 --datadir 选项后面跟一个目录名，这里为 chain，表示指定数据存放目录为 chain，genesis.json 是 init 命令的参数。

运行上面的命令，会读取 genesis.json 文件，根据其中的内容，将创世区块写入到区块链中。

遇到以下错误：

Fatal: invalid genesis file: json: cannot unmarshal hex string of odd length into Go struct field Genesis.extraData of type hexutil.Bytes

Google 之后找到解决办法：Documentation on testnet and genesis might be broken · Issue #15294 · ethereum/go-ethereum

extraData 可以设置为空或者"0x"， 看来这个参数也不是随便填的。改后的 genesis.json 文件：

{
  "config": {
    "chainID": 1024,
    "homesteadBlock": 0,
    "eip155Block": 0,
    "eip158Block": 0
  },
  "alloc": {},
  "coinbase": "0x0000000000000000000000000000000000000000",
  "difficulty": "0x400",
  "extraData": "0x",
  "gasLimit": "0x2fefd8",
  "nonce": "0xdeadbeefdeadbeef",
  "mixhash": "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
  "parentHash": "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
  "timestamp": "0x00"
}

重新执行：

D:\Blockchain\Geth>geth -datadir "%cd%\chain" init genesis.json
INFO [03-20|14:43:11] Maximum peer count                       ETH=25 LES=0 total=25
INFO [03-20|14:43:11] Allocated cache and file handles         database=D:\\Blockchain\\Geth\\chain\\geth\\chaindata cache=16 handles=16
INFO [03-20|14:43:11] Writing custom genesis block
INFO [03-20|14:43:11] Persisted trie from memory database      nodes=0 size=0.00B time=0s gcnodes=0 gcsize=0.00B gctime=0s livenodes=1 livesize=0.00B
INFO [03-20|14:43:12] Successfully wrote genesis state         database=chaindata                                    hash=ed1fb6…1760ca
INFO [03-20|14:43:12] Allocated cache and file handles         database=D:\\Blockchain\\Geth\\chain\\geth\\lightchaindata cache=16 handles=16
INFO [03-20|14:43:12] Writing custom genesis block
INFO [03-20|14:43:12] Persisted trie from memory database      nodes=0 size=0.00B time=0s gcnodes=0 gcsize=0.00B gctime=0s livenodes=1 livesize=0.00B
INFO [03-20|14:43:12] Successfully wrote genesis state         database=lightchaindata                                    hash=ed1fb6…1760ca

初始化成功后，会在数据目录 chain 中生成 geth 和 keystore 两个文件夹，此时目录结构如下：

D:\Blockchain\Geth
├── chain
│   ├── geth
│   │   ├── chaindata
│   │   │   ├── 000001.log
│   │   │   ├── CURRENT
│   │   │   ├── LOCK
│   │   │   ├── LOG
│   │   │   └── MANIFEST-000000
│   │   └── lightchaindata
│   │       ├── 000001.log
│   │       ├── CURRENT
│   │       ├── LOCK
│   │       ├── LOG
│   │       └── MANIFEST-000000
│   └── keystore
├── genesis.json
└── geth.exe

其中 geth/chaindata 中存放的是区块数据，keystore 中存放的是账户数据。

三、启动私有链节点

3.1 第一次启动

初始化完成后，就有了一条自己的私有链，之后就可以启动自己的私有链节点并做一些操作，输入以下命令即可启动节点：

geth --identity "TestNode" --rpc --rpcport "8545" --rpccorsdomain "*" --datadir "chain" --port "30303"  --rpcapi "db,eth,net,web3" --networkid 95518 console

上面命令的主体是 geth console，表示启动节点并进入交互式控制台。
各选项含义如下：

  • –identity：区块链的标示，随便填写，用于标示目前网络的名字；
  • –rpc：表示开启 HTTP-RPC 服务, 启动rpc通信，可以进行智能合约的部署和调试 ；
  • –rpcport：指定 HTTP-RPC 服务监听端口号（默认为 8545）；
  • –datadir：设置当前区块链网络数据存放的位置 ；
  • –port：指定和其他节点连接所用的端口号（默认为 30303）；
  • –nodiscover：关闭节点发现机制，防止加入有同样初始配置的陌生节点, 禁止被网络中其它节点发现，需要手动添加该节点到网络。
  • -rpcaddr –rpc接口的地址
  • -rpcapi 设置rpc的范围，暂时开启eth,web3,personal足够
  • -networkid 设置当前区块链的网络ID，是一个数字，可以随便写
  • -maxpeers 最大节点数量
  • -rpccorsdomain 限制rpc访问源的ip，代表不限制 mine 允许挖矿

