第一行代码：以太坊（一）——创建自己的私有区块链

本文将使用以太坊客户端（geth）搭建私有区块链，并在该私有区块链上进行挖矿。 通过本文案例，读者可以对区块链、以太坊、挖矿等理论有更深入的了解。

通过阅读本文，您可以：

1.搭建以太坊开发环境

在玩以太坊之前，首先要搭建以太坊的开发环境。 第一步是安装geth。 那么什么是geth？ geth（或 go-ethereum）是以太坊节点的实现。 换句话说，geth 是连接到以太坊网络的客户端。 从geth的名字可以看出，geth是一个用go语言实现的以太坊节点。 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，这些节点可能采用不同的技术实现。 例如，geth 是官方的以太坊节点。 通过这些节点，可以通过命令行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，他们是非程序员，操作以太坊网络是必须的通过命令行。 不可能，所以需要一个图形化的操作界面来操作以太坊网络。 但是像geth这样的节点是做不到的。 因此，需要像web3.js、web3.py这样的程序库，配合JavaScript、Python来实现可视化的以太坊客户端，但这些库不能直接接入以太坊。 对于Fang网络来说，他们只能像geth一样连接以太坊节点，然后通过Yitafa节点访问以太坊网络，所以geth实际上同时扮演了客户端和服务器的角色。 也就是说，geth是以太坊网络的客户端，也是web3.js的服务端。

安装geth也很简单，可以直接到以下官网下载不同平台的geth安装器。

访问上述网址，您会在页面上看到如下图所示的下载按钮。

目前geth最新版本为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对应平台的geth安装程序，或者直接下载源码（最后一个按钮）以太坊开源代码链接，然后编译安装geth，但这种方式只适合专业人士，不推荐初学者。

(1)安装Windows版geth

Windows版安装程序是exe文件（geth-windows-amd64-1.8.3-329ac18e.exe或类似文件名），直接双击安装即可。 双击该文件会出现如下图所示的安装界面。

点击“我同意”按钮，会出现如下图所示的组件选择界面。

建议读者同时选择Geth和Development tools，否则使用相关工具时需要安装。 然后点击“Next”按钮进入下一个安装界面。 该接口主要用于指定geth的安装目录。 默认安装目录是“C:\Program Files\Geth”。 如果读者不想在该目录下安装geth，可以修改为其他目录，如“D:\geth”。 效果如下图所示。

接下来单击“安装”按钮开始安装geth。 安装过程中，会显示当前安装进度的百分比，直到最后显示“Completed”，表示安装成功，如下图。 最后点击“关闭”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是本书使用的主要工具。

安装好geth后，最好将geth.exe文件所在的目录添加到PATH环境变量中，这样geth.exe文件在任何目录下都可以使用。

(2) 安装 Mac OS X 的 geth

Mac OS X的安装程序是一个压缩文件（geth-darwin-amd64-1.8.3-329ac18e.tar.gz或类似名称）以太坊开源代码链接，解压压缩文件，只有一个geth可执行文件，如图如下图所示。

如果要下载Mac OS X的geth相关工具，可以在图2-1所示页面底部选择对应的操作系统，下载Tools压缩包或安装程序（点击Geth&Tools 1.8.3下载相应操作系统的工具），如下图。 为了方便使用，可以将geth所在的路径添加到/etc/profile文件的PATH变量中，然后执行source /etc/profile命令使配置立即生效。 这样geth就可以在任何目录下使用了。

在 Mac OS X 下，也可以使用 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 版本的 geth 类似于 Mac OS X 版本的 geth。 安装程序也是一个压缩文件（geth-linux-amd64-1.8.3-329ac18e.tar.gz或类似的文件名），将压缩文件复制到Linux控制台的某个目录，然后在控制台进入该目录，并执行以下命令解压文件。

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

解包后仍然只有一个geth可执行文件，是静态编译的，可以在任何Linux发行版上独立执行。

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。 设置方法与 Mac OS X 类似。

2.使用geth命令创建以太坊账户

安装geth后，你需要测试它。 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信息，说明geth已经安装成功。

