第一行代碼：以太坊（1）-建立本身的私有區塊鏈

本文會利用以太坊客戶端（geth）搭建一個私有區塊鏈，並在這個私有區塊鏈上挖礦，經過本文的案例，讀者能夠更深刻理解區塊鏈、以太坊、挖礦的理論。

經過閱讀本文，您能夠：

• 掌握搭建以太坊開發環境的方法
• 掌握geth的基本使用方法
• 瞭解如何啓動JavaScript控制檯
• 掌握創建一個私有區塊鏈的步驟
• 掌握如何在私有區塊鏈上挖礦

1. 以太坊（Ethereum）開發環境搭建

在玩以太坊以前，首先要搭建以太坊的開發環境。第一步就是安裝geth。那麼geth是什麼呢？geth（或稱爲go-ethereum）是以太坊節點的一個實現。也就是說，geth是一個客戶端，用於鏈接以太坊網絡。從geth的名 字能夠看出，geth是用go語言實現的一個以太坊節點。那麼爲何須要這個節點呢？

這是由於以太坊網絡由多個節點組成，這些節點多是用不一樣技術實現的。如geth就是官方的以太坊節點。經過這些節點能夠用命令行方式直接訪問區塊鏈網絡，如廣播交易，發佈智能合約等，但對於大多數用戶來講，都是非程序員出身，讓他們經過命令行方式去操做以太坊網絡是不可能的，因此就要求有圖形化的操做界面來操做以太坊網絡。但geth這樣的節點是作不到的，所以，就須要像web3.js，web3.py這樣的程序庫，再配合JavaScript、Python實現可視化的以太坊客戶端，但這些庫是沒法直接鏈接進以太坊網絡的，他們只能鏈接像geth這樣的以太坊節點，而後經過一塔發節點訪問以太坊網絡，因此geth其實同時起到客戶端和服務端的做用。也就是說，geth是以太坊網絡的客戶端，是web3.js的服務端。

安裝geth也很是容易，能夠直接到下面的官網下載不一樣平臺的geth安裝程序。

https://ethereum.github.io/go-ethereum/downloads

訪問上面的Url，會看到頁面上面顯示以下圖所示的下載按鈕。

目前geth的最新版本是1.8.3，支持Linux、Mac OS X和Windows平臺，讀者能夠根據實際狀況下載相應平臺的geth安裝程序，也能夠直接下載源代碼（最後一個按鈕），而後編譯和安裝geth，不過這種方式只適合於專業人員，對於初學者，並不推薦使用這種方式。

（1）安裝Windows版geth

Windows版安裝程序是一個exe文件（geth-windows-amd64-1.8.3-329ac18e.exe或相似的文件名），直接雙擊安裝便可。雙擊該文件會顯示以下圖所示的安裝界面。

單擊「I Agree」按鈕會顯示以下圖所示的選擇組件界面。

建議讀者將Geth和Development tools都選上，不然在用到相關工具時還須要安裝。而後單擊「Next」按鈕進入下一個安裝界面。該界面主要用於指定geth的安裝目錄，默認安裝目錄是「C:\Program Files\Geth」，若是讀者不想將geth安裝到這個目錄，能夠修改爲其餘目錄，如「D:\geth」效果以下圖所示。

接下來單擊「Install」按鈕開始安裝geth。安裝的過程會顯示當前安裝進度的百分比，直到最後顯示「Completed」，表示已經安裝成功，以下圖所示。最後單擊「Close」按鈕關閉安裝界面。

Windows版的geth其實就是一些exe文件，以下圖所示。其中geth.exe是本書主要使用的工具。

安裝完geth後，最好將geth.exe文件所在的目錄加到PATH環境變量中，這樣在任何目錄下就均可以使用geth.exe文件。

（2）安裝Mac OS X版geth

Mac OS X版安裝程序是一個壓縮文件（geth-darwin-amd64-1.8.3-329ac18e.tar.gz或相似的名字），將該壓縮文件解壓，會發現只有一個geth可執行文件，以下圖所示。

若是要想下載Mac OS X版的geth相關工具，能夠到圖2-1所示頁面下方選擇相應的操做系統，下載Tools壓縮包或安裝程序（點擊Geth&Tools 1.8.3便可下載相應操做系統的Tools），以下圖所示。爲了使用方便，能夠將geth所在的路徑加到/etc/profile文件的PATH變量中，而後執行source /etc/profile命令，讓配置當即生效。這樣在任何目錄下均可以使用geth。

在Mac OS X下還可使用brew命令安裝以太坊開發環境。

brew tap ethereum/ethereum brew install ethereum 

讀者能夠選擇本身喜歡的方式在Mac OS X下安裝以太坊開發環境。

（3）安裝Linux版geth

Linux版的geth與Mac OS X版的geth差很少，安裝程序一樣是一個壓縮文件（geth-linux-amd64-1.8.3-329ac18e.tar.gz或相似的文件名），將該壓縮文件複製到Linux的某個目錄，而後在Console中進入該目錄，執行以下的命令對該文件解壓。