以上部分解释来自 windows系统下搭建以太坊私有链环境

运行上面的命令后，就启动了区块链节点并进入了该节点的控制台：

Welcome to the Geth JavaScript console!
instance: Geth/TestNode/v1.8.2-stable-b8b9f7f4/windows-amd64/go1.9.2
modules: admin:1.0 debug:1.0 eth:1.0 miner:1.0 net:1.0 personal:1.0 rpc:1.0 txpool:1.0 web3:1.0

这是一个交互式的 JavaScript 执行环境，在这里面可以执行 JavaScript 代码，其中 > 是命令提示符。在这个环境里也内置了一些用来操作以太坊的 JavaScript 对象，可以直接使用这些对象。这些对象主要包括：

  • eth：包含一些跟操作区块链相关的方法；
  • net：包含一些查看p2p网络状态的方法；
  • admin：包含一些与管理节点相关的方法；
  • miner：包含启动&停止挖矿的一些方法；
  • personal：主要包含一些管理账户的方法；
  • txpool：包含一些查看交易内存池的方法；
  • web3：包含了以上对象，还包含一些单位换算的方法。

3.2 后续的启动

后续的启动，可以使用简单一些的命令，不必指定端口号、目录等；（console表示将日志输出到控制台中）

geth -datadir "chain" console

来自 区块链教程—以太坊（一）：Windows搭建以太坊私有链_慕课手记

四、控制台操作

进入以太坊 Javascript Console 后，就可以使用里面的内置对象做一些操作，这些内置对象提供的功能很丰富，比如查看区块和交易、创建账户、挖矿、发送交易、部署智能合约等。

常用命令有：

  • personal.newAccount()：创建账户；
  • personal.unlockAccount()：解锁账户；
  • eth.accounts：枚举系统中的账户；
  • eth.getBalance()：查看账户余额，返回值的单位是 Wei（Wei 是以太坊中最小货币面额单位，类似比特币中的聪，1 ether = 10^18 Wei）；
  • eth.blockNumber：列出区块总数；
  • eth.getTransaction()：获取交易；
  • eth.getBlock()：获取区块；
  • miner.start()：开始挖矿；
  • miner.stop()：停止挖矿；
  • web3.fromWei()：Wei 换算成以太币；
  • web3.toWei()：以太币换算成 Wei；
  • txpool.status：交易池中的状态；
  • admin.addPeer()：连接到其他节点；

这些命令支持 Tab 键自动补全，具体用法如下。

1. 创建账户

personal.newAccount()
Passphrase:
Repeat passphrase:
"0xfe4b566a620caf0558ba649b7d6554b801ef8dee"
> INFO [03-20|16:48:00] Etherbase automatically configured       address=0xFE4b566A620Caf0558BA649b7d6554B801EF8deE

查看刚刚创建的账户：

eth.accounts
["0xfe4b566a620caf0558ba649b7d6554b801ef8dee"]

2. 查看账户余额

eth.getBalance(eth.accounts[0])

3. 启动&停止挖矿

启动挖矿：

miner.start(1)
其中 start 的参数表示挖矿使用的线程数。第一次启动挖矿会先生成挖矿所需的 DAG 文件，这个过程有点慢，等进度达到 100% 后，就会开始挖矿，此时屏幕会被挖矿信息刷屏。

停止挖矿，在 console 中输入：

miner.stop()
挖到一个区块会奖励5个以太币，挖矿所得的奖励会进入矿工的账户，这个账户叫做 coinbase，默认情况下 coinbase 是本地账户中的第一个账户，可以通过 miner.setEtherbase() 将其他账户设置成 coinbase。

4. 发送交易

目前，账户 0 已经挖到了 3 个块的奖励，账户 1 的余额还是0：

eth.getBalance(eth.accounts[0])
15000000000000000000
eth.getBalance(eth.accounts[1])
0
我们要从账户 0 向账户 1 转账，所以要先解锁账户 0，才能发起交易：

personal.unlockAccount(eth.accounts[0])
Unlock account 0x3443ffb2a5ce3f4b80080791e0fde16a3fac2802
Passphrase:
true
发送交易，账户 0 -> 账户 1：

amount = web3.toWei(5,'ether')
"5000000000000000000"
eth.sendTransaction({from:eth.accounts[0],to:eth.accounts[1],value:amount})
INFO [09-12|07:38:12] Submitted transaction fullhash=0x9f5e61f3d686f793e2df6378d1633d7a9d1df8ec8c597441e1355112d102a6ce recipient=0x02bee2a1582bbf58c42bbdfe7b8db4685d4d4c62
"0x9f5e61f3d686f793e2df6378d1633d7a9d1df8ec8c597441e1355112d102a6ce"
此时如果没有挖矿，用 txpool.status 命令可以看到本地交易池中有一个待确认的交易，可以使用 eth.getBlock("pending", true).transactions 查看当前待确认交易。

