“区块链”这个词近几个月的社会出现频率越来越高，虽然很多人是冲着币圈去的，但是还是有很多技术宅是真正在研究区块链技术的。
今天老林就来给大家唠唠怎么搭建以太坊的私有链，小白入门级别的，大神请略过。
说明
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？
- 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；
- 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。 - 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。
安装环境
这里以 Ubuntu 16.04 为例进行介绍。
一、安装以太坊客户端
两种方式可选：PPA 直接安装、源码编译安装。
-
PPA 直接安装
安装必要的工具包：1apt install software-properties-common添加以太坊源：
1 2add-apt-repository -y ppa:ethereum/ethereum apt update安装 go-ethereum：
1apt install ethereum安装完成后，可以使用
geth version命令查看是否安装成功。 -
源码安装
因为 go-ethereum 使用 Go 语言编写，编译源码前需要配置好 Go 环境。扫描二维码关注公众号，回复： 3767429 查看本文章
配置 Go 语言环境
参照 https://golang.org/doc/install
简单地，以安装 go 1.9 为例：1 2wget https://storage.googleapis.com/golang/go1.9.linux-amd64.tar.gz tar -C /usr/local -xzf go1.9.linux-amd64.tar.gz编辑
/etc/profile或$HOME/.profile，在文件最后添加环境变量：1export PATH=$PATH:/usr/local/go/bin编辑
$HOME/profile或$HOME/.bashrc，添加 go 工作目录环境变量：1export GOPATH=$HOME/gopath下载和编译 Geth
安装 C 编译器：1apt install -y build-essential下载最新源码：
1git clone https://github.com/ethereum/go-ethereum编译安装：
1 2cd go-ethereum make geth安装完成后，可以使用
geth version命令查看是否安装成功。记得把生成的 geth 加入到系统的环境变量中。
我在这里用的是第一种方式，最后使用geth version 得到的结果是：
root@daniel-Aspire-E5-572G:/home/daniel# geth version
Geth
Version: 1.8.2-stable
Git Commit: b8b9f7f4476a30a0aaf6077daade6ae77f969960
Architecture: amd64
Protocol Versions: [63 62]
Network Id: 1
Go Version: go1.9.4
Operating System: linux
GOPATH=
GOROOT=/usr/lib/go-1.9
二、安装 Solidity 编译器
Solidity 编译器也有多种方法安装，参照 http://solidity.readthedocs.io/en/latest/installing-solidity.html 这里介绍最简单快捷的安装方式：PPA 直接安装。
-
PPA 直接安装
1 2 3add-apt-repository ppa:ethereum/ethereum apt update apt install solc -
官方推荐使用基于浏览器的 IDE 环境：Remix https://remix.ethereum.org
私有链搭建
一、配置初始状态
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。
{
"config": {
"chainID": 1909,
"homesteadBlock": 0,
"eip155Block": 0,
"eip158Block": 0
},
"alloc": {},
"coinbase": "0x0000000000000000000000000000000000000001",
"difficulty": "0x400",
"extraData": "0x888",
"gasLimit": "0xffffffff",
"nonce": "0x1909201819092018",
"mixhash": "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
"parentHash": "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
"timestamp": "0x00"
}- 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。
- 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，默认为空即可。
- coinbase: 矿工的账号，随便填即可。
- 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。
- extraData: 附加信息。这里要注意一下，新版本该值需要为16进制数据，以0x 开头。
- 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，因为我们要做的是私有链，所以此处填最大。
- nonce: nonce就是一个64位随机数(0x后一位为4个二进制位，故有16位），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。
- 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。
- parentHash: 上一个区块的hash值，因为是创世块，所以这个值是0。
- timestamp: 设置创世块的时间戳。
在 Geth 1.6+ 中，以太坊提供了一个生成创世块的向导工具：puppeth。并且提供了更适合在私有链中使用的 Clique POA 共识算法。puppeth 的使用，可以参照《利用puppeth搭建POA共识的以太坊私链网络》。
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 ~/315私有链/data0，genesis.json 保存在 ~/315私有链 中，此时目录结构应该是这样的：
|
|
接下来进入 “315私有链” 中，执行初始化命令：
|
|
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。
INFO [03-15|21:09:45] Maximum peer count ETH=25 LES=0 total=25
INFO [03-15|21:09:45] Allocated cache and file handles database=/home/daniel/315私有链/data0/geth/chaindata cache=16 handles=16
INFO [03-15|21:09:45] Writing custom genesis block
INFO [03-15|21:09:45] Persisted trie from memory database nodes=0 size=0.00B time=3.869µs gcnodes=0 gcsize=0.00B gctime=0s livenodes=1 livesize=0.00B
INFO [03-15|21:09:45] Successfully wrote genesis state database=chaindata hash=51a849…59f068
