第一行代码：以太坊（1）-建立本身的私有区块链

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，经过本文的案例，读者能够更深刻理解区块链、以太坊、挖矿的理论。

经过阅读本文，您能够：

• 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
• 掌握创建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

在玩以太坊以前，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，用于链接以太坊网络。从geth的名 字能够看出，geth是用go语言实现的一个以太坊节点。那么为何须要这个节点呢？

这是由于以太坊网络由多个节点组成，这些节点多是用不一样技术实现的。如geth就是官方的以太坊节点。经过这些节点能够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讲，都是非程序员出身，让他们经过命令行方式去操做以太坊网络是不可能的，因此就要求有图形化的操做界面来操做以太坊网络。但geth这样的节点是作不到的，所以，就须要像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，但这些库是没法直接链接进以太坊网络的，他们只能链接像geth这样的以太坊节点，而后经过一塔发节点访问以太坊网络，因此geth其实同时起到客户端和服务端的做用。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也很是容易，能够直接到下面的官网下载不一样平台的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以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，读者能够根据实际状况下载相应平台的geth安装程序，也能够直接下载源代码（最后一个按钮），而后编译和安装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或相似的文件名），直接双击安装便可。双击该文件会显示以下图所示的安装界面。

单击“I Agree”按钮会显示以下图所示的选择组件界面。

建议读者将Geth和Development tools都选上，不然在用到相关工具时还须要安装。而后单击“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 Files\Geth”，若是读者不想将geth安装到这个目录，能够修改为其余目录，如“D:\geth”效果以下图所示。

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，以下图所示。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，以下图所示。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均可以使用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或相似的名字），将该压缩文件解压，会发现只有一个geth可执行文件，以下图所示。

若是要想下载Mac OS X版的geth相关工具，能够到图2-1所示页面下方选择相应的操做系统，下载Tools压缩包或安装程序（点击Geth&Tools 1.8.3便可下载相应操做系统的Tools），以下图所示。为了使用方便，能够将geth所在的路径加到/etc/profile文件的PATH变量中，而后执行source /etc/profile命令，让配置当即生效。这样在任何目录下均可以使用geth。

在Mac OS X下还可使用brew命令安装以太坊开发环境。

brew tap ethereum/ethereum brew install ethereum 

读者能够选择本身喜欢的方式在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差很少，安装程序一样是一个压缩文件（geth-linux-amd64-1.8.3-329ac18e.tar.gz或相似的文件名），将该压缩文件复制到Linux的某个目录，而后在Console中进入该目录，执行以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发行版上均可以独立执行。

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相似。

2. 使用geth命令建立以太坊帐户

安装完geth，须要测试一下，能够在控制台输入geth version命令（用于查看geth的版本信息），若是输出相似下图所示的信息，表示geth已经安装成功。

在Windows下执行geth version命令，也会获得与图2-9相似的版本信息，只是部分信息稍有差别，以下图所示。

使用geth的第一步就是建立帐户。以太坊的帐户用40位十六进制的地址表示，以下面的十六进制数就是一个标准的以太坊帐户地址（前面的0x表示十六进制）。

0x24924f33a9c49d312a8d885ade76ece76b315982

第一次使用geth时，geth中没有任何帐户，因此首先须要使用geth命令建立以太坊帐户。在建立以太坊帐户以前，可使用下面的命令查看以太坊当前的帐户。

geth account list

执行上面的命令，会显示以下图所示的信息，很明显，没有任何帐户。

如今使用geth account new命令建立以太坊帐户，在建立的过程当中要求输入帐户的密码。若是最后输出了一个以太坊地址，就说明帐户建立成功了，以下图所示。该地址就是以太坊帐户。

可使用一样的方法多建立几个以太坊帐户。而后使用geth account list命令查看以太坊当前的帐户，会获得以下图所示的查询结果。根据查询结果显示，以太坊当前有3个帐户。

3. 删除以太坊帐户

geth并无直接提供删除以太坊帐户的命令，不过能够经过删除帐户本地文件的方式删除以太坊帐户（由于每个以太坊帐户对应一个文件）。根据上图所示的以太坊帐户信息，能够得知帐户文件的存储路径以下：

