以太坊—私有链搭建

以太坊的几个基本概念：

　　以太坊简单来说就是区块链与智能合约的结合，智能合约是基于solidity语言实现的。在以太坊中，智能合约也有一个帐户地址。

• EVM

　　以太坊虚拟机（EVM）是以太坊中智能合约的运行环境。它不仅被沙箱封装起来，事实上它被完全隔离，运行在EVM内部的代码不能接触到网络、文件系统或者其它进程。甚至智能合约之间也只有有限的调用。

• Accounts

　　以太坊中有两类账户，它们共用同一个地址空间。外部账户，该类账户被公钥-私钥对控制。合约账户，该类账户被存储在账户中的代码控制。 外部账户的地址是由公钥决定的，合约账户的地址是在创建合约时确定的。

　　每个账户都有一个以太币余额（单位是“Wei”），该账户余额可以通过向它发送带有以太币的交易来改变。

• Transactions

　　每一笔交易都是一条信息，可以通过交易，将余额从一个帐户发至另一个帐户。

• Gas

　　每一笔交易需要支付一定的gas。gas price是由创建者设置的，调用合约的发送账户需要交易费用 = gas price * gas amount。

• Geth 终端

　　这是一个命令行工具，可以让您连接到正在运行的节点，并执行各种操作，如创建和管理帐户，查询区块链，签署并将交易提交给区块链等等。

虽然以太坊是一个公有链系统，但是我们可以通过设置一些参数来运行自己的私有链节点，在自己的私有链上进行开发和测试不需要同步公有链数据，也不需要花钱来买以太币，节省存储空间和成本，而且很灵活很方便。本文介绍使用geth客户端搭建私有链的操作步骤，同时会解释在这个过程中用到的各个命令及选项的含义和作用，最后会介绍geth的Javascript Console中的一些常用功能。

系统和软件

• Ubuntu 16.04 64位
• geth 1.5.6 =>(安装教程)

搭建私有链

一、准备创世区块配置文件

以太坊支持自定义创世区块，要运行私有链，我们就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。

{
  "config": {
        "chainId": 10,
        "homesteadBlock": 0,
        "eip155Block": 0,
        "eip158Block": 0
    },
  "coinbase"   : "0x0000000000000000000000000000000000000000",
  "difficulty" : "0x20000",
  "extraData"  : "",
  "gasLimit"   : "0x2fefd8",
  "nonce"      : "0x0000000000000042",
  "mixhash"    : "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
  "parentHash" : "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
  "timestamp"  : "0x00",
  "alloc"      : {},
}

参数名称	参数描述
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。
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。

二、初始化：写入创世区块

准备好创世区块配置文件后，需要初始化区块链，将上面的创世区块信息写入到区块链中。首先要新建一个目录用来存放区块链数据，假设新建的数据目录为~/privatechain/data0，genesis.json保存在~/privatechain中，此时目录结构应该是这样的：

privatechain
├── data0
└── genesis.json

接下来进入privatechain中，执行初始化命令：

$ cd privatechain
$ geth --datadir data0 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data0，表示指定数据存放目录为data0，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。如果看到以下的输出内容，说明初始化成功了。

I0322 10:52:44.585282 cmd/geth/chaincmd.go:131] successfully wrote genesis block and/or chain rule set: b240e0678c2a8f87cf350225b528e3d97688aad6d4d84ee84e405c7fc9e37e4e

初始化成功后，会在数据目录data0中生成geth和keystore两个文件夹，此时目录结构如下：

privatechain
├── data0
│   ├── geth
│   │   └── chaindata
│   │       ├── 000002.log
│   │       ├── CURRENT
│   │       ├── LOCK
│   │       ├── LOG
│   │       └── MANIFEST-000003
│   └── keystore
└── genesis.json

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

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，在终端中输入以下命令即可启动节点：

$ geth --datadir data0 --networkid 1108 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，--datadir选项指定使用data0作为数据目录，--networkid选项后面跟一个数字，这里是1108，表示指定这个私有链的网络id为1108。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。

运行上面的命令后，就启动了区块链节点并进入了Javascript Console：

...
Welcome to the Geth JavaScript console!

instance: Geth/v1.5.6-stable/linux/go1.7.3
 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：包含以下查看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

探索Javascript Console

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。 接下来介绍几个常用功能，下面的操作中，前面带>的表示在Javascript Console中执行的命令。

一、创建账户

前面只是搭建了私有链，并没有自己的账户，可以在js console中输入eth.accounts来验证：

> eth.accounts
[]

接下来使用personal对象来创建一个账户：

> personal.newAccount()
Passphrase: 
Repeat passphrase: 
"0xc232e2add308136571bb8f9197ba4ae4e5ba9836"

