在Mac上一步一步在以太坊上搭建私链

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。

前置需求

Homebrew(Mac OSX上的软件包管理工具，能在Mac中方便的安装软件或者卸载软件)

Homebrew的安装很简单，只需在终端下输入如下指令：

ruby -e "$(curl -fsSL https://raw.githubusercontent.com/Homebrew/install/master/install)"

如果出现安装失败或者安装成功后无法执行update和install命令，重新安装即可

go-ethereum客户端安装

brew tap ethereum/ethereum
brew install ethereum

安装以后输入一下代码检测是否成功安装

geth --help //能成功显示输出帮助即代表成功

开始搭建！

准备创世区块

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。

其中详细内容可参考：here

{
  "config": {
        "chainId": 1000,
        "homesteadBlock": 0,
        "eip155Block": 0,
        "eip158Block": 0
    },
  "coinbase"   : "0x0000000000000000000000000000000000000000",
  "difficulty" : "0x400",
  "extraData"  : "Hello BlockChain!",
  "gasLimit"   : "0x2fefd8",
  "nonce"      : "0x0000000000000042",
  "mixhash"    : "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
  "parentHash" : "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
  "timestamp"  : "0x00",
  "alloc": {}
}

配置说明：

• config.chainId // 区块链的ID，在geth 命令中的 --networkid 参数需要与 chainId 的值一致
• config.homesteadBlock // Homestead硬分叉区块高度，不需要关注
• config.eip155Block // EIP 155 硬分叉高度，不需要关注
• config.eip158Block // EIP 158 硬分叉高度，不需要关注
• coinbase // 矿工账号，第一个区块挖出后将给这个矿工账号发送奖励的以太币
• difficulty // 难度值，越大越难
• extraData // 附加信息随便填,但是我自己弄得时候提示错误，信息是提示我16进制前必须加0X的，但是我都加了，后来我将此字段为空，success.
• gasLimit // 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
• nonce // 一个 64 位随机数
• mixhash // 与 nonce 配合用于挖矿，由上一个区块的一部分生成的 hash
• parentHash // 上一个区块的 hash 值
• alloc // 预设账号以及账号的以太币数量，私有链挖矿比较容易可以不配置

  如果要配置预设账号以及以太币数量的话，以下
  “alloc”: {

      "3ae88fe370c39384fc16da2c9e768cf5d2495b48": {//账户地址，看不懂可以先往下
      "balance": "20000009800000000000000000000"
  },
      "81063419f13cab5ac090cd8329d8fff9feead4a0": {
          "balance": "20000009800000000000000000000"
      },
      "9da26fc2e1d6ad9fdd46138906b0104ae68a65d8": {
      "balance": "20000009800000000000000000000"
  },
  

  }

初始化创世区块

配置文件准备好之后就可以开始初始化了，将上面的创世区块信息写到区块链中。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

输出目录的tree图可以用之前提到的brew来安装，brew install tree来安装，命令tree -a直接就可以查看当前目录所有目录文件tree图(-a可省略），-d为只看目录。

接下来进入privateChain,执行初始化命令：

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。

INFO [09-19|14:52:17.540] Maximum peer count                       ETH=25 LES=0 total=25
INFO [09-19|14:52:17.551] Allocated cache and file handles         database=/Users/hyperchain/Documents/hyperchain/practice/data0/geth/chaindata cache=16 handles=16
INFO [09-19|14:52:17.553] Writing custom genesis block
INFO [09-19|14:52:17.553] Persisted trie from memory database      nodes=0 size=0.00B time=12.972µs gcnodes=0 gcsize=0.00B gctime=0s livenodes=1 livesize=0.00B
INFO [09-19|14:52:17.554] Successfully wrote genesis state         database=chaindata                                                            hash=b052b0…1553c1
INFO [09-19|14:52:17.554] Allocated cache and file handles         database=/Users/hyperchain/Documents/hyperchain/practice/data0/geth/lightchaindata cache=16 handles=16
INFO [09-19|14:52:17.556] Writing custom genesis block
INFO [09-19|14:52:17.556] Persisted trie from memory database      nodes=0 size=0.00B time=4.831µs  gcnodes=0 gcsize=0.00B gctime=0s livenodes=1 livesize=0.00B
INFO [09-19|14:52:17.556] Successfully wrote genesis state         database=lightchaindata                                                            hash=b052b0…1553c1

初始化成功后的目录结构如下：

.
|____genesis.json
|____.DS_Store
|____data0
| |____geth
| | |____chaindata
| | | |____000001.log
| | | |____MANIFEST-000000
| | | |____LOCK
| | | |____CURRENT
| | | |____LOG
| | |____lightchaindata
| | | |____000001.log
| | | |____MANIFEST-000000
| | | |____LOCK
| | | |____CURRENT
| | | |____LOG
| |____keystore

