第一行代码：以太坊-创建自己的私有区块链

Posted 2021-01-08

本文会利用以太坊客户端（geth）搭建一个私有区块链，并在这个私有区块链上挖矿，通过本文的案例，读者可以更深入理解区块链、以太坊、挖矿的理论。

通过阅读本文，您可以：

• 掌握搭建以太坊开发环境的方法
• 掌握geth的基本使用方法
• 了解如何启动javascript控制台
• 掌握建立一个私有区块链的步骤
• 掌握如何在私有区块链上挖矿

1. 以太坊（Ethereum）开发环境搭建

在玩以太坊之前，首先要搭建以太坊的开发环境。第一步就是安装geth。那么geth是什么呢？geth（或称为go-ethereum）是以太坊节点的一个实现。也就是说，geth是一个客户端，用于连接以太坊网络。从geth的名 字可以看出，geth是用go语言实现的一个以太坊节点。那么为什么需要这个节点呢？

这是因为以太坊网络由多个节点组成，这些节点可能是用不同技术实现的。如geth就是官方的以太坊节点。通过这些节点可以用命令行方式直接访问区块链网络，如广播交易，发布智能合约等，但对于大多数用户来说，都是非程序员出身，让他们通过命令行方式去操作以太坊网络是不可能的，所以就要求有图形化的操作界面来操作以太坊网络。但geth这样的节点是做不到的，因此，就需要像web3.js，web3.py这样的程序库，再配合JavaScript、Python实现可视化的以太坊客户端，但这些库是无法直接连接进以太坊网络的，他们只能连接像geth这样的以太坊节点，然后通过一塔发节点访问以太坊网络，所以geth其实同时起到客户端和服务端的作用。也就是说，geth是以太坊网络的客户端，是web3.js的服务端。

安装geth也非常容易，可以直接到下面的官网下载不同平台的geth安装程序。

https://ethereum.github.io/go-ethereum/downloads

访问上面的Url，会看到页面上面显示如下图所示的下载按钮。

目前geth的最新版本是1.8.3，支持Linux、Mac OS X和Windows平台，读者可以根据实际情况下载相应平台的geth安装程序，也可以直接下载源代码（最后一个按钮），然后编译和安装geth，不过这种方式只适合于专业人员，对于初学者，并不推荐使用这种方式。

（1）安装Windows版geth

Windows版安装程序是一个exe文件（geth-windows-amd64-1.8.3-329ac18e.exe或类似的文件名），直接双击安装即可。双击该文件会显示如下图所示的安装界面。

单击“I Agree”按钮会显示如下图所示的选择组件界面。

建议读者将Geth和Development tools都选上，否则在用到相关工具时还需要安装。然后单击“Next”按钮进入下一个安装界面。该界面主要用于指定geth的安装目录，默认安装目录是“C:Program FilesGeth”，如果读者不想将geth安装到这个目录，可以修改成其他目录，如“D:geth”效果如下图所示。

接下来单击“Install”按钮开始安装geth。安装的过程会显示当前安装进度的百分比，直到最后显示“Completed”，表示已经安装成功，如下图所示。最后单击“Close”按钮关闭安装界面。

Windows版的geth其实就是一些exe文件，如下图所示。其中geth.exe是本书主要使用的工具。

安装完geth后，最好将geth.exe文件所在的目录加到PATH环境变量中，这样在任何目录下就都可以使用geth.exe文件。

（2）安装Mac OS X版geth

Mac OS X版安装程序是一个压缩文件（geth-darwin-amd64-1.8.3-329ac18e.tar.gz或类似的名字），将该压缩文件解压，会发现只有一个geth可执行文件，如下图所示。

如果要想下载Mac OS X版的geth相关工具，可以到图2-1所示页面下方选择相应的操作系统，下载Tools压缩包或安装程序（点击Geth&Tools 1.8.3即可下载相应操作系统的Tools），如下图所示。为了使用方便，可以将geth所在的路径加到/etc/profile文件的PATH变量中，然后执行source /etc/profile命令，让配置立即生效。这样在任何目录下都可以使用geth。

在Mac OS X下还可以使用brew命令安装以太坊开发环境。

brew tap ethereum/ethereum
brew install ethereum

读者可以选择自己喜欢的方式在Mac OS X下安装以太坊开发环境。

（3）安装Linux版geth

Linux版的geth与Mac OS X版的geth差不多，安装程序同样是一个压缩文件（geth-linux-amd64-1.8.3-329ac18e.tar.gz或类似的文件名），将该压缩文件复制到Linux的某个目录，然后在Console中进入该目录，执行如下的命令对该文件解压。

