构建一条以太坊私链

• 建立一条以太坊私链的形式，进行账户的创建、账户间以太币的转账。
  在最简单的实践过程中巩固之前的理论知识，并为深入以太坊智能合约开发打下基础。
  以太坊社区发展很快，从2016年以来已经陆续推出了多个版本的实用开发工具。
  *示例将采用以太坊 go-ethereum (Geth) 本地客户端 + web3.js 的组合。

MacOS环境下下安装Geth

• 首先安装Geth

  brew tap ethereum/ethereum
  brew install ethereum

  

虽然以太坊等区块链项目本身不是用JavaScript编写的，但在与区块链节点交互的场景中，却大量使用了JavaScript作为接口调用的语言。目前JavaScript的相关的开源软件包的发布、分发、编写都是通过Node.js的包管理器NPM来实现的。我们在使用以太坊的 Web3 时也选用了NPM项目包管理器来下载、管理我们的 web3.js 库依赖。

安装node.js

brew install node

查看安装好的node和npm版本

node --version
> v17.3.0
npm --version
> 8.3.0

Geth客户端的结构

Geth客户端包含面向客户的界面（命令行）、面向网络的功能以及EVM虚拟机。 除了不能编译二进制 EVM 代码外，几乎能够执行一切和用户相关、网络相关、合约相关的操作。它承接了客户对于以太坊区块链的操作，对内维持了账户体系，世界状态，虚拟机运行以及数据的存储，对外与其他网络中的客户端节点通信，交换信息

• 账户管理功能
  • 生成、删除、管理用户的账户。
  • 签名、打包用户的交易请求。
• 存储、虚拟机功能
  • 存储交易树、状态树、收据树。
  • 启动虚拟机，执行智能合约的代码并存储结果。
• 网络功能
  • 与其他节点通信，同步下载、分享区块链数据。
  • 参与网络中区块的播报、交易的播报。
  • 验证区块合法性，参与挖矿。
  • 提供Web3，JSON-RPC，Websocket通讯接口。
    

启动一条以太坊私链

以太坊网络分为主网、测试网。这两个网络都是公开的链，为世界所有开发者和用户所用。

我们今天的学习蓝本是以太坊的私有网络，或者称为私链。

私链和公链是不互通的，通过网络进行隔离。我们教程的私链里，有且仅有我们一台计算机运行。

以太坊源代码及软件都是开源的，任何人都可以拷贝一份源代码并且运行自己的以太坊私链。以下是接入不同的网络所需下载数据量的对比。

• main net 主网 –下载量 >1TB 的区块链数据，共需3-5天时间。
• test net 测试网 –下载量 ~60GB的代号为Ropsten的测试网数据，约10小时。
• private net 私链 –无需下载，创世后等待数分钟即可正常运转。

设立工作目录

mkdir ether-test
cd ether-test
touch gensis.json
mkdir db

编辑创世配置

如果读者回忆起 以太坊的特色 的讲解，与比特币不同，以太坊的创世就已经分配了约70%的以太币，随后才进入挖矿过程，大家竞争挖矿分配剩余的币。我们私链也同样可以通过创世方法分配好一些以太币供测试使用，或者从零开始一点一点通过挖矿的方式挖掘以太币。

创世配置就是供以太坊私有链第一次启动时所使用，创世区块是最特殊的区块，它没有前一个区块，因为它自己是第一个块。我们下面来配置创世区块 gensis.json 文件。

// gensis.json
{
  "config": {
      "chainId": 987,
      "homesteadBlock": 0,
      "eip155Block": 0,
      "eip158Block": 0
  },
  "difficulty": "0x400",
  "gasLimit": "0x8000000",
  "alloc": {}
}

以上就是一份最小可行的创世区块配置，包含了区块链配置，挖矿难度设置，单一区块最大包含 Gas 的上限，以及一个空置的创世币分配区alloc(意味着没有预先分配以太币)。当然，也可以扩充一些启动的其他参数诸如时间戳以及前一区块哈希等，这些都是非必填的。完整版的 gensis.json 如下所示。

