以太坊私有链搭建

作者: Nino_Lau | 来源:发表于2018-11-04 20:20 被阅读0次

此文是区块链项目的期末 🔥 热身报告，用来帮助我们熟悉以太坊开发环境。实验主要包括：

以太坊的安装、私有链创世区块的搭建；

block 各个字段和日志的输出解释；

在私有链部署简单的智能合约；

对交易字段进行解释。

以太坊的安装

我是在 Mac 上搭建的 Ethereum 环境，搭建的过程很简单：

brew tap ethereum/ethereum
brew install ethereum
geth --help

如果能成功显示输出帮助，则表示已经成功安装。

私有链环境搭建

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。（直接从官网复制，“chainId” 为 0，但是会在合约部署出现问题，所以在这里改为 666）

{
  "config": {
        "chainId": 666,
        "homesteadBlock": 0,
        "eip155Block": 0,
        "eip158Block": 0
    },
  "alloc"      : {},
  "coinbase"   : "0x0000000000000000000000000000000000000000",
  "difficulty" : "0x00000001",
  "extraData"  : "",
  "gasLimit"   : "0xffffff",
  "nonce"      : "0x0000000000000042",
  "mixhash"    : "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
  "parentHash" : "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
  "timestamp"  : "0x00"
}

初始化私有链

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~/nino/shuju，genesis.json 保存在~/nino中，此时目录结构应该是这样的：

nino
├── shuju
└── genesis.json

进入 ~/nino 目录下，执行命令：

geth -datadir shuju 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 shuju，表示指定数据存放目录为 shuju， 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。

WARN [11-04|10:34:14] No etherbase set and no accounts found as default 
INFO [11-04|10:34:14] Allocated cache and file handles         database=/Users/nino/shuju/geth/chaindata cache=16 handles=16
INFO [11-04|10:34:14] Writing custom genesis block 
INFO [11-04|10:34:14] Successfully wrote genesis state         database=chaindata                                           hash=5e1fc7…d790e0
INFO [11-04|10:34:14] Allocated cache and file handles         database=/Users/nino/shuju/geth/lightchaindata cache=16 handles=16
INFO [11-04|10:34:14] Writing custom genesis block 
INFO [11-04|10:34:14] Successfully wrote genesis state         database=lightchaindata                                           hash=5e1fc7…d790e0

初始化成功后，会在数据目录~/nino/shuju 中生成 geth 和 keystore 两个文件夹。(其中geth/chaindata中存放的是区块数据，keystore中存放的是账户数据)

nino
├── shuju
│   ├── geth
│   │   └── chaindata
│   │       ├── 000002.ldb
│   │       ├── 000003.log
│   │       ├── CURRENT
│   │       ├── LOCK
│   │       ├── LOG
│   │       └── MANIFEST-000004
│   └── keystore
└── genesis.json

启动私有链

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 shuju -networkid 2018 -rpc -rpcaddr 你的IP -rpccorsdomain "*" 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 2018，表示指定这个私有链的网络id为2018。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：

INFO [11-04|16:51:13.102] Starting P2P networking 
INFO [11-04|16:51:15.224] UDP listener up                          self=enode://1d464c3eeff748edaf49ff582c4face5a42be81ec6be37d2044c408935dbb76d95a2bb66b38fcf874cb59a124238cd00c86ce0fad96499490ef24f573272cee5@[::]:30303
INFO [11-04|16:51:15.225] RLPx listener up                         self=enode://1d464c3eeff748edaf49ff582c4face5a42be81ec6be37d2044c408935dbb76d95a2bb66b38fcf874cb59a124238cd00c86ce0fad96499490ef24f573272cee5@[::]:30303
INFO [11-04|16:51:15.227] IPC endpoint opened                      url=/Users/nino/shuju/geth.ipc
INFO [11-04|16:51:15.227] HTTP endpoint opened                     url=http://172.19.93.219:8545  cors=* vhosts=localhost
Welcome to the Geth JavaScript console!

instance: Geth/v1.8.14-stable/darwin-amd64/go1.11
INFO [11-04|16:51:15.314] Etherbase automatically configured       address=0x78d2E183cb87bEb22fb8d09ef34675F8bbAc8e15
coinbase: 0x78d2e183cb87beb22fb8d09ef34675f8bbac8e15
at block: 95 (Sun, 04 Nov 2018 16:27:03 CST)
 datadir: /Users/nino/shuju
 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：