会提示输入密码和确认密码，输入密码不会有显示，只要输入就可以了，之后就会显示新创建的账户地址。

可以创建多个账户，我们再来创建一个账户：

> personal.newAccount()
Passphrase: 
Repeat passphrase: 
"0x814d39aa21f3eed069f2b21da7b5f857f7343afa"

接下来就可以查看到刚才创建的两个账户了：

> eth.accounts
["0xc232e2add308136571bb8f9197ba4ae4e5ba9836", "0x814d39aa21f3eed069f2b21da7b5f857f7343afa"]

账户默认会保存在数据目录的keystore文件夹中。查看目录结构，发现data0/keystore中多了两个文件，这两个文件就对应刚才创建的两个账户，这是json格式的文本文件，可以打开查看，里面存的是私钥经过密码加密后的信息。

data0
├── geth
│   ├── chaindata
│   ├── LOCK
│   ├── nodekey
│   └── nodes
├── geth.ipc
├── history
└── keystore
    ├── UTC--2017-03-22T09-06-47.766993033Z--c232e2add308136571bb8f9197ba4ae4e5ba9836
    └── UTC--2017-03-22T09-09-42.041015656Z--814d39aa21f3eed069f2b21da7b5f857f7343afa

小提示：命令都可以按Tab键自动补全。

二、查看账户余额

eth对象提供了查看账户余额的方法：

> eth.getBalance(eth.accounts[0])
0
> eth.getBalance(eth.accounts[1])
0

目前两个账户的以太币余额都是0，要使账户有余额，可以从其他账户转账过来，或者通过挖矿来获得以太币奖励。

三、启动&停止挖矿

通过miner.start()来启动挖矿：

> 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。

如果想停止挖矿，在js console中输入miner.stop()：

> miner.stop()

注意：输入的字符会被挖矿刷屏信息冲掉，没有关系，只要输入完整的miner.stop()之后回车，即可停止挖矿。

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：

> eth.coinbase
"0xc232e2add308136571bb8f9197ba4ae4e5ba9836"

现在的coinbase是账户0，要想使挖矿奖励进入其他账户，通过miner.setEtherbase()将其他账户设置成coinbase即可：

> miner.setEtherbase(eth.accounts[1])
true
> eth.coinbase
"0x814d39aa21f3eed069f2b21da7b5f857f7343afa"

我们还是以账户0作为coinbase，挖到区块以后，账户0里面应该就有余额了：

> eth.getBalance(eth.accounts[0])
160000000000000000000

getBalance()返回值的单位是wei，wei是以太币的最小单位，1个以太币=10的18次方个wei。要查看有多少个以太币，可以用web3.fromWei()将返回值换算成以太币：

> web3.fromWei(eth.getBalance(eth.accounts[0]),'ether')
160

四、发送交易

目前，账户一的余额还是0：

> eth.getBalance(eth.accounts[1])
0

可以通过发送一笔交易，从账户0转移5个以太币到账户1：

> amount = web3.toWei(5,'ether')
"5000000000000000000"
> eth.sendTransaction({from:eth.accounts[0],to:eth.accounts[1],value:amount})
Error: account is locked
    at web3.js:3119:20
    at web3.js:6023:15
    at web3.js:4995:36
    at <anonymous>:1:1

这里报错了，原因是账户每隔一段时间就会被锁住，要发送交易，必须先解锁账户，由于我们要从账户0发送交易，所以要解锁账户0：

> personal.unlockAccount(eth.accounts[0])
Unlock account 0xc232e2add308136571bb8f9197ba4ae4e5ba9836
Passphrase: 
true

输入创建账户时设置的密码，就可以成功解锁账户。然后再发送交易：

> amount = web3.toWei(5,'ether')
"5000000000000000000"
> eth.sendTransaction({from:eth.accounts[0],to:eth.accounts[1],value:amount})
I0322 19:39:36.300675 internal/ethapi/api.go:1047] Tx(0x0c59f431068937cbe9e230483bc79f59bd7146edc8ff5ec37fea6710adcab825) to: 0x814d39aa21f3eed069f2b21da7b5f857f7343afa
"0x0c59f431068937cbe9e230483bc79f59bd7146edc8ff5ec37fea6710adcab825"

此时交易已经提交到区块链，返回了交易的hash，但还未被处理，这可以通过查看txpool来验证：

> txpool.status
{
  pending: 1,
  queued: 0
}

其中有一条pending的交易，pending表示已提交但还未被处理的交易。

要使交易被处理，必须要挖矿。这里我们启动挖矿，然后等待挖到一个区块之后就停止挖矿：

> miner.start(1);admin.sleepBlocks(1);miner.stop();