{
  "config": {
      "chainId": 987,
      "homesteadBlock": 0,
      "eip155Block": 0,
      "eip158Block": 0,
      "eip150Block":0
  },
  "difficulty": "0x400",
  "gasLimit": "0xffffffff",
  // 可选填的参数
  "coinbase": "0x0000000000000000000000000000000000000000",
  "extraData": "0x00",
  "nonce": "0x0000000000000001",
  "mixhash": "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
  "parentHash": "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
  "timestamp": "0x00",
  "alloc": {
    "430e986e0cca10a174baad96871ec9cb308c6d05": {"balance": "111111"}
  }
}

各个字段解释如下：

初始化创世配置

配置gensis.json

{
    "config": {
        "chainId": 987,
        "homesteadBlock": 0,
        "eip155Block": 0,
        "eip158Block": 0,
        "eip150Block":0
    },
    "difficulty": "0x400",
    "gasLimit": "0xffffffff",
    "alloc": {
      "430e986e0cca10a174baad96871ec9cb308c6d05": {"balance": "111111"}
    }

  }

我们已经准备好了创世的配置，接下来就是将该链条的配置初始化，形成区块链的起点，初始化之后我们就有了第一个区块，接下来就可以根据第一个区块来挖掘第二个区块了。

进入 ether-test 目录，执行初始化。

cd ether-test
geth --datadir "./db" init gensis.json

此时我们看到控制台上输出了 “Successfully wrote genesis state” 意味着我们的初始化已经成功

这是目录结构也发生了变化

在 db 目录数据库，程序自动新建了 geth 目录。 该目录存放了区块链的所有运行时产生的区块链数据、日志、世界状态并随着区块链增长而占据更多存储硬盘空间。 它内部的两个子目录存储了具体的区块链数据。 db 目录下还有一个 keystore 目录。该目录下保存了各个账户的私钥的加密后的文件，只有在签名的时候用户才会解锁 keystore 执行签名操作。

启动Geth 节点

一切准备就绪，弗兰肯斯坦的巨人马上就要苏醒，在我们现在的环境下，需要启动一个 Geth 节点来接入私链网络（实际上也是这个私链网络的唯一一个节点），负责在创世块后挖出第一个块。该节点也是我们与以太坊私链通信的节点服务器。下面我们来启动这样一个节点。

geth --datadir ./db/ --http --http.addr=127.0.0.1 --http.port 8545 --http.corsdomain "*" --http.api "eth,net,web3,personal,admin,shh,txpool,debug,miner" --nodiscover --maxpeers 30 --networkid 198989 --port 30303 --mine --miner.threads 1 --miner.etherbase "0x7df9a875a174b3bc565e6424a0050ebc1b2d1d82" console

• 具体启动参数geth文档见文章末尾

启动成功后
我们可以陆续看到诸如 number=1，number=2 的输出，这表明我们已经成功地挖掘出了第1，2，3…个区块

控制台持续在输出挖矿相关信息。你的私链已经稳定运行。由于我们启动时 etherbase 参数随便设置了一个挖矿矿工奖励地址，所以挖出的区块奖励都发送到了那个地址，但我们并没有持有这个地址，这等于白白浪费了。现在，我们来与Geth通信并且让它暂停一下挖矿，等我们新建好了账户之后再继续挖。

接受挖矿奖励

请确保你的Geth节点尚在运行 ，我们新开命令行窗口执行 attach 命令依附上正在运行中的Geth节点：

geth --datadir ./db attach ipc:./db/geth.ipc

弹出控制台

在控制台上我们用personal功能模块新建两个账户，分别由123密码和 456来保护。

> personal.newAccount('123')
"0xa0ec4f7aad3af79907f0cab503d3b800faae0eee"
> personal.newAccount('456')
"0x9975430958d28b8d74a38475682bbb1e2efc681e"