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

解壓後，仍然只有一個geth可執行文件，這個可執行文件是靜態編譯的，在任何Linux發行版上均可以獨立執行。

在Linux下安裝完geth後，最好將geth文件所在的路徑添加到PATH變量中，設置的方法與Mac OS X相似。

2. 使用geth命令建立以太坊帳戶

安裝完geth，須要測試一下，能夠在控制檯輸入geth version命令（用於查看geth的版本信息），若是輸出相似下圖所示的信息，表示geth已經安裝成功。

在Windows下執行geth version命令，也會獲得與圖2-9相似的版本信息，只是部分信息稍有差別，以下圖所示。

使用geth的第一步就是建立帳戶。以太坊的帳戶用40位十六進制的地址表示，以下面的十六進制數就是一個標準的以太坊帳戶地址（前面的0x表示十六進制）。

0x24924f33a9c49d312a8d885ade76ece76b315982

第一次使用geth時，geth中沒有任何帳戶，因此首先須要使用geth命令建立以太坊帳戶。在建立以太坊帳戶以前，可使用下面的命令查看以太坊當前的帳戶。

geth account list

執行上面的命令，會顯示以下圖所示的信息，很明顯，沒有任何帳戶。

如今使用geth account new命令建立以太坊帳戶，在建立的過程當中要求輸入帳戶的密碼。若是最後輸出了一個以太坊地址，就說明帳戶建立成功了，以下圖所示。該地址就是以太坊帳戶。

可使用一樣的方法多建立幾個以太坊帳戶。而後使用geth account list命令查看以太坊當前的帳戶，會獲得以下圖所示的查詢結果。根據查詢結果顯示，以太坊當前有3個帳戶。

3. 刪除以太坊帳戶

geth並無直接提供刪除以太坊帳戶的命令，不過能夠經過刪除帳戶本地文件的方式刪除以太坊帳戶（由於每個以太坊帳戶對應一個文件）。根據上圖所示的以太坊帳戶信息，能夠得知帳戶文件的存儲路徑以下：

/Users/lining/Library/Ethereum/keystore

進入該目錄，會看到以下圖所示的3個文件，分別對應上一節創建的3個以太坊帳戶。若是要刪除某個以太坊帳戶，只須要刪除對應的文件便可，而後再次執行geth account
list命令，會發現與文件對應的以太坊帳戶消失了。

在Windows中的操做與Mac OS X相同，只是保存帳戶文件的路徑不一樣。在Windows下使用一樣的方式建立3個以太坊帳戶，而後使用geth account list命令列出全部的帳戶，以下圖所示。

從上圖所示的帳戶信息可知，保存帳戶文件的路徑以下：

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

其中androidguy是Windows用戶名，請將其改爲本身機器的用戶名。

4. geth JavaScript控制檯

geth能夠經過JavaScript控制檯和JavaScript代碼訪問以太坊網絡。只須要執行geth console命令，就能夠啓動JavaScript控制檯，在該控制檯能夠直接輸入JavaScript代碼，按Enter鍵會執行輸入的JavaScript代碼，不過有一個問題，就是geth命令同時也負責同步區塊，以及其餘工做，這樣會產生大量的日誌信息，這些日誌信息會與JavaScript代碼交替出現，很是煩人。效果以下圖所示。

爲了避免讓日誌信息在JavaScript控制檯輸出，可使用下面的命令啓動JavaScript控制檯，其中2表示日誌管道，也就是將日誌信息直接輸出到geth.log文件。

geth console 2>>geth.log

執行上面的命令，會進入JavaScript控制檯，在控制檯中，除了輸入的JavaScript代碼和執行結果外，什麼都不會輸出，效果以下圖所示。

在Windows下使用一樣的操做會獲得與Mac OS X下徹底同樣的效果，以下圖所示。

JavaScript控制檯並非簡簡單單用來執行JavaScript代碼的，其實這個控制檯能夠經過web3.js API直接訪問以太坊網絡。web3.js就是一套API，支持Web和Node.js。可能不少讀者看到這些估計有些懵，一下拋出這麼多概念，又是web3.js，又是Node.js。這些技術會在本書後面詳細介紹，本節只要知道在JavaScript控制檯可使用JavaScript代碼訪問以太坊網絡就能夠了。若是使用geth console命令進入JavaScript控制檯，並不須要單獨安裝web3.js，直接就可使用web3.js的API。

在JavaScript控制檯中內置了不少JavaScript對象，其中web3就是其中最重要的對象。當啓動JavaScript控制檯後，這些對象會自動建立，能夠直接使用。例如，能夠直接在JavaScript控制檯中執行下面的JavaScript代碼。

str = web3.fromAscii('ethereum') // 將'ethereum'按ASCII轉換爲十六進制數 web3.toDecimal('0xa') // 將十六進制數（0xa）轉換爲十進制數 // 判斷地址是否有效 isAddress = web3.isAddress("0x8888f1f195afa192cfee860698584c030f4c9db1");