对象	用途
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

私有链节点操作

创建账户

刚搭建好的私有链是没有账户的，输入：

> eth.accounts

发现账户为空，接下来使用personal对象来创建一个账户：

> personal.newAccount("账户密码")

我们通过这种方法再创建账户：

> eth.accounts
["0x78d2e183cb87beb22fb8d09ef34675f8bbac8e15", "0x6f1f96c9131ad12f1ddcd9d195fdce6d0790b063"]

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shuju/keystore中多了两个文件（分别对应于两个账户），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。比如 "...8e15" ：

{"address":"78d2e183cb87beb22fb8d09ef34675f8bbac8e15","crypto":{"cipher":"aes-128-ctr","ciphertext":"c1a6c65452655416e0dde61ac1e45c7a98c36d224d9a6ce2b688bb64d44c00f0","cipherparams":{"iv":"57cc60fb258e5e2bfc0adef32ed18324"},"kdf":"scrypt","kdfparams":{"dklen":32,"n":262144,"p":1,"r":8,"salt":"fb65ff0c0dc5bf41f27897b12ce617c5cc971ea3ab809bb0105a33c374d7f3bc"},"mac":"aee378c2c16e566eb569f8da2ea2d2edc75f6d772e9dd276d6e1507e402494da"},"id":"515b2084-8f92-4053-9e5b-15ce917a66a3","version":3}

此时的目录结构如下：

shuju
├── geth
│   ├── chaindata
│   ├── LOCK
│   ├── nodekey
│   └── nodes
├── geth.ipc
├── history
└── keystore
    ├── UTC--2018-11-04T08-23-15.866675000Z--78d2e183cb87beb22fb8d09ef34675f8bbac8e15
    └── UTC--2018-11-04T09-03-50.634292000Z--6f1f96c9131ad12f1ddcd9d195fdce6d0790b063

查看余额

查看账户余额：

> 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。

节点挖矿

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()

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
"0x78d2e183cb87beb22fb8d09ef34675f8bbac8e15"

挖到区块以后，账户 0 里面应该就有余额了：

> eth.getBalance(eth.accounts[0])
475000000000000000000

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')
475

发起交易

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 0x78d2e183cb87beb22fb8d09ef34675f8bbac8e15
Passphrase: 
true

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（⚠️ 最后显示的交易 ID 十分重要，我们将会用这个 ID 来查找交易）：

> amount = web3.toWei(5,'ether')
"5000000000000000000"
> eth.sendTransaction({from:eth.accounts[0],to:eth.accounts[1],value:amount})
INFO [11-04|17:28:06.737] Setting new local account                address=0x78d2E183cb87bEb22fb8d09ef34675F8bbAc8e15
INFO [11-04|17:28:06.738] Submitted transaction                    fullhash=0x67ef39ca8d8c8bd3dec2e96342a3ccffaaa3385140a0d8ded4c24b20b3be854d recipient=0x6F1f96c9131aD12f1dDcd9D195Fdce6d0790b063
"0x67ef39ca8d8c8bd3dec2e96342a3ccffaaa3385140a0d8ded4c24b20b3be854d"

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。

确认交易

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();

如下显示表示挖矿成功：

INFO [11-04|17:31:12.566] Updated mining threads                   threads=1
INFO [11-04|17:31:12.566] Transaction pool price threshold updated price=18000000000
INFO [11-04|17:31:12.572] Commit new mining work                   number=96 uncles=0 txs=0 gas=0 fees=0 elapsed=6.319ms
INFO [11-04|17:31:12.573] Commit new mining work                   number=96 uncles=0 txs=1 gas=21000 fees=0.000378 elapsed=6.867ms
INFO [11-04|17:31:16.781] Successfully sealed new block            number=96 hash=ddc2bb…215191 elapsed=4.208s
INFO [11-04|17:31:16.782] 🔨 mined potential block                  number=96 hash=ddc2bb…215191
INFO [11-04|17:31:16.782] Commit new mining work                   number=97 uncles=0 txs=0 gas=0     fees=0        elapsed=171.356µs
true

