最近开始了解区块链，并开始学习以太坊。以太坊并不是我们单纯了解的可以对以太币进行交易的平台，它是是一个开源的有智能合约功能的公共区块链平台。在这个平台上，借助它专用的加密货币--以太币（ETH）提供了去中心化的以太虚拟机环境处理点对点的合约。

作为一个初学者，想要快速进入以太坊的学习门槛，搭建一个以太坊的私有链，不失为一个很好的途径。通过在私有链上创建账户、部署合约并进行交易，完成这一系列操作后，对于了解以太坊以及基于以太坊进行开发，就可以初窥门径了。

一、环境准备

为了以后更深入的学习区块链相关技术，以及避免在搭建私链的过程中出现各种莫名其妙的问题，当然，也为了看起来逼格高一些：），我选择在Linux系统下完成私有链的搭建。具体环境如下：

      宿主系统：Windows 10专业版

      虚拟机：   VMware Workstation Pro 12.5.4

      操作系统：Ubuntu 18.4.1 64位

二、安装Geth

Geth是以太坊的客户端，其全称是go-ethereum。以太坊的客户端用于接入以太坊网络，进行账户管理、交易、挖矿、智能合约部署开发等相关的操作。目前有多种语言实现的客户端，Geth是用Go语言编写的，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。其他常用的以太坊客户端如下：

• 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

Geth的安装有两种方式，一种是直接下载程序进行安装，另一种是通过编译源码安装。这里我选择的是通过下载程序安装。

打开命令行窗口，依次执行以下命令：

sudo apt-get install software-properties-common
sudo add-apt-repository -y ppa:ethereum/ethereum
sudo add-apt-repository -y ppa:ethereum/ethereum-dev
sudo apt-get update
sudo apt-get install ethereum

执行完 以上命令后，执行如下命令：

geth --help

会显示Geth的版本和命令参数等信息

 

附上Geth的Git项目地址和wiki地址 

Git：https://github.com/ethereum/Go-ethereum

wiki：https://github.com/ethereum/Go-ethereum/wiki/Building-Ethereum

三、定义创世区块

1、创建工作目录

## 尽量不要在需要管理员权限的路径下创建工作目录，避免出现因权限问题引起的麻烦
mkdir ~/privatechain
## data目录用于存放账户信息和区块数据
mkdir ~/privatechain/data

2、创建创世区块配置文件

在privatechain目录下新建genesis.json文件，文件内容如下：

{
  "config": {
     "chainId": 10,
     "homesteadBlock": 0,
     "eip155Block": 0,
     "eip158Block": 0
  },
  "coinbase"   : "0x0000000000000000000000000000000000000000",
  "difficulty" : "0x2000",
  "extraData"  : "",
  "gasLimit"   : "0xffffffff",
  "nonce"      : "0x0000000000000042",
  "mixhash"    : "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
  "parentHash" : "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
  "timestamp"  : "0x00",
  "alloc": {
     "08a58f09194e403d02a1928a7bf78646cfc260b0": {
         "balance": "0x200000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000"
     },
     "87366ef81db496edd0ea2055ca605e8686eec1e6": {
         "balance": "0x200000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000"
     }
  }
}

如果是初次接触以太坊，对文件的内容不了解没有关系。等我们完成了整个私有链的创建，并在链上完成了和账户、合约及交易的相关操作，就会理解其中大部分的含义了。下面的表格对配置文件做简要说明：

参数名	描      述
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	当设置为0表示使用homestead发布该链
nonce	nonce就是一个64位随机数，用于挖矿，注意它和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。注意它和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
difficulty	设置设置当前区块的难度，越大挖矿就越难
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，所以我们也可以不需要预置有币的账号，需要的时候自己创建即可以
coinbase	矿工账号，可以随便写
timestamp	设置创世块的时间戳
parentHash	上一个区块的hash，创世区块的该项参数就为0
extraData	附加信息，可以随便写
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。我们创建的是私有链，可以填最大

3、创建创世区块

cd ~/privatechain
geth --datadir ./data init genesis.json

执行完以上命令，在privatechain下的data目录中会生成两个目录，结构如下：

其中：

geth目录用于保存我们所建私有链的区块数据

keystore目录用于保存用户的账户数据

四、启动私有链

执行如下命令，启动私有链：

## --datadir 表示当前区块链网络数据存放的位置
## --nodiscover 表示该链禁止被其他节点发现
## console 2>>geth.log 表示将日志输出到geth.log。可以打开另外一个控制台执行 tail -f 查看日志
geth --datadir ./data --nodiscover console 2>>geth.log

启动成功后如下图所示：

还有一种启动方式，其作用是启动PRC通信，启动命令如下：

geth --nodiscover --identity "my etherum" --rpc --rpccorsdomain "*" --datadir ./data --port "30303" --rpcapi "db,eth,net,web3" --networkid 10 --allow-insecure-unlock console 2>>geth.log

PRC启动命令的参数含义如下表所示： 

参数名	描             述
identity	区块链的标识，用于标示目前网络的名字
nodiscover	关闭p2p网络的自动发现，需要手动添加节点，这样有利于我们隐藏私有网络
init	指定创世块文件的位置，并创建创世块
datadir	当前区块数据存放的位置
port	网络监听端口，默认30303
rpc	启动rpc通信
rpcapi	设置允许连接rpc的客户端，一般为db,eth,net,web3
rpccorsdomain	指定什么url能连接到你的节点执行rpc定制端任务，如果输入的是“*”，则任何url都可以连接到你的rpc实例
rpcaddr	连接rpc的地址，默认为localhost
rpcport	连接rpc的端口，默认为8545
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
console	启动命令行模式，可以在Geth中执行命令

