说明 一、为什么用到私有链? 在以太坊的共有链上部署智能合约、发起交易需要花费以太币。而通过修改配置,可以在本机搭建一套以太坊私有链,因为与公有链没关系,既不用同步公有链庞大的数据,也不用花钱购买以太币,很好地满足了智能合约开发和测试的要求,开发好的智能合约也可以很容易地切换接口部署到以太坊公有链上。
二、需要用到哪些工具?
以太坊客户端 以太坊客户端用于接入以太坊网络,进行账户管理、交易、挖矿、智能合约相关的操作。目前有多种语言实现的客户端,常用的有 Go 语言实现的 go-ethereum 客户端 Geth,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。 其他的客户端有:
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;
智能合约编译器 以太坊支持两种智能合约的编程语言:Solidity 和 Serpent。Serpent 语言面临一些安全问题,现在已经不推荐使用了。Solidity 语法类似 JavaScript,它编译器 solc 可以把智能合约源码编译成以太坊虚拟机 EVM 可以执行的二进制码。 现在以太坊提供更方便的在线 IDE —— Remix https://remix.ethereum.org 使用 Remix,免去了安装 solc 和编译过程,它可以直接提供部署合约所需的二进制码和 ABI。
以太坊钱包 以太坊提供了图形界面的钱包 Ethereum Wallet 和 Mist Dapp 浏览器。钱包的功能是 Mist 的一个子集,可用于管理账户和交易;Mist 在钱包基础上,还能操作智能合约。为了演示合约部署过程,本文使用了 Geth console 操作,没有用到 Mist,当然,使用 Mist 会更简单。
安装环境 这里以 Ubuntu 16.04 为例进行介绍。
一、安装以太坊客户端 两种方式可选:PPA 直接安装、源码编译安装。
PPA 直接安装 安装必要的工具包: 1 apt install software-properties-common
添加以太坊源: 1 2 add-apt-repository -y ppa:ethereum/ethereum apt update
安装 go-ethereum:
安装完成后,可以使用 geth version
命令查看是否安装成功。
源码安装 因为 go-ethereum 使用 Go 语言编写,编译源码前需要配置好 Go 环境。
配置 Go 语言环境 参照 https://golang.org/doc/install 简单地,以安装 go 1.9 为例: 1 2 wget https://storage.googleapis.com/golang/go1.9.linux-amd64.tar.gz tar -C /usr/local -xzf go1.9.linux-amd64.tar.gz
编辑 /etc/profile
或 $HOME/.profile
,在文件最后添加环境变量: 1 export PATH=$PATH:/usr/local/go/bin
编辑 $HOME/profile
或 $HOME/.bashrc
,添加 go 工作目录环境变量: 1 export GOPATH=$HOME/gopath
下载和编译 Geth 安装 C 编译器: 1 apt install -y build-essential
下载最新源码: 1 git clone https://github.com/ethereum/go-ethereum
编译安装: 1 2 cd go-ethereum make geth
安装完成后,可以使用 geth version
命令查看是否安装成功。记得把生成的 geth 加入到系统的环境变量中。
二、安装 Solidity 编译器 Solidity 编译器也有多种方法安装,参照 http://solidity.readthedocs.io/en/latest/installing-solidity.html 这里介绍最简单快捷的安装方式:PPA 直接安装。
PPA 直接安装
1 2 3 add-apt-repository ppa:ethereum/ethereum apt update apt install solc
官方推荐使用基于浏览器的 IDE 环境:Remix https://remix.ethereum.org
私有链搭建 一、配置初始状态 要运行以太坊私有链,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
。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 { "config": { "chainID": 1024, "homesteadBlock": 0, "eip155Block": 0, "eip158Block": 0 }, "alloc": {}, "coinbase": "0x0000000000000000000000000000000000000000", "difficulty": "0x400", "extraData": "0x0", "gasLimit": "0x2fefd8", "nonce": "0xdeadbeefdeadbeef", "mixhash": "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000", "parentHash": "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000", "timestamp": "0x00" }
其中,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。配置文件还对当前挖矿难度 difficulty
、区块 Gas 消耗限制 gasLimit
等参数进行了设置。
在 Geth 1.6+ 中,以太坊提供了一个生成创世块的向导工具:puppeth。并且提供了更适合在私有链中使用的 Clique PoA 共识算法。puppeth 的使用,可以参照《利用puppeth搭建POA共识的以太坊私链网络 》
二、初始化:写入创世区块 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 ~/privatechain/data0