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

区块数量

查看当前区块总数：

> eth.blockNumber
96

所以说目前我们的私有链上有 96 个区块。

查看交易

通过交易hash查看交易：

> eth.getTransaction("0x67ef39ca8d8c8bd3dec2e96342a3ccffaaa3385140a0d8ded4c24b20b3be854d")
{
  blockHash: "0xddc2bbbeaa686cc5c9c6b2d3d8a9f942a53a9051bc06e9d649e4de1e3a215191",
  blockNumber: 96,
  from: "0x78d2e183cb87beb22fb8d09ef34675f8bbac8e15",
  gas: 90000,
  gasPrice: 18000000000,
  hash: "0x67ef39ca8d8c8bd3dec2e96342a3ccffaaa3385140a0d8ded4c24b20b3be854d",
  input: "0x",
  nonce: 0,
  r: "0xb852d78a0483ba05a21e3701c74bd86ed2dd52867b59258170e7feb8ba3f0414",
  s: "0x3c752d3d485e1f7ed16bec78629be07bf377c4de9b041b11388263d943a66fd3",
  to: "0x6f1f96c9131ad12f1ddcd9d195fdce6d0790b063",
  transactionIndex: 0,
  v: "0x557",
  value: 5000000000000000000
}

交易中各个字段的含义：

hash是交易的哈希值，nonce用来区别同一用户发出的不同交易的标记;
blockHash是封装事务（交易）的区块哈希值，blockNumber是该区块在我们构建的私有链的序号；
from 和 to 字段规定了交易的双方，value字段规定了交易的数额；
gas 表示这个交易允许消耗的最大 Gas 数量，gasPrice表示发送者愿意支付给矿工的 Gas 价格；
r、s、V 为交易签名的三个部分，由发送者的私钥对交易哈希进行签名生成。

查看区块

通过区块号查看区块：

> eth.getBlock(96) 
> eth.getBlock("0xddc2bbbeaa686cc5c9c6b2d3d8a9f942a53a9051bc06e9d649e4de1e3a215191")
{
  difficulty: 131072,
  extraData: "0xd78301080e846765746886676f312e31318664617277696e",
  gasLimit: 15275265,
  gasUsed: 21000,
  hash: "0xddc2bbbeaa686cc5c9c6b2d3d8a9f942a53a9051bc06e9d649e4de1e3a215191",
  logsBloom: "0x00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
  miner: "0x78d2e183cb87beb22fb8d09ef34675f8bbac8e15",
  mixHash: "0x4b72e2f521d9a45d53920d0af22c575eeb2ad489bab41d0b509584b86bd096ff",
  nonce: "0x0dc5a55c24b91e34",
  number: 96,
  parentHash: "0xff22f6f888c08e290b292ad105b9c72b4ff206c57e78a8393d38a94b4ea6ddd3",
  receiptsRoot: "0xa45d92ea3058f83814c424a8d4bdf5c3cd65742545569c3f3ede75b2ca2e6be1",
  sha3Uncles: "0x1dcc4de8dec75d7aab85b567b6ccd41ad312451b948a7413f0a142fd40d49347",
  size: 651,
  stateRoot: "0x346e3b94dfaebfb891f5d9d41204b83ed173230fa9d6e62016e9f3453f7cbcaf",
  timestamp: 1541323872,
  totalDifficulty: 12844361,
  transactions: ["0x67ef39ca8d8c8bd3dec2e96342a3ccffaaa3385140a0d8ded4c24b20b3be854d"],
  transactionsRoot: "0x9fae89d7136c768294f0eb495f140308ee858f2e54de9b537f89970a4e917fee",
  uncles: []
}

区块中各个字段的含义：

difficulty 是挖出该区块的难度，totalDifficulty是目前挖矿的难度积累， nonce 是用来 PoW 的无意义6位哈希数；
hash 是区块的哈希值，mixHash 256位 Hash 值，当与 nonce 组合时，证明此区块已经执行了足够的计算；
size为区块的大小，miner 挖掘出这个区块的作者地址；
number 区块的序号，等于其父区块的 number +1，timestamp 区块应被创建的时间戳，由共识算法确定；
gasLimit 区块的 gas 消耗的理论上限，gasUsed 是实际消耗的 gas 总和；
parentHash父区块的指针，uncles 叔区块是用来对孤立区块进行奖励的一个 Header 数组，sha3Uncles 是叔区块们的安全散列；
receiptsRoot Block 中的 "Receipt Trie”的根节点的 RLP 哈希值，Block 的所有 Transaction 执行完后会生成一个 Receipt 数组，这个数组中的所有 Receipt 被逐个插入一个 MPT 结构中，形成"Receipt Trie"；
stateRoot StateDB 中的“state Trie”的根节点的 RLP 哈希值，每个账户以 stateObject 对象表示，账户以 Address 为唯一标示，其信息在相关交易的执行中被修改，所有账户对象可以逐个插入一个Merkle Patrica Trie（MPT）结构里，形成“state Trie”；
transactionRoot Block 中 “tx Trie”的根节点的 RLP 哈希值，Block 的成员变量 transactions 中所有的 tx 对象，被逐个插入一个 MPT 结构，形成“tx Trie”；
logsBloom Bloom 过滤器，用来快速判断一个参数 Log 对象是否存在于一组已知的 Log 集合中；
extraData 区块创建者可以记录一些与该区块有关的信息，长度小于等于32字节即可。