tar zxvf geth-linux-amd64-1.8.3-329ac18e.tar.gz

解压后，仍然只有一个geth可执行文件，这个可执行文件是静态编译的，在任何Linux发行版上都可以独立执行。

在Linux下安装完geth后，最好将geth文件所在的路径添加到PATH变量中，设置的方法与Mac OS X类似。

2. 使用geth命令创建以太坊账户

安装完geth，需要测试一下，可以在控制台输入geth version命令（用于查看geth的版本信息），如果输出类似下图所示的信息，表示geth已经安装成功。

在Windows下执行geth version命令，也会得到与图2-9类似的版本信息，只是部分信息稍有差异，如下图所示。

使用geth的第一步就是创建账户。以太坊的账户用40位十六进制的地址表示，如下面的十六进制数就是一个标准的以太坊账户地址（前面的0x表示十六进制）。

0x24924f33a9c49d312a8d885ade76ece76b315982

第一次使用geth时，geth中没有任何账户，所以首先需要使用geth命令创建以太坊账户。在创建以太坊账户之前，可以使用下面的命令查看以太坊当前的账户。

geth account list

执行上面的命令，会显示如下图所示的信息，很明显，没有任何账户。

现在使用geth account new命令创建以太坊账户，在创建的过程中要求输入账户的密码。如果最后输出了一个以太坊地址，就说明账户创建成功了，如下图所示。该地址就是以太坊账户。

可以使用同样的方法多创建几个以太坊账户。然后使用geth account list命令查看以太坊当前的账户，会得到如下图所示的查询结果。根据查询结果显示，以太坊当前有3个账户。

3. 删除以太坊账户

geth并没有直接提供删除以太坊账户的命令，不过可以通过删除账户本地文件的方式删除以太坊账户（因为每一个以太坊账户对应一个文件）。根据上图所示的以太坊账户信息，可以得知账户文件的存储路径如下：

/Users/lining/Library/Ethereum/keystore

进入该目录，会看到如下图所示的3个文件，分别对应上一节建立的3个以太坊账户。如果要删除某个以太坊账户，只需要删除对应的文件即可，然后再次执行geth account
list命令，会发现与文件对应的以太坊账户消失了。

在Windows中的操作与Mac OS X相同，只是保存账户文件的路径不同。在Windows下使用同样的方式创建3个以太坊账户，然后使用geth account list命令列出所有的账户，如下图所示。

从上图所示的账户信息可知，保存账户文件的路径如下：

C:UsersandroidguyAppDataRoamingEthereumkeystore

其中androidguy是Windows用户名，请将其改成自己机器的用户名。

4. geth JavaScript控制台

geth可以通过JavaScript控制台和JavaScript代码访问以太坊网络。只需要执行geth console命令，就可以启动JavaScript控制台，在该控制台可以直接输入JavaScript代码，按Enter键会执行输入的JavaScript代码，不过有一个问题，就是geth命令同时也负责同步区块，以及其他工作，这样会产生大量的日志信息，这些日志信息会与JavaScript代码交替出现，非常烦人。效果如下图所示。

为了不让日志信息在JavaScript控制台输出，可以使用下面的命令启动JavaScript控制台，其中2表示日志管道，也就是将日志信息直接输出到geth.log文件。

geth console 2>>geth.log

执行上面的命令，会进入JavaScript控制台，在控制台中，除了输入的JavaScript代码和执行结果外，什么都不会输出，效果如下图所示。

在Windows下使用同样的操作会得到与Mac OS X下完全一样的效果，如下图所示。

JavaScript控制台并不是简简单单用来执行JavaScript代码的，其实这个控制台可以通过web3.js API直接访问以太坊网络。web3.js就是一套API，支持Web和Node.js。可能很多读者看到这些估计有些懵，一下抛出这么多概念，又是web3.js，又是Node.js。这些技术会在本书后面详细介绍，本节只要知道在JavaScript控制台可以使用JavaScript代码访问以太坊网络就可以了。如果使用geth console命令进入JavaScript控制台，并不需要单独安装web3.js，直接就可以使用web3.js的API。

在JavaScript控制台中内置了很多JavaScript对象，其中web3就是其中最重要的对象。当启动JavaScript控制台后，这些对象会自动创建，可以直接使用。例如，可以直接在JavaScript控制台中执行下面的JavaScript代码。

str = web3.fromAscii(‘ethereum‘)   //  将‘ethereum‘按ASCII转换为十六进制数
web3.toDecimal(‘0xa‘)           //  将十六进制数（0xa）转换为十进制数
//  判断地址是否有效
isAddress = web3.isAddress("0x8888f1f195afa192cfee860698584c030f4c9db1");