在Windows下执行geth version命令，也会得到类似图2-9的版本信息，但有些信息略有不同，如下图所示。

使用 geth 的第一步是创建一个帐户。 一个以太坊账户用一个40位的十六进制地址来表示，比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代表十六进制）。

0x24924f33a9c49d312a8d885ade76ece76b315982

第一次使用geth时，geth中没有账户，所以首先需要使用geth命令创建一个以太坊账户。 在创建以太坊账户之前，您可以使用以下命令查看以太坊中的当前账户。

geth 帐户列表

执行以上命令会显示如下图所示的信息。 显然，没有帐户。

现在使用geth account new命令创建一个以太坊账户，创建过程中需要输入该账户的密码。 如果最终输出了以太坊地址，则说明账户创建成功，如下图所示。 这个地址就是以太坊账户。

您可以使用相同的方法创建更多的以太坊帐户。 然后使用geth account list命令查看当前以太坊账户，会得到如下图所示的查询结果。 根据查询结果，以太坊目前有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，但是可以通过删除账户的本地文件来删除以太坊账户（因为每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，我们可以知道账户文件的存放路径如下：

/Users/lining/Library/Ethereum/keystore

进入该目录，会看到如下图所示的3个文件，分别对应上一节创建的3个以太坊账户。 如果要删除一个以太坊账户，只需要删除对应的文件，然后再次执行geth account

list 命令，你会发现该文件对应的以太坊账户已经消失了。

Windows中的操作与Mac OS X相同，只是账户文件的保存路径不同。 在Windows下用同样的方法创建3个以太坊账户，然后使用geth account list命令列出所有账户，如下图所示。

从上图所示的账户信息中，我们可以看出账户文件的保存路径如下：

C:\Users\androidguy\AppData\Roaming\Ethereum\keystore

其中androidguy为Windows用户名，请修改为自己机器的用户名。

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。 你只需要执行 geth console 命令就可以启动 JavaScript 控制台。 可以直接在控制台输入JavaScript代码，按回车键执行输入的JavaScript代码。 但是，有个问题是geth命令还负责同步块，以及其他工作，这会产生大量与JavaScript代码交替出现的日志消息，非常烦人。 结果如下图。

为防止JavaScript控制台输出日志信息，可以使用如下命令启动JavaScript控制台，其中2表示日志管道，即日志信息直接输出到geth.log文件。

geth 控制台 2>>geth.log

执行上述命令将进入 JavaScript 控制台。 在控制台中，除了输入的 JavaScript 代码和执行结果外，不会输出任何内容。 效果如下图所示。

在 Windows 下使用相同的操作将得到与在 Mac OS X 下完全相同的效果，如下图所示。

JavaScript 控制台不仅仅是用来执行 JavaScript 代码的。 实际上控制台可以通过web3.js API直接访问以太坊网络。 web3.js 是一套支持Web 和Node.js 的API。 很多读者看到这些估算的时候可能会有点懵，一下子抛出这么多概念，是web3.js，还有Node.js。 这些技术将在本书后面详细介绍。 在本节中，您只需要知道在JavaScript 控制台中可以使用JavaScript 代码访问以太坊网络。 如果使用geth console命令进入JavaScript控制台，则不需要单独安装web3.js，直接使用web3.js的API即可。

JavaScript控制台内置了很多JavaScript对象，其中web3是最重要的一个。 当 JavaScript 控制台启动时，这些对象会自动创建并可以直接使用。 例如，下面的 JavaScript 代码可以直接在 JavaScript 控制台中执行。

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");

这些命令的效果如下图所示。 您将在 Windows 的 JavaScript 控制台中获得完全相同的效果。

有很多方法可以使用 web3.js API。 除了在 JavaScript 控制台中使用 web3.js API 之外，至少你可以在以下环境中使用 web3.js。