智能合约

合约定义

用 Solidity 定义一个智能合约 Nino.propose()：

pragma solidity ^0.4.18;

contract Nino {
    string word;
    
    function Nino(string _word) public {
        word = _word;
    }

    function propose() constant public returns (string) {
        return word;
    }
}

在 Remix 文本框复制这段代码，进行调试，编译无误后点击 Detail，

[图片上传失败...(image-ce368b-1541334018261)]

可以从弹出窗口找到 WEB3DEPLOY，把红线部分的话换成 Nino 的 propose：

image

部署合约

复制以上内容，因为部署合约本质上也是一种交易，在部署前需要把部署者 account[1] 解锁（Unlock）：

> personal.unlockAccount(eth.accounts[1])
Unlock account 0x6f1f96c9131ad12f1ddcd9d195fdce6d0790b063
Passphrase: 
true

并把其输入 JS Console：

var _word = "I'm 16340154, please give me a high score";
var ninoContract = web3.eth.contract([{"constant":true,"inputs":[],"name":"propose","outputs":[{"name":"","type":"string"}],"payable":false,"stateMutability":"view","type":"function"},{"inputs":[{"name":"_word","type":"string"}],"payable":false,"stateMutability":"nonpayable","type":"constructor"}]);
var nino = ninoContract.new(
   _word,
   {
     from: web3.eth.accounts[1], 
     data: '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', 
     gas: '4700000'
   }, function (e, contract){
    console.log(e, contract);
    if (typeof contract.address !== 'undefined') {
         console.log('Contract mined! address: ' + contract.address + ' transactionHash: ' + contract.transactionHash);
    }
 })

即使复制上去了之后，我们还不能着急运行，我们还要进行挖矿把 pending 的交易封装成块miner.start()让交易得到确认才能运行合约：

> miner.start(1); admin.sleepBlocks(1); miner.stop();
INFO [11-04|20:06:17.040] Updated mining threads                   threads=1
INFO [11-04|20:06:17.040] Transaction pool price threshold updated price=18000000000
INFO [11-04|20:06:17.040] Commit new mining work                   number=162 uncles=0 txs=0 gas=0       fees=0          elapsed=124.139µs
INFO [11-04|20:06:17.041] Commit new mining work                   number=162 uncles=0 txs=1 gas=242793  fees=0.004370274 elapsed=517.207µs
INFO [11-04|20:06:18.184] Successfully sealed new block            number=162 hash=3bae74…9bb332 elapsed=1.143s
INFO [11-04|20:06:18.192] 🔗 block reached canonical chain          number=157 hash=787e98…9ebcc5
INFO [11-04|20:06:18.192] 🔨 mined potential block                  number=162 hash=3bae74…9bb332
INFO [11-04|20:06:18.192] Commit new mining work                   number=163 uncles=0 txs=0 gas=0       fees=0           elapsed=161.24µs
true
> null [object Object]

终于成功了 ✌️：

Contract mined! address: 0x0ea4925971b634f91310d8d1d61fad8734b9a09f transactionHash: 0xb2ac1920b1fddd2d6b032ac9204ac963a8eaf0e793a0b8803ce5433e8c85ae68

那么 Nino 的 proposal 到底是什么呢？？？🤔️

> nino.propose()
"I'm 16340154, please give me a high score"

*希望它能够实现，因为它为了部署这个合约可是花了钱呢 *💰：

> eth.getBalance(eth.accounts[1])
4979037452000000000                     // < 5000000000000000000

参考&鸣谢

“喝水不忘挖井人”，这里特别感谢一下几个博主的优秀博文：