INFO [03-15|21:09:45] Allocated cache and file handles database=/home/daniel/315私有链/data0/geth/lightchaindata cache=16 handles=16
INFO [03-15|21:09:45] Writing custom genesis block
INFO [03-15|21:09:45] Persisted trie from memory database nodes=0 size=0.00B time=7.307µs gcnodes=0 gcsize=0.00B gctime=0s livenodes=1 livesize=0.00B
INFO [03-15|21:09:45] Successfully wrote genesis state database=lightchaindata hash=51a849…59f068
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：
|
|
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：
|
|
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：指定节点，用于标示目前网络的名字；
- –rpc：表示开启 HTTP-RPC 服务；
- –rpcport：指定 HTTP-RPC 服务监听端口号（默认为 8545）；
- –datadir：指定区块链数据的存储位置；
- –port：指定和其他节点连接所用的端口号（默认为 30303）；
- –rpcapi： 设置允许连接的rpc的客户端，一般为db,eth,net,web3；
- –networkid： 设置当前区块链的网络ID，用于区分不同的网络，是一个数字；
- –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；
- –maxpeers : 如果你不希望其他人连接到你的测试链，可以使用maxpeers 0。反之，如果你确切知道希望多少人连接到你的节点，你也可以通过调整数字来实现；
- –rpccorsdomain : 这个可以指示什么URL能连接到你的节点来执行RPC定制端任务。务必谨慎，输入一个特定的URL而不是wildcard ( * )，后者会使所有的URL都能连接到你的RPC实例；
- –console：启动命令行模式，可以在Geth中执行命令。
注意：
1.上面蓝色字体的参数为非必须的，必要时才写入；
2.如果想将Ubuntu作为永久区块链节点使用，当使用nohup命令时，Geth启动参数console必须去掉，否则Geth会自动停止。
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：
|
|
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。
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。
一、创建账户
|
|
输入两遍密码后，会生成账户地址。
再创建一个账户：
|
|
查看刚刚创建的两个账户：
|
|
二、查看账户余额
|
|
三、启动&停止挖矿
启动挖矿：
|
|
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：
|
|
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。
四、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：
|
|
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：
|
|
发送交易，账户 0 -> 账户 1：
|
|
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：
|
|
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：
|
|
五、查看交易和区块
查看当前区块总数：
|
|
通过交易 Hash 查看交易（Hash 值包含在上面交易返回值中）：
|
|
通过区块号查看区块：
|
|
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：
|
|
然后在节点一的 JavaScript console 中执行 admin.addPeer()，就可以连接到节点二：
|
|
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。
智能合约操作
一、创建和编译智能合约
新建一个 Solidity 智能合约文件，命名为 testContract.sol，该合约包含一个方法 multiply()，将输入的两个数相乘后输出：
|
|
编译智能合约，获得编译后的 EVM 二进制码：
|
|
再用 solc 获取智能合约的 JSON ABI（Application Binary Interface），其中指定了合约接口，包括可调用的合约方法、变量、事件等：
|
|
回到 Geth 的控制台，用变量 code 和 abi 记录上面两个值，注意在 code 前加上 0x 前缀：
|
|
二、部署智能合约
这里使用账户 0 来部署合约，首先解锁账户：
|
|
发送部署合约的交易：
|
|
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。使用下面的命令查看当前待确认的交易：
|
|
使用 miner.start() 命令开始挖矿，一段时间后交易会被确认，随新区块进入区块链。
三、调用智能合约
使用以下命令发送交易，sendTransaction 方法的前几个参数应该与合约中 multiply 方法的输入参数对应。这种情况下，交易会通过挖矿记录到区块链中：
|
|
如果只是本地运行该方法查看返回结果，可以采用如下方式：
|
|
术语说明
| 术语 | 说明 | |
|---|---|---|
| ABI | Application Binary Interface，应用二进制接口 | 其中指定了合约接口，包括可调用的合约方法、变量、事件等。 |
| DApp | Decentralized App，去中心化的应用程序 | 基于智能合约的应用称为去中心化的应用程序。 |
| EVM | Ethereum Virtual Machine，以太坊虚拟机 | 以太坊智能合约的运行环境。 |
| Gas | （消耗的）汽油 | 在以太坊上发起交易、部署合约和调用合约都要消耗一定量的以太币，这些消耗的以太币称为 Gas。 |
| Geth | - | 以太坊客户端 go-ethereum，使用 Go 语言编写，是最常用的以太坊客户端之一。 |
| Solidity | - | 以太坊智能合约的一种编程语言，类似 JavaScript。 |
| Remix IDE | https://remix.ethereum.org | 基于浏览器的 Solidity 集成开发环境，在浏览器中编写和调试智能合约。 |
参考内容
- 《区块链——原理、设计与应用》杨保华、陈昌编著，机械工业出版
- 以太坊学习笔记：私有链搭建操作指南 https://my.oschina.net/u/2349981/blog/865256
- 利用puppeth搭建POA共识的以太坊私链网络 https://github.com/xiaoping378/blog/blob/master/posts/%E4%BB%A5%E5%A4%AA%E5%9D%8A-%E7%A7%81%E6%9C%89%E9%93%BE%E6%90%AD%E5%BB%BA%E5%88%9D%E6%AD%A5%E5%AE%9E%E8%B7%B5.md
- 区块链技术指南 https://yeasy.gitbooks.io/blockchain_guide/ethereum/install.html
- Solidity 官方文档 http://solidity.readthedocs.io/en/latest/installing-solidity.html
- Go 官方文档 https://golang.org/doc/install
- 更多区块链资料，请访问 https://github.com/gymgle/blockchain-reference