生成后我们已经看到控制台上分别输出了两个地址，它们就是生成好的两个账户的公开地址，现在这些地址已经准备好能够收受以太币。

eth.accounts
web3.fromWei(eth.getBalance(eth.accounts[0]), "ether")
web3.fromWei(eth.getBalance(eth.accounts[1]), "ether")

结果如图

我们用 web3 功能模块的 fromWei() 换算功能帮助我们换算了账户余额，如我们所预料的，账户余额为 0 。在以太坊的世界里没有浮点数小数点，只有整数。所以形如 3.1415 的小数在以太坊里是无法表示的，这里采用了 Wei 为单位表示以太坊不可分割的最小单位，将所有小数转化为大整数运算，

为了在私链上获取以太币供测试使用，我们设定其中一个账户的地址为挖矿奖励地址，这样我们就有源源不断的以太币可以做实验使用，我们来用miner功能模块设定一下挖矿地址。

> miner.setEtherbase(eth.accounts[0])
true

我们再来用eth功能模块检查一下，是否挖矿收益地址coinbase已经是我们的地址：

> eth.coinbase
"0xa0ec4f7aad3af79907f0cab503d3b800faae0eee"

设置成功！接下来我们就可以重新通知Geth节点去启动挖矿，然后坐等我们的以太币流入第一个账户了。请重启挖矿。

miner.start(1)

这里 miner.start()代入参数 1 代表了我们启动挖矿时候仅仅启动一个线程挖矿。现在每隔 5-10 秒就有一个新的块被挖出（不包含任何交易，是空块），稍等一会儿，我们再次来检查一下各个账户的余额情况。

> eth.accounts
["0xa0ec4f7aad3af79907f0cab503d3b800faae0eee", "0x9975430958d28b8d74a38475682bbb1e2efc681e"]
> web3.fromWei(eth.getBalance(eth.accounts[0]), "ether")
885
> web3.fromWei(eth.getBalance(eth.accounts[1]), "ether")
0

可以看到已经有一个账户收到了挖矿奖励，持有650个币了。

转账与收款

先暂停挖矿

miner.stop()

同样在控制台上我们解锁的转账方的账户，输入解锁密码，以及解锁时长 300秒 。

>personal.unlockAccount(eth.accounts[0], '123', 300)
GoError: Error: account unlock with HTTP access is forbidden at web3.js:6365:37(47)
    at github.com/ethereum/go-ethereum/internal/jsre.MakeCallback.func1 (native)
    at <eval>:1:48(8)

结果返回错误 解锁账户在http下被禁止
没关系 我们重启geth服务
同时再服务后面加上一条 --allow-insecure-unlock
完整的命令就是

geth --datadir ./db/ --http --http.addr=127.0.0.1 --http.port 8545 --http.corsdomain "*" --http.api "eth,net,web3,personal,admin,shh,txpool,debug,miner" --nodiscover --maxpeers 30 --networkid 198989 --port 30303 --mine --miner.threads 1 --miner.etherbase "0x7df9a875a174b3bc565e6424a0050ebc1b2d1d82" --allow-insecure-unlock console

回到控制台重新解锁账户

> personal.unlockAccount(eth.accounts[0], '123', 300)
true

成功 返回 true
好，接下来我们发送一笔 10 个以太币的转账，转账接收方是另一个我们持有的账户。

> eth.sendTransaction({from: eth.accounts[0],to: eth.accounts[1],value: web3.toWei(10, 'ether')})
"0x16ab75f6158c6ec8fca4f465590fa7568f30dcb9f6bb38f6c995f29034d61b12"

交易发送成功！我们取回了一个长长的哈希值:
0x16ab75f6158c6ec8fca4f465590fa7568f30dcb9f6bb38f6c995f29034d61b12
这就是交易的哈希值(Transaction Hash, TxHash)，这个值能够唯一索引到一笔交易。

我们查看一下接收方的余额。

> web3.fromWei(eth.getBalance(eth.accounts[1]), "ether")
10

成功转账!!!

geth启动参数文档