這些命令執行的效果以下圖所示。在Windows中的JavaScript控制檯也會獲得徹底相同的效果。

使用web3.js API的方式有不少，除了在JavaScript控制檯中使用web3.js API外，至少還能夠在下面的環境中使用web3.js。

• 瀏覽器

• Node.js

• IPython

• Jupyter Notebook

5. 創建私有區塊鏈與挖礦

本節會利用geth命令建立一個私有區塊鏈，而後本身挖礦，能夠經過這個操做過程更深刻理解以太坊和區塊鏈的概念。

建立私有區塊鏈的步驟以下：

（1）創建創世塊

區塊鏈是由若干個區塊組成的。在私有鏈啓動後，須要爲區塊鏈建立第一個區塊（創世塊），至關於數據結構中鏈表的頭節點。不過以太坊並不知道如何建立這個創世塊，須要咱們告訴以太坊如何建立，所以，首先須要創建一個創世塊的描述文件，這個描述文件是JSON格式的，本例起名爲block.json，代碼以下：

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"} } }

一個完整的區塊描述文件很是複雜，本例只對區塊進行了一些基本設置，這些設置項的描述以下：

• chainId：指定了獨立的區塊鏈網絡 ID。網絡 ID
在鏈接到其餘節點的時候會用到，以太坊公網的網絡 ID 是 1，爲了避免與公有鏈網絡衝突，運行私有鏈節點的時候要指定本身的網絡 ID。不一樣 ID 網絡的節點沒法相互鏈接。

• homesteadBlock：以太坊推出的第2個主要的區塊發行版本，Frontier是第1個推出的區塊發行版本（也是測試版本）。建議使用homesteadBlock，這裏的0表示有效。

• difficulty：挖礦的難易程度，該值越小，挖礦越容易。也就是說，該值越小，挖礦須要的算力越小，在測試時，建議設置一個比較小的值，不然挖礦會須要很長時間。

• gasLimit：挖每一個區塊須要消耗資源的上限，gas與以太幣（ether）同樣，都是以太坊中的單位。之因此將gas與ether分開，是爲了防止ether的波動對挖每一個區塊消耗資源的影響。

• alloc：爲了測試挖礦，臨時分配的帳戶，其中balance表示當前帳戶的餘額，單位是Wei。

（2）初始化區塊鏈

這一步須要使用以下的命令對區塊鏈進行初始化。

geth init block.json --datadir test

其中test表示與區塊鏈相關數據保存的目錄，本例test與block.json文件在同一個目錄下。執行上面的命令後，會在當前block.json文件所在的目錄生成一個test子目錄。test子目錄的結構以下圖所示。

很明顯，在test目錄下面還有兩個子目錄：geth和keystore。其中geth目錄保存了同步區塊鏈以及相關的數據，keystore目錄保存了帳戶文件。因爲私有鏈剛建立，尚未建立帳戶，因此keystore目錄爲空。
若是在Windows下執行前面初始化區塊鏈的命令，會獲得與Mac OS X下徹底同樣的結果。讀者能夠本身在Windows作實驗。

（3）啓動以太坊客戶端（geth）

在這一步使用下面的命令啓動以太坊客戶端（進入JavaScript控制檯）。其中datadir命令行參數表示geth會使用test目錄保存相關文件。

geth --datadir test console

（4） 將帳戶與礦工綁定

負責挖礦的帳戶稱爲礦工。miner是JavaScript控制檯中內置的礦工對象，在Java可使用下面的命令將block.json文件中的兩個地址中的一個與miner對象綁定。

miner.setEtherbase("0x7df9a875a174b3bc565e6424a0050ebc1b2d1d82") 

（5）開始挖礦

在開始挖礦以前，可使用下面的命令查一下兩個臨時帳號的餘額。

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

查詢結果分別是300000和400000。如今礦工（miner）已經和餘額爲300000的帳戶綁定，接下來在JavaScript控制檯執行以下的代碼開始挖礦。

miner.start()

執行這行代碼後，就會開始挖礦，若是要中止挖礦，須要在JavaScript控制檯執行以下的代碼。

miner.stop()

中止挖礦後，能夠執行下面的代碼查詢當前區塊鏈中的區塊數，其中eth是JavaScript控制檯內建的對象。在本例中一共挖了36個區塊，也就是目前在網絡中有一條由36個區塊組成的區塊鏈。

eth.blockNumber

再次使用下面的代碼查詢兩個臨時帳戶的餘額。

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

咱們會發現與礦工（miner）綁定的帳戶的餘額變多了，多出的餘額就是挖礦的獎勵（以太幣），以下圖所示。

在Windows下執行一樣的命令會得到相同的結果（挖了30個區塊），以下圖所示。

（6）控制挖礦數量

有時須要控制挖礦數量，也就是說，挖到指定數量的區塊後自動終止挖礦，要達到這個目的，須要在JavaScript控制檯執行下面的命令。

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

其中start方法的參數表示挖礦使用的線程，默認值是CPU內核的數量，如CPU是雙核的，那麼線程數就是2。sleepBlocks方法的參數表示要挖的區塊數，本例是10個區塊。若是尚未挖完10個區塊，那麼sleepBlocks方法會處於阻塞狀態，直到挖完10個區塊，會繼續執行下面的代碼，也就是miner.stop()，這時挖礦就會結束。