当miner.stop()返回true后，txpool中pending的交易数量应该为0了，说明交易已经被处理了：

> txpool.status
{
  pending: 0,
  queued: 0
}

此时，交易已经生效，账户一应该已经收到了5个以太币了：

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

以太币最小的单位是wei（18个0）

　　
　　因为geth javascript console是基于javascript的，所以也可以创建js函数，查看所有帐户余额

> function checkAllBalances() {
     var totalBal = 0;
     for (var acctNum in eth.accounts) {
         var acct = eth.accounts[acctNum];
         var acctBal = web3.fromWei(eth.getBalance(acct), "ether");
         totalBal += parseFloat(acctBal);
         console.log("  eth.accounts[" + acctNum + "]: \t" + acct + " \tbalance: " + acctBal + " ether");
     }
     console.log("  Total balance: " + totalBal + " ether");
 };
> checkAllBalances()
  eth.accounts[0]:  0xbe323cc4fde114269a9513a27d3e985f82b9e25d  balance: 1245 ether
  eth.accounts[1]:  0x3b0ec02b4193d14abdc9cc5b264b5e3f39624d70  balance: 0 ether
  Total balance: 1245 ether

如果命令较多，可以保存到一个脚本里，使用命令载入脚本：loadScript('/path/script/here.js')

五、查看交易和区块

eth对象封装了查看交易和区块信息的方法。

查看当前区块总数：

> eth.blockNumber
33

通过交易hash查看交易：

> eth.getTransaction("0x0c59f431068937cbe9e230483bc79f59bd7146edc8ff5ec37fea6710adcab825")
{
  blockHash: "0xf5d3da50065ce5793c9571a031ad6fe5f1af326a3c4fb7ce16458f4d909c1613",
  blockNumber: 33,
  from: "0xc232e2add308136571bb8f9197ba4ae4e5ba9836",
  gas: 90000,
  gasPrice: 20000000000,
  hash: "0x0c59f431068937cbe9e230483bc79f59bd7146edc8ff5ec37fea6710adcab825",
  input: "0x",
  nonce: 0,
  r: "0x433fe5845391b6da3d8aa0d2b53674e09fb6126f0070a600686809b57e4ef77d",
  s: "0x6b0086fb76c46024f849141074a5bc79c49d5f9a658fd0fedbbe354889c34d8d",
  to: "0x814d39aa21f3eed069f2b21da7b5f857f7343afa",
  transactionIndex: 0,
  v: "0x1b",
  value: 5000000000000000000
}

通过区块号查看区块：

> eth.getBlock(33)
{
  difficulty: 132928,
  extraData: "0xd783010506846765746887676f312e372e33856c696e7578",
  gasLimit: 3244382,
  gasUsed: 21000,
  hash: "0xf5d3da50065ce5793c9571a031ad6fe5f1af326a3c4fb7ce16458f4d909c1613",
  logsBloom: "0x00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
  miner: "0xc232e2add308136571bb8f9197ba4ae4e5ba9836",
  mixHash: "0x09849dff7c8b8467812fa80d1fa2a27bc61f1cf16d5b2c05a6ce1b77ee18f3f1",
  nonce: "0x5b3939449dbdbea0",
  number: 33,
  parentHash: "0xeca34637642f56f7cfe5b699031c7ddbc43aee00fb10c7f054e0a9719cf226da",
  receiptsRoot: "0xd5f5b7ee944e57cbff496f7bdda7ceffd5eedffe6d5be5320008190502adc07a",
  sha3Uncles: "0x1dcc4de8dec75d7aab85b567b6ccd41ad312451b948a7413f0a142fd40d49347",
  size: 649,
  stateRoot: "0xc7add6b756980ab9e482766e455597ef1583e747ad62e2924a8e66c6f9170112",
  timestamp: 1490183209,
  totalDifficulty: 4358016,
  transactions: ["0x0c59f431068937cbe9e230483bc79f59bd7146edc8ff5ec37fea6710adcab825"],
  transactionsRoot: "0x7335a362b2c3925e7ba1b41bf7772aa9645a13d4f9c12edd5892b87887264232",
  uncles: []
}

还有更多的功能请自行探索...。

六、连接到其他节点

可以通过admin.addPeer()方法连接到其他节点，两个节点要想联通，必须保证网络是相通的，并且要指定相同的networkid。

假设有两个节点：节点一和节点二，networkid都是1108，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js console中执行下面的命令查看enode信息：

> admin.nodeInfo.enode
"enode://9e86289ea859ca041f235aed87a091d0cd594b377cbe13e1c5f5a08a8a280e62d4019ac54063ed6a1d0e3c3eaedad0b73c40b99a16a176993f0373ffe92be672@[::]:30304"

然后在节点一的js console中执行admin.addPeer()，就可以连接到节点二：

> admin.addPeer("enode://9e86289ea859ca041f235aed87a091d0cd594b377cbe13e1c5f5a08a8a280e62d4019ac54063ed6a1d0e3c3eaedad0b73c40b99a16a176993f0373ffe92be672@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。