如果在创建创世区块之前已经启动了私有链，在创建了创世区块配置文件后，可以通过以下命令重新进入geth控制台，并使用配置文件更新区块：

geth --datadir data --networkid 10 console

提示：--networkid参数即为创世区块配置文件中的chainId

 五、创建账户

为了后期测试方便，我们创建两个账户，用于演示账户之间的转账操作。

启动私有链后，在控制台输入如下命令：

## newAccount的参数为账号密码，这里新账户的密码分别是123456和000000
> personal.newAccount("123456")
> personal.newAccount("000000")

创建账户后会返回遗传hash码，代表的是新建账户的地址

 此时查询私链上的账户及账户的余额信息，会返回相应的结果。

下面显示私链上的账户信息

由于还没有开始挖矿，账户中的余额为0

 六、挖矿

新创建的账户都是没有余额的，只有通过挖矿赚钱，才能让账户有收入，下面介绍如何开始挖矿。

1、开始挖矿

## start的参数表示挖矿使用的线程数，若不写表示使用最大线程数。返回true或null表示执行成功
> miner.start()

当percentage = 100时，就会开始挖矿

提示：

• 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
• 如果第一次挖矿遇到一直卡在Commit new mining work，可能是因为创世区块初始化失败，检查初始化genesis.json的指令，排查原因并解决
• 还有一种挖矿失败可能是因为之前存在的链，把～/.ethash删除即可

 2、停止挖矿

执行如下命令停止挖矿

> miner.stop()

挖矿结束后再次查看账户余额

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。

此时查看第二个账户的余额仍然为0

 我们可以通过miner.setEtherbase() 将其他账户设置成coinbase

重新开始挖矿，过一段时间后，查看第二个账户下的余额，此时账户已经有余额了。

此时显示的账户余额的单位是Wei，如果要转成以太币，可进行如下操作：

 

可以看出第一个账户和第二个账户的以太币余额分别为5和15，这表明他们分别挖到了1个区块和3个区块。

 提示：Wei是以太币的最小单位，1Eth（以太币）= 1,000,000,000,000,000,000 Wei  （10的18次方）。通常，大家也使用Gwei作为展示单位。比较常用的就是Eth，Gwei和Wei。以太坊还有其他的单位，他们的换算关系如下：

• Kwei(Babbage) = 1,000 Wei
• Mwei(Lovelace) = 1,000,000 Wei
• Gwei(Shannon) = 1,000,000,000 Wei
• Microether(Szabo) = 1,000,000,000,000 Wei
• Milliether(Finney) = 1,000,000,000,000,000 Wei
• Ether = 1,000,000,000,000,000,000 Wei

 七、转账

这一节我们演示转账操作。转账前我们再看一下两个账户的余额：

 执行以下转账命令，将第一个账户的2个以太币转到第二个账户下：

> amount = web3.toWei(2,'ether')
> eth.sendTransaction({from:eth.accounts[0], to:eth.accounts[1], value:amount})

 执行后显示如下：

从提示可以看出是账户没有解锁，需要先解锁才能执行转账操作。解锁命令如下：

## 第一个参数为解锁的账户，第二个参数是账户密码
personal.unlockAccount(eth.accounts[0]，‘123456’)

返回 true 表示解锁成功

下面重新执行上面的转账操作，返回结果如下：

转账成功后输出的是此次交易的 hash 码。

此时查看账户信息，发现账户余额并没有发生变化。

 这是因为当前没有处于挖矿状态，只有处于挖矿的状态才能确认打包交易。但此时我们可以在交易池中看到有一笔待确认的交易。执行一下命令查看交易池信息：

> txpool.status

从返回结果中我们可以看到有一个待确认的交易。

 执行如下命令查看待确认交易的详细信息：

> eth.getBlock("pending", true).transactions

 返回交易信息如下：

此时我们重新启动挖矿，稍后再查看账户信息如下所示：

可以看到第二个账户多了2个ETH，如果挖矿时间段，此时查看第一个账户，应该比之前少了2个ETH。如果挖矿时间长，则账户余额应该会有较大变化，相比之前会更多。

八、查看区块和交易信息

1、查看区块信息

• 查看区块总数

> eth.blockNumber

•  根据区块编号查看区块信息

> eth.getBlock(1)

 2、查看交易信息

查看上面转账交易成功后输出的交易hash，通过该hash我们可以查看交易详细信息

> eth.getTransaction("0x5372d5d4580c5cd2055e13e31d81079ffe64fa151930cc5c70f8c1659d527249
")

返回结果如下：

九、 Geth控制台常用对象及命令

Geth控制台内置了一些用来操作以太坊的Javascript对象，用户可以直接使用这些对象。主要包括：

• eth：操作区块链相关的方法
• net：查看p2p网络状态的方法
• admin：与管理节点相关的方法
• miner：启动&停止挖矿的方法
• personal：管理账户的方法
• txpool：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

这些对象的常用命令有：

•  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 是以太坊中最小单位，类似比特币中的聪，1 ether = 10^18 Wei）
• eth.blockNumber：列出区块总数
• eth.getBlock()：根据区块编码获取区块详细信息
• eth.getTransaction()：根据交易hash获取交易详细信息
• miner.start()：开始挖矿
• miner.stop()：停止挖矿
• eth.coinbase：挖矿奖励的账户
• 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

 到这里，在本机搭建以太坊私有链的步骤就全部完成了。后面我会继续介绍在《CentOS下搭建Geth环境》以及《Geth私链的多节点运行》。