使用 miner.start() 命令开始挖矿：

miner.start(1);admin.sleepBlocks(1);miner.stop();
新区块挖出后，挖矿结束，查看账户 1 的余额，已经收到了账户 0 的以太币：

web3.fromWei(eth.getBalance(eth.accounts[1]),'ether')
5

5. 查看交易和区块

查看当前区块总数：

eth.blockNumber
4
通过交易 Hash 查看交易（Hash 值包含在上面交易返回值中）：

eth.getTransaction("0x9f5e61f3d686f793e2df6378d1633d7a9d1df8ec8c597441e1355112d102a6ce")
{
blockHash: "0xdc1fb4469bf4613821c303891a71ff0d1f5af9af8c10efdd8bcd8b518533ee7d",
blockNumber: 4,
from: "0x3443ffb2a5ce3f4b80080791e0fde16a3fac2802",
gas: 90000,
gasPrice: 18000000000,
hash: "0x9f5e61f3d686f793e2df6378d1633d7a9d1df8ec8c597441e1355112d102a6ce",
input: "0x",
nonce: 0,
r: "0x4214d2d8d92efc3aafb515d2413ecd45ab3695d9bcc30d9c7c06932de829e064",
s: "0x42822033225a2ef662b9b448576e0271b9958e1f4ec912c259e01c84bd1f6681",
to: "0x02bee2a1582bbf58c42bbdfe7b8db4685d4d4c62",
transactionIndex: 0,
v: "0x824",
value: 5000000000000000000
}
通过区块号查看区块：

eth.getBlock(4)
{
difficulty: 131072,
extraData: "0xd783010607846765746887676f312e382e31856c696e7578",
gasLimit: 3153874,
gasUsed: 21000,
hash: "0xdc1fb4469bf4613821c303891a71ff0d1f5af9af8c10efdd8bcd8b518533ee7d",
logsBloom: "0x00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
miner: "0x3443ffb2a5ce3f4b80080791e0fde16a3fac2802",
mixHash: "0x6df88079cf4fbfae98ad7588926fa30becddf4b8b55f93f0380d82ce0533338c",
nonce: "0x39455ee908666993",
number: 4,
parentHash: "0x14fe27755d6fcc704f6b7018d5dc8193f702d89f2c7807bf6f0e402a2b0a29d9",
receiptsRoot: "0xfcb5b5cc322998562d96339418d08ad8e7c5dd87935f9a3321e040344e3fd095",
sha3Uncles: "0x1dcc4de8dec75d7aab85b567b6ccd41ad312451b948a7413f0a142fd40d49347",
size: 651,
stateRoot: "0xdd4a0ce76c7e0ff149853dce5bb4f99592fb1bc3c5e87eb07518a0235ffacd8c",
timestamp: 1505202063,
totalDifficulty: 525312,
transactions: ["0x9f5e61f3d686f793e2df6378d1633d7a9d1df8ec8c597441e1355112d102a6ce"],
transactionsRoot: "0xbb909845183e037b15d24fe9ad1805fd00350ae04841aa774be6af96e76fdbf9",
uncles: []
}

6.连接到其他节点

可以通过 admin.addPeer() 方法连接到其他节点，两个节点要要指定相同的 chainID。

假设有两个节点：节点一和节点二，chainID 都是 1024，通过下面的步骤就可以从节点一连接到节点二。

首先要知道节点二的 enode 信息，在节点二的 JavaScript console 中执行下面的命令查看 enode 信息：

admin.nodeInfo.enode
"enode://d465bcbd5c34da7f4b8e00cbf9dd18e7e2c38fbd6642b7435f340c7d5168947ff2b822146e1dc1b07e02f7c15d5ca09249a92f1d0caa34587c9b2743172259ee@[::]:30303"
然后在节点一的 JavaScript console 中执行 admin.addPeer()，就可以连接到节点二：

admin.addPeer("enode://d465bcbd5c34da7f4b8e00cbf9dd18e7e2c38fbd6642b7435f340c7d5168947ff2b822146e1dc1b07e02f7c15d5ca09249a92f1d0caa34587c9b2743172259ee@127.0.0.1:30304")
addPeer() 的参数就是节点二的 enode 信息，注意要把 enode 中的 [::] 替换成节点二的 IP 地址。连接成功后，节点二就会开始同步节点一的区块，同步完成后，任意一个节点开始挖矿，另一个节点会自动同步区块，向任意一个节点发送交易，另一个节点也会收到该笔交易。

通过 admin.peers 可以查看连接到的其他节点信息，通过 net.peerCount 可以查看已连接到的节点数量。

除了上面的方法，也可以在启动节点的时候指定 --bootnodes 选项连接到其他节点。

以上参考 以太坊私有链搭建指南 | G2EX