这些命令执行的效果如下图所示。在Windows中的JavaScript控制台也会得到完全相同的效果。

使用web3.js API的方式有很多，除了在JavaScript控制台中使用web3.js API外，至少还可以在下面的环境中使用web3.js。

? 浏览器

? Node.js

? IPython

? Jupyter Notebook

5. 建立私有区块链与挖矿

本节会利用geth命令创建一个私有区块链，然后自己挖矿，可以通过这个操作过程更深入理解以太坊和区块链的概念。

创建私有区块链的步骤如下：

（1）建立创世块

区块链是由若干个区块组成的。在私有链启动后，需要为区块链创建第一个区块（创世块），相当于数据结构中链表的头节点。不过以太坊并不知道如何创建这个创世块，需要我们告诉以太坊如何创建，因此，首先需要建立一个创世块的描述文件，这个描述文件是JSON格式的，本例起名为block.json，代码如下：

block.json文件

文件位置：src/chapter2/block.json

{
    "config":
    {
        "chainId":15,
        "homesteadBlock":0
    },
    "difficulty":"20",
    "gasLimit":"2100000",
    "alloc":{
        "7df9a875a174b3bc565e6424a0050ebc1b2d1d82":{"balance":"300000"},
        "f41c74c9ae680c1aa78f42e5647a62f353b7bdde":{"balance":"400000"}
    }
}

一个完整的区块描述文件非常复杂，本例只对区块进行了一些基本设置，这些设置项的描述如下：

? 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。

? homesteadBlock：以太坊推出的第2个主要的区块发行版本，Frontier是第1个推出的区块发行版本（也是测试版本）。建议使用homesteadBlock，这里的0表示有效。

? difficulty：挖矿的难易程度，该值越小，挖矿越容易。也就是说，该值越小，挖矿需要的算力越小，在测试时，建议设置一个比较小的值，否则挖矿会需要很长时间。

? gasLimit：挖每个区块需要消耗资源的上限，gas与以太币（ether）一样，都是以太坊中的单位。之所以将gas与ether分开，是为了防止ether的波动对挖每个区块消耗资源的影响。

? alloc：为了测试挖矿，临时分配的账户，其中balance表示当前账户的余额，单位是Wei。

（2）初始化区块链

这一步需要使用如下的命令对区块链进行初始化。

geth init block.json --datadir test

其中test表示与区块链相关数据保存的目录，本例test与block.json文件在同一个目录下。执行上面的命令后，会在当前block.json文件所在的目录生成一个test子目录。test子目录的结构如下图所示。

很明显，在test目录下面还有两个子目录：geth和keystore。其中geth目录保存了同步区块链以及相关的数据，keystore目录保存了账户文件。由于私有链刚创建，还没有创建账户，所以keystore目录为空。
如果在Windows下执行前面初始化区块链的命令，会得到与Mac OS X下完全一样的结果。读者可以自己在Windows做实验。

（3）启动以太坊客户端（geth）

在这一步使用下面的命令启动以太坊客户端（进入JavaScript控制台）。其中datadir命令行参数表示geth会使用test目录保存相关文件。

geth --datadir test console

（4） 将账户与矿工绑定

负责挖矿的账户称为矿工。miner是JavaScript控制台中内置的矿工对象，在Java可以使用下面的命令将block.json文件中的两个地址中的一个与miner对象绑定。

miner.setEtherbase("0x7df9a875a174b3bc565e6424a0050ebc1b2d1d82")

（5）开始挖矿

在开始挖矿之前，可以使用下面的命令查一下两个临时账号的余额。

eth.getBalance("0x7df9a875a174b3bc565e6424a0050ebc1b2d1d82")
eth.getBalance("0xf41c74c9ae680c1aa78f42e5647a62f353b7bdde")

查询结果分别是300000和400000。现在矿工（miner）已经和余额为300000的账户绑定，接下来在JavaScript控制台执行如下的代码开始挖矿。

miner.start()

执行这行代码后，就会开始挖矿，如果要停止挖矿，需要在JavaScript控制台执行如下的代码。

miner.stop()

停止挖矿后，可以执行下面的代码查询当前区块链中的区块数，其中eth是JavaScript控制台内建的对象。在本例中一共挖了36个区块，也就是目前在网络中有一条由36个区块组成的区块链。

eth.blockNumber

再次使用下面的代码查询两个临时账户的余额。

eth.getBalance("0x7df9a875a174b3bc565e6424a0050ebc1b2d1d82")
eth.getBalance("0xf41c74c9ae680c1aa78f42e5647a62f353b7bdde")

我们会发现与矿工（miner）绑定的账户的余额变多了，多出的余额就是挖矿的奖励（以太币），如下图所示。

在Windows下执行同样的命令会获得相同的结果（挖了30个区块），如下图所示。

（6）控制挖矿数量

有时需要控制挖矿数量，也就是说，挖到指定数量的区块后自动终止挖矿，要达到这个目的，需要在JavaScript控制台执行下面的命令。

miner.start(3);
admin.sleepBlocks(10);
miner.stop();

其中start方法的参数表示挖矿使用的线程，默认值是CPU内核的数量，如CPU是双核的，那么线程数就是2。sleepBlocks方法的参数表示要挖的区块数，本例是10个区块。如果还没有挖完10个区块，那么sleepBlocks方法会处于阻塞状态，直到挖完10个区块，会继续执行下面的代码，也就是miner.stop()，这时挖矿就会结束。