• 浏览器

• Node.js

• IPython

• Jupyter 笔记本

5. 建立私有区块链和挖矿

本节我们将使用geth命令创建一个私有区块链，然后自己挖矿。 通过这个操作过程，我们可以对以太坊和区块链的概念有更深入的理解。

创建私有区块链的步骤如下：

(1) 创建创世块

区块链由几个区块组成。 私有链启动后，需要为区块链创建第一个区块（genesis block），相当于数据结构中链表的头节点。 然而，以太坊不知道如何创建这个创世块。 我们需要告诉以太坊如何创建它。 因此，我们首先需要创建创世块的描述文件。 此描述文件为 JSON 格式。 本例中命名为 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"} } }

一个完整的块描述文件是非常复杂的。 本例仅对块进行一些基本设置。 这些设置项的说明如下：

• chainId：指定独立的区块链网络ID。 网络编号

它将在连接到其他节点时使用。 以太坊公网网络ID为1，为了不与公链网络冲突，运行私链节点时必须指定自己的网络ID。 不同 ID 网络的节点不能相互连接。

• homesteadBlock：以太坊推出的第二个主要出块版本，Frontier 是第一个出块版本（也是测试版）。 推荐使用 homesteadBlock，其中 0 表示有效。

• 难度：挖矿难度，数值越小越容易挖矿。 也就是说，该值越小，挖矿所需的算力就越小。 测试时，建议设置一个比较小的值，否则挖矿时间会比较长。

• gasLimit：挖出每个区块所需的资源消耗上限。 Gas与以太（ether）相同，是以太坊中的一个单位。 之所以将gas和ether分开，是为了防止ether的波动影响到挖出每个区块的资源消耗。

• alloc：临时分配用于测试挖矿的账户，balance表示当前账户的余额，单位为Wei。

(2) 初始化区块链

这一步需要使用如下命令初始化区块链。

geth init block.json --datadir 测试

其中test表示保存区块链相关数据的目录。 在此示例中，test 和 block.json 文件位于同一目录中。 执行上述命令后，会在当前block.json文件所在目录下生成一个test子目录。 test子目录结构如下图所示。

显然，test目录下有两个子目录：geth和keystore。 其中geth目录保存同步区块链及相关数据，keystore目录保存账户文件。 由于刚刚创建私链，还没有创建账号，所以keystore目录是空的。

如果在Windows下执行前面的初始化区块链的命令，会得到和Mac OS X下完全一样的结果，读者可以自行在Windows上做实验。

（3）启动以太坊客户端（geth）

在此步骤中，使用以下命令启动以太坊客户端（转到 JavaScript 控制台）。 datadir命令行参数表示geth会使用test目录来保存相关文件。

geth --datadir 测试控制台

(4) 与矿机绑定账户

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 中，您可以使用以下命令将 block.json 文件中的两个地址之一绑定到矿工对象。

miner.setEtherbase("0x7df9a875a174b3bc565e6424a0050ebc1b2d1d82")

(5) 开始挖矿

在开始挖矿之前，您可以使用以下命令查看两个临时账户的余额。

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

查询结果分别是300000和400000。 现在矿工已经绑定了余额为30万的账户，然后在JavaScript控制台执行如下代码开始挖矿。

miner.start()

执行完这行代码后，挖矿就开始了。 如果想停止挖矿，需要在JavaScript控制台执行以下代码。

miner.stop()

停止挖矿后，可以执行以下代码查询当前区块链的区块数，其中eth为JavaScript控制台内置对象。 在这个例子中，一共挖出了36个区块，也就是说目前网络中有一个由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")

我们会发现矿工绑定的账户余额增加了，超出的余额就是挖矿奖励（以太币），如下图。

在Windows下执行同样的命令会得到同样的结果（已经挖了30个方块），如下图所示。

(6) 控制挖矿量

有时需要控制挖矿量，即挖到指定数量的区块后自动终止挖矿。 为此，需要在 JavaScript 控制台中执行以下命令。

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

start方法的参数表示用于挖矿的线程，默认值为CPU核数。 如果CPU是双核，则线程数为2。sleepBlocks方法的参数表示要挖的块数，本例为10块。 如果10个区块还没有挖完，sleepBlocks方法就会被阻塞，直到挖完10个区块，继续执行下面的代码，即miner.stop()，此时挖矿结束。