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

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/v1.8.14-stable/darwin-amd64/go1.10.3
 modules: admin:1.0 debug:1.0 eth:1.0 ethash: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

正式开始搞事情！~

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。

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:
"0x82671aa9660cd876e21b801d48736c157073c2ff"

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:
"0xc8fafe5fc9b7f1077f1ecc4899c74c082c450f80"

接下来就可以查看到刚才创建的两个账户了：

> eth.accounts
["0x82671aa9660cd876e21b801d48736c157073c2ff", "0xc8fafe5fc9b7f1077f1ecc4899c74c082c450f80"]

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。

Tip：命令都可以按Tab键自动补全。

查看账户余额

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
"0x82671aa9660cd876e21b801d48736c157073c2ff"

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

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])
50000000000000000000

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')
50

发送交易

目前，账户1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: authentication needed: password or unlock
    at web3.js:3143:20
    at web3.js:6347:15
    at web3.js:5081:36
    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 0x82671aa9660cd876e21b801d48736c157073c2ff
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})
INFO [09-19|16:17:36.031] Setting new local account                address=0x82671aa9660cd876E21B801D48736C157073C2Ff
INFO [09-19|16:17:36.032] Submitted transaction                    fullhash=0x4ebc1cf16a7eaa7e91ca2a300eda8ad7fbb7f38b5af7b85f968808da6c39dc80 recipient=0xC8fAFE5fc9b7F1077f1ECC4899c74c082c450F80
"0x4ebc1cf16a7eaa7e91ca2a300eda8ad7fbb7f38b5af7b85f968808da6c39dc80"

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

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
69

通过交易hash查看交易:

> eth.getTransaction("0x4ebc1cf16a7eaa7e91ca2a300eda8ad7fbb7f38b5af7b85f968808da6c39dc80")
{
  blockHash: "0xdff13e378c9472d870c9e3a6b9114489dc900ca70b7112c9a52e35325acb266c",
  blockNumber: 11,
  from: "0x82671aa9660cd876e21b801d48736c157073c2ff",
  gas: 90000,
  gasPrice: 18000000000,
  hash: "0x4ebc1cf16a7eaa7e91ca2a300eda8ad7fbb7f38b5af7b85f968808da6c39dc80",
  input: "0x",
  nonce: 0,
  r: "0x4b37ca8e1af7a436bf9d2f62bca0952b0c3dbd04ff6c3ad0dcd1b057500d2586",
  s: "0x15d9eddb05021a87b2331a02f9dc37b1c288a71b84298c5b550e5996d46a91e1",
  to: "0xc8fafe5fc9b7f1077f1ecc4899c74c082c450f80",
  transactionIndex: 0,
  v: "0x38",
  value: 5000000000000000000
}

通过区块号查看区块：

> eth.getBlock(1)
{
  difficulty: 131072,
  extraData: "0xd98301080e846765746888676f312e31302e338664617277696e",
  gasLimit: 3144658,
  gasUsed: 0,
  hash: "0x3081da6a8b3282eed28582d8ebf5d8bf5b5ed0e7b9ba3d06802a915b09dc6388",
  logsBloom: "0x00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
  miner: "0x82671aa9660cd876e21b801d48736c157073c2ff",
  mixHash: "0x48d22be5e66d6f67f25876eb8058a4e954bf8a1dcc52d231cfd11bd7b76dfd2d",
  nonce: "0x1b6eb6f408488ee2",
  number: 1,
  parentHash: "0xb052b04f62e162f598755f65ff9a8c3d00e8bcf709cc24c68c2d4780031553c1",
  receiptsRoot: "0x56e81f171bcc55a6ff8345e692c0f86e5b48e01b996cadc001622fb5e363b421",
  sha3Uncles: "0x1dcc4de8dec75d7aab85b567b6ccd41ad312451b948a7413f0a142fd40d49347",
  size: 537,
  stateRoot: "0x5bcb816054cc5795094610b8fef25b52aeac065676d7ead473aca31718a685cc",
  timestamp: 1537344766,
  totalDifficulty: 132096,
  transactions: [],
  transactionsRoot: "0x56e81f171bcc55a6ff8345e692c0f86e5b48e01b996cadc001622fb5e363b421",
  uncles: []
}