/Users/lining/Library/Ethereum/keystore

进入该目录，会看到以下图所示的3个文件，分别对应上一节创建的3个以太坊帐户。若是要删除某个以太坊帐户，只须要删除对应的文件便可，而后再次执行geth account
list命令，会发现与文件对应的以太坊帐户消失了。

在Windows中的操做与Mac OS X相同，只是保存帐户文件的路径不一样。在Windows下使用一样的方式建立3个以太坊帐户，而后使用geth account list命令列出全部的帐户，以下图所示。

从上图所示的帐户信息可知，保存帐户文件的路径以下：

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

其中androidguy是Windows用户名，请将其改为本身机器的用户名。

4. geth JavaScript控制台

geth能够经过JavaScript控制台和JavaScript代码访问以太坊网络。只须要执行geth console命令，就能够启动JavaScript控制台，在该控制台能够直接输入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，以及其余工做，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，很是烦人。效果以下图所示。

为了避免让日志信息在JavaScript控制台输出，可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，效果以下图所示。

在Windows下使用一样的操做会获得与Mac OS X下彻底同样的效果，以下图所示。

JavaScript控制台并非简简单单用来执行JavaScript代码的，其实这个控制台能够经过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。可能不少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控制台可使用JavaScript代码访问以太坊网络就能够了。若是使用geth console命令进入JavaScript控制台，并不须要单独安装web3.js，直接就可使用web3.js的API。

在JavaScript控制台中内置了不少JavaScript对象，其中web3就是其中最重要的对象。当启动JavaScript控制台后，这些对象会自动建立，能够直接使用。例如，能够直接在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以下图所示。在Windows中的JavaScript控制台也会获得彻底相同的效果。

使用web3.js API的方式有不少，除了在JavaScript控制台中使用web3.js API外，至少还能够在下面的环境中使用web3.js。

• 浏览器

• Node.js

• IPython

• Jupyter Notebook

5. 创建私有区块链与挖矿

本节会利用geth命令建立一个私有区块链，而后本身挖矿，能够经过这个操做过程更深刻理解以太坊和区块链的概念。

建立私有区块链的步骤以下：

（1）创建创世块

区块链是由若干个区块组成的。在私有链启动后，须要为区块链建立第一个区块（创世块），至关于数据结构中链表的头节点。不过以太坊并不知道如何建立这个创世块，须要咱们告诉以太坊如何建立，所以，首先须要创建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，代码以下：

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很是复杂，本例只对区块进行了一些基本设置，这些设置项的描述以下：

• chainId：指定了独立的区块链网络 ID。网络 ID
在链接到其余节点的时候会用到，以太坊公网的网络 ID 是 1，为了避免与公有链网络冲突，运行私有链节点的时候要指定本身的网络 ID。不一样 ID 网络的节点没法相互链接。

• 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，挖矿须要的算力越小，在测试时，建议设置一个比较小的值，不然挖矿会须要很长时间。

• gasLimit：挖每一个区块须要消耗资源的上限，gas与以太币（ether）同样，都是以太坊中的单位。之因此将gas与ether分开，是为了防止ether的波动对挖每一个区块消耗资源的影响。

• alloc：为了测试挖矿，临时分配的帐户，其中balance表示当前帐户的余额，单位是Wei。

（2）初始化区块链

这一步须要使用以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子目录的结构以下图所示。

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目录保存了帐户文件。因为私有链刚建立，尚未建立帐户，因此keystore目录为空。
若是在Windows下执行前面初始化区块链的命令，会获得与Mac OS X下彻底同样的结果。读者能够本身在Windows作实验。

（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） 将帐户与矿工绑定

负责挖矿的帐户称为矿工。miner是JavaScript控制台中内置的矿工对象，在Java可使用下面的命令将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

在开始挖矿以前，可使用下面的命令查一下两个临时帐号的余额。

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

查询结果分别是300000和400000。如今矿工（miner）已经和余额为300000的帐户绑定，接下来在JavaScript控制台执行以下的代码开始挖矿。

miner.start()

执行这行代码后，就会开始挖矿，若是要中止挖矿，须要在JavaScript控制台执行以下的代码。

miner.stop()

中止挖矿后，能够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帐户的余额。

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

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

在Windows下执行一样的命令会得到相同的结果（挖了30个区块），以下图所示。

（6）控制挖矿数量

有时须要控制挖矿数量，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，须要在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。若是尚未挖完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。