单机器多节点

开始操作

都说区块链是去中心化的账本那么可以满足于单机挖矿？说干就干接下来创建一个新节点并将太接入我们的主节点。
这里需要注意以下几点：

• 新节点的 networkid 要与 boot node（data0） 一致
• 需要与 boot node 使用同一个创世区块

• 如果多个节点都在一台机器上注意端口区分，避免端口冲突

  • --port 30305
  • --rpcport 9546

geth --datadir data1 init genesis.json
geth --datadir data1 \
--syncmode "fast" \
--cache 512 \
--port 30305 \
--networkid 1000 \
--identity "data1" \
--rpc \
--rpcport 9546 \
--rpccorsdomain "*" \
--nodiscover \
--verbosity 4 \
console

接下来需要建立节点间的联系

1. 首先，获取节点的enode信息：

   > admin.nodeInfo.enode 
   
   "enode://b161691aa95a43fd9d30d2d34d2c1e1fbb3b84199eaa02a6c4daf8ad869d4f10291faf1efa2757bdaed736033f86b32247f796e206e2259483a603b881c9257b@[::]:30305?discport=0"

2. 然后将data1的enode信息加入到data0中

   > admin.addPeer("enode://b161691aa95a43fd9d30d2d34d2c1e1fbb3b84199eaa02a6c4daf8ad869d4f10291faf1efa2757bdaed736033f86b32247f796e206e2259483a603b881c9257b@[::]:30305?discport=0")
   true

3. 此时可以通过admin.peers来查看节点间已经取得联系

   > admin.peers
   [{
       caps: ["eth/63"],
       id: "b161691aa95a43fd9d30d2d34d2c1e1fbb3b84199eaa02a6c4daf8ad869d4f10291faf1efa2757bdaed736033f86b32247f796e206e2259483a603b881c9257b",
       name: "Geth/data1/v1.8.14-stable/darwin-amd64/go1.10.3",
       network: {
         inbound: false,
         localAddress: "[::1]:62089",
         remoteAddress: "[::1]:30305",
         static: true,
         trusted: false
       },
       protocols: {
         eth: {
           difficulty: 1024,
           head: "0xa8e424b11b656aa6f46c98514df6bd36773184235369fafbb32bf493bebb847c",
           version: 63
         }
       }
   }]

多节点同理

测试

1. 第一个节点启动挖矿，其余节点不挖矿。
   可以看到，所有的区块都被第一个节点挖出来了，其余区块只是做数据的同步。
   

2. 查看区块数。
   这时可以通过eth.blockNumber来查看，发现两个节点的blockNumber都相同，即成功。

   > eth.blockNumber
   249

3. 查看节点信息

比如查看第二个节点的信息

> admin.nodeInfo
{
  enode: "enode://b161691aa95a43fd9d30d2d34d2c1e1fbb3b84199eaa02a6c4daf8ad869d4f10291faf1efa2757bdaed736033f86b32247f796e206e2259483a603b881c9257b@[::]:30305?discport=0",
  id: "b161691aa95a43fd9d30d2d34d2c1e1fbb3b84199eaa02a6c4daf8ad869d4f10291faf1efa2757bdaed736033f86b32247f796e206e2259483a603b881c9257b",
  ip: "::",
  listenAddr: "[::]:30305",
  name: "Geth/data1/v1.8.14-stable/darwin-amd64/go1.10.3",
  ports: {
    discovery: 0,
    listener: 30305
  },
  protocols: {
    eth: {
      config: {
        chainId: 10,
        eip150Hash: "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
        eip155Block: 0,
        eip158Block: 0,
        homesteadBlock: 0
      },
      difficulty: 42809314,
      genesis: "0xa8e424b11b656aa6f46c98514df6bd36773184235369fafbb32bf493bebb847c",
      head: "0x7232635362e9479b8744aa4ad31d5ed25c387aaadb0bf7e8993663df25b23ece",
      network: 1000
    }
  }
}

查看第一个节点的信息

> admin.peers
[{
    caps: ["eth/63"],
    id: "b161691aa95a43fd9d30d2d34d2c1e1fbb3b84199eaa02a6c4daf8ad869d4f10291faf1efa2757bdaed736033f86b32247f796e206e2259483a603b881c9257b",
    name: "Geth/data1/v1.8.14-stable/darwin-amd64/go1.10.3",
    network: {
      inbound: false,
      localAddress: "[::1]:62089",
      remoteAddress: "[::1]:30305",
      static: true,
      trusted: false
    },
    protocols: {
      eth: {
        difficulty: 1024,
        head: "0xa8e424b11b656aa6f46c98514df6bd36773184235369fafbb32bf493bebb847c",
        version: 63
      }
    }
}

可以看到，第一个节点连接的node id正好是第二个节点的id.

4. 查看节点连接数

> net.peerCount
1

也就分别连接了一个节点。