,genesis.json
保存在 ~/privatechain
中,此时目录结构应该是这样的:
1 2 3 privatechain ├── data0 └── genesis.json
接下来进入 privatechain 中,执行初始化命令:
1 2 cd privatechain geth --datadir data0 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 data0,表示指定数据存放目录为 data0,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。
1 2 3 4 5 6 7 WARN [09-12|04:01:09] No etherbase set and no accounts found as default INFO [09-12|04:01:09] Allocated cache and file handles database=/root/work/privatechain/data0/geth/chaindata cache=16 handles=16 INFO [09-12|04:01:09] Writing custom genesis block INFO [09-12|04:01:09] Successfully wrote genesis state database=chaindata hash=84e71d…97246e INFO [09-12|04:01:09] Allocated cache and file handles database=/root/work/privatechain/data0/geth/lightchaindata cache=16 handles=16 INFO [09-12|04:01:09] Writing custom genesis block INFO [09-12|04:01:09] Successfully wrote genesis state database=lightchaindata hash=84e71d…97246e
初始化成功后,会在数据目录 data0 中生成 geth
和 keystore
两个文件夹,此时目录结构如下:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 privatechain ├── data0 │ ├── geth │ │ ├── chaindata │ │ │ ├── 000001.log │ │ │ ├── CURRENT │ │ │ ├── LOCK │ │ │ ├── LOG │ │ │ └── MANIFEST-000000 │ │ └── lightchaindata │ │ ├── 000001.log │ │ ├── CURRENT │ │ ├── LOCK │ │ ├── LOG │ │ └── MANIFEST-000000 │ └── keystore └── genesis.json
其中 geth/chaindata
中存放的是区块数据,keystore
中存放的是账户数据。
三、启动私有链节点 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:
1 geth --identity "TestNode" --rpc --rpcport "8545" --datadir data0 --port "30303" --nodiscover 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。 各选项含义如下:
–identity:指定节点 ID;
–rpc:表示开启 HTTP-RPC 服务;
–rpcport:指定 HTTP-RPC 服务监听端口号(默认为 8545);
–datadir:指定区块链数据的存储位置;
–port:指定和其他节点连接所用的端口号(默认为 30303);
–nodiscover:关闭节点发现机制,防止加入有同样初始配置的陌生节点。
运行上面的命令后,就启动了区块链节点并进入了该节点的控制台:
1 2 3 4 5 ... Welcome to the Geth JavaScript console! instance: Geth/TestNode/v1.6.7-stable-ab5646c5/linux-amd64/go1.8.1 modules: admin:1.0 debug:1.0 eth: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:
eth:包含一些跟操作区块链相关的方法;
net:包含一些查看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。
控制台操作 进入以太坊 Javascript Console 后,就可以使用里面的内置对象做一些操作,这些内置对象提供的功能很丰富,比如查看区块和交易、创建账户、挖矿、发送交易、部署智能合约等。
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 是以太坊中最小货币面额单位,类似比特币中的聪
,1 ether = 10^18 Wei);
eth.blockNumber:列出区块总数;
eth.getTransaction():获取交易;
eth.getBlock():获取区块;
miner.start():开始挖矿;
miner.stop():停止挖矿;
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;
这些命令支持 Tab
键自动补全,具体用法如下。
一、创建账户 1 2 3 4 5 > personal.newAccount() Passphrase: Repeat passphrase: "0x3443ffb2a5ce3f4b80080791e0fde16a3fac2802" > INFO [09-12|05:55:44] New wallet appeared url=keystore:///root/work/privatech… status=Locked
输入两遍密码后,会生成账户地址。
再创建一个账户:
1 2 3 4 5 > personal.newAccount() Passphrase: Repeat passphrase: "0x02bee2a1582bbf58c42bbdfe7b8db4685d4d4c62" > INFO [09-12|06:10:45] New wallet appeared url=keystore:///root/work/privatech… status=Locked
查看刚刚创建的两个账户:
1 2 > eth.accounts ["0x3443ffb2a5ce3f4b80080791e0fde16a3fac2802", "0x02bee2a1582bbf58c42bbdfe7b8db4685d4d4c62"]
二、查看账户余额 1 2 3 4 > eth.getBalance(eth.accounts[0]) 0 > eth.getBalance(eth.accounts[1]) 0
三、启动&停止挖矿 启动挖矿:
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。
停止挖矿,在 console 中输入:
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,可以通过 miner.setEtherbase() 将其他账户设置成 coinbase。
四、发送交易 目前,账户 0 已经挖到了 3 个块的奖励,账户 1 的余额还是0:
1 2 3 4 > eth.getBalance(eth.accounts[0]) 15000000000000000000 > eth.getBalance(eth.accounts[1]) 0
我们要从账户 0 向账户 1 转账,所以要先解锁账户 0,才能发起交易:
1 2 3 4 > personal.unlockAccount(eth.accounts[0]) Unlock account 0x3443ffb2a5ce3f4b80080791e0fde16a3fac2802 Passphrase: true
发送交易,账户 0 -> 账户 1:
1 2 3 4 5 > amount = web3.toWei(5,'ether') "5000000000000000000" > eth.sendTransaction({from:eth.accounts[0],to:eth.accounts[1],value:amount}) INFO [09-12|07:38:12] Submitted transaction fullhash=0x9f5e61f3d686f793e2df6378d1633d7a9d1df8ec8c597441e1355112d102a6ce recipient=0x02bee2a1582bbf58c42bbdfe7b8db4685d4d4c62 "0x9f5e61f3d686f793e2df6378d1633d7a9d1df8ec8c597441e1355112d102a6ce"
此时如果没有挖矿,用 txpool.status
命令可以看到本地交易池中有一个待确认的交易,可以使用 eth.getBlock("pending", true).transactions
查看当前待确认交易。
使用 miner.start()
命令开始挖矿:
1 > miner.start(1);admin.sleepBlocks(1);miner.stop();
新区块挖出后,挖矿结束,查看账户 1 的余额,已经收到了账户 0 的以太币:
1 2 > web3.fromWei(eth.getBalance(eth.accounts[1]),'ether') 5
五、查看交易和区块 查看当前区块总数:
通过交易 Hash 查看交易(Hash 值包含在上面交易返回值中):
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 > eth.getTransaction("0x9f5e61f3d686f793e2df6378d1633d7a9d1df8ec8c597441e1355112d102a6ce") { blockHash: "0xdc1fb4469bf4613821c303891a71ff0d1f5af9af8c10efdd8bcd8b518533ee7d", blockNumber: 4, from: "0x3443ffb2a5ce3f4b80080791e0fde16a3fac2802", gas: 90000, gasPrice: 18000000000, hash: "0x9f5e61f3d686f793e2df6378d1633d7a9d1df8ec8c597441e1355112d102a6ce", input: "0x", nonce: 0, r: "0x4214d2d8d92efc3aafb515d2413ecd45ab3695d9bcc30d9c7c06932de829e064", s: "0x42822033225a2ef662b9b448576e0271b9958e1f4ec912c259e01c84bd1f6681", to: "0x02bee2a1582bbf58c42bbdfe7b8db4685d4d4c62", transactionIndex: 0, v: "0x824", value: 5000000000000000000 }
通过区块号查看区块:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 > eth.getBlock(4) { difficulty: 131072, extraData: "0xd783010607846765746887676f312e382e31856c696e7578", gasLimit: 3153874, gasUsed: 21000, hash: "0xdc1fb4469bf4613821c303891a71ff0d1f5af9af8c10efdd8bcd8b518533ee7d", logsBloom: "0x00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000", miner: "0x3443ffb2a5ce3f4b80080791e0fde16a3fac2802", mixHash: "0x6df88079cf4fbfae98ad7588926fa30becddf4b8b55f93f0380d82ce0533338c", nonce: "0x39455ee908666993", number: 4, parentHash: "0x14fe27755d6fcc704f6b7018d5dc8193f702d89f2c7807bf6f0e402a2b0a29d9", receiptsRoot: "0xfcb5b5cc322998562d96339418d08ad8e7c5dd87935f9a3321e040344e3fd095", sha3Uncles: "0x1dcc4de8dec75d7aab85b567b6ccd41ad312451b948a7413f0a142fd40d49347", size: 651, stateRoot: "0xdd4a0ce76c7e0ff149853dce5bb4f99592fb1bc3c5e87eb07518a0235ffacd8c", timestamp: 1505202063, totalDifficulty: 525312, transactions: ["0x9f5e61f3d686f793e2df6378d1633d7a9d1df8ec8c597441e1355112d102a6ce"], transactionsRoot: "0xbb909845183e037b15d24fe9ad1805fd00350ae04841aa774be6af96e76fdbf9", uncles: [] }
六、连接到其他节点 可以通过 admin.addPeer()
方法连接到其他节点,两个节点要要指定相同的 chainID。
假设有两个节点:节点一和节点二,chainID 都是 1024,通过下面的步骤就可以从节点一连接到节点二。
首先要知道节点二的 enode 信息,在节点二的 JavaScript console 中执行下面的命令查看 enode 信息:
1 2 > admin.nodeInfo.enode "enode://d465bcbd5c34da7f4b8e00cbf9dd18e7e2c38fbd6642b7435f340c7d5168947ff[email protected] [::]:30303"
然后在节点一的 JavaScript console 中执行 admin.addPeer(),就可以连接到节点二:
1 > admin.addPeer("enode://d465bcbd5c34da7f4b8e00cbf9dd18e7e2c38fbd6642b7435f340c7d5168947ff[email protected] 127.0.0.1:30304")
addPeer() 的参数就是节点二的 enode 信息,注意要把 enode 中的 [::]
替换成节点二的 IP 地址。连接成功后,节点二就会开始同步节点一的区块,同步完成后,任意一个节点开始挖矿,另一个节点会自动同步区块,向任意一个节点发送交易,另一个节点也会收到该笔交易。
通过 admin.peers
可以查看连接到的其他节点信息,通过 net.peerCount
可以查看已连接到的节点数量。
除了上面的方法,也可以在启动节点的时候指定 --bootnodes
选项连接到其他节点。
智能合约操作 一、创建和编译智能合约 新建一个 Solidity 智能合约文件,命名为 testContract.sol
,该合约包含一个方法 multiply()
,将输入的两个数相乘后输出:
1 2 3 4 5 6 7 8 pragma solidity ^0.4.0; contract TestContract { function multiply(uint a, uint b) returns (uint) { return a * b; } }
编译智能合约,获得编译后的 EVM 二进制码:
1 2 3 4 5 $ solc --bin testContract.sol ======= testContract.sol:TestContract ======= Binary: 6060604052341561000f57600080fd5b5b60b48061001e6000396000f30060606040526000357c0100000000000000000000000000000000000000000000000000000000900463ffffffff168063165c4a1614603d575b600080fd5b3415604757600080fd5b60646004808035906020019091908035906020019091905050607a565b6040518082815260200191505060405180910390f35b600081830290505b929150505600a165627a7a72305820b494a4b3879b3810accf64d4cc3e1be55f2f4a86f49590b8a9b8d7009090a5d30029
再用 solc 获取智能合约的 JSON ABI(Application Binary Interface),其中指定了合约接口,包括可调用的合约方法、变量、事件等:
1 2 3 4 5 $ solc --abi testContract.sol ======= testContract.sol:TestContract ======= Contract JSON ABI [{"constant":false,"inputs":[{"name":"a","type":"uint256"},{"name":"b","type":"uint256"}],"name":"multiply","outputs":[{"name":"","type":"uint256"}],"payable":false,"stateMutability":"nonpayable","type":"function"}]
回到 Geth 的控制台,用变量 code
和 abi
记录上面两个值,注意在 code 前加上 0x
前缀:
1 2 > code = "0x6060604052341561000f57600080fd5b5b60b48061001e6000396000f30060606040526000357c0100000000000000000000000000000000000000000000000000000000900463ffffffff168063165c4a1614603d575b600080fd5b3415604757600080fd5b60646004808035906020019091908035906020019091905050607a565b6040518082815260200191505060405180910390f35b600081830290505b929150505600a165627a7a72305820b494a4b3879b3810accf64d4cc3e1be55f2f4a86f49590b8a9b8d7009090a5d30029" > abi = [{"constant":false,"inputs":[{"name":"a","type":"uint256"},{"name":"b","type":"uint256"}],"name":"multiply","outputs":[{"name":"","type":"uint256"}],"payable":false,"stateMutability":"nonpayable","type":"function"}]
二、部署智能合约 这里使用账户 0 来部署合约,首先解锁账户:
1 2 3 4 > personal.unlockAccount(eth.accounts[0]) Unlock account 0x3443ffb2a5ce3f4b80080791e0fde16a3fac2802 Passphrase: true
发送部署合约的交易:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 > myContract = eth.contract(abi) ... > contract = myContract.new({from:eth.accounts[0],data:code,gas:1000000}) INFO [09-12|08:05:19] Submitted contract creation fullhash=0x0a7dfa9cac7ef836a72ed1d5bbfa65c0220347cde4efb067a0b03b15fb70bce1 contract=0x7cbe4019e993f9922b8233502d94890099ee59e6 { abi: [{ constant: false, inputs: [{...}, {...}], name: "multiply", outputs: [{...}], payable: false, stateMutability: "nonpayable", type: "function" }], address: undefined, transactionHash: "0x0a7dfa9cac7ef836a72ed1d5bbfa65c0220347cde4efb067a0b03b15fb70bce1" }
此时如果没有挖矿,用 txpool.status
命令可以看到本地交易池中有一个待确认的交易。使用下面的命令查看当前待确认的交易:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 [{ blockHash: "0xfedd6fef9f25e96a5a20b5ffcd152e9fe05d193ae0989c25d6197d2441c2c09b", blockNumber: 5, from: "0x3443ffb2a5ce3f4b80080791e0fde16a3fac2802", gas: 1000000, gasPrice: 18000000000, hash: "0x0a7dfa9cac7ef836a72ed1d5bbfa65c0220347cde4efb067a0b03b15fb70bce1", input: "0x6060604052341561000f57600080fd5b5b60b48061001e6000396000f30060606040526000357c0100000000000000000000000000000000000000000000000000000000900463ffffffff168063165c4a1614603d575b600080fd5b3415604757600080fd5b60646004808035906020019091908035906020019091905050607a565b6040518082815260200191505060405180910390f35b600081830290505b929150505600a165627a7a72305820b494a4b3879b3810accf64d4cc3e1be55f2f4a86f49590b8a9b8d7009090a5d30029", nonce: 3, r: "0xfe7139a31694a36f946e7182c35c52a21bf31d33994490815f63f6674e84dc93", s: "0x4701a984ee93d2a323fac55547b31534b11915599de75202a1d62061241fefbf", to: null, transactionIndex: 0, v: "0x823", value: 0 }]
使用 miner.start()
命令开始挖矿,一段时间后交易会被确认,随新区块进入区块链。
三、调用智能合约 使用以下命令发送交易,sendTransaction
方法的前几个参数应该与合约中 multiply
方法的输入参数对应。这种情况下,交易会通过挖矿记录到区块链中:
1 2 3 4 > contract.multiply(2, 4, {from:eth.accounts[0]}) INFO [09-12|08:24:14] Submitted transaction fullhash=0x29b47d580ba6ccb2445aa3ebdcb14567bd5cbc6004edef7a4064c36e0606bca2 recipient=0x7cbe4019e993f9922b8233502d94890099ee59e6 "0x29b47d580ba6ccb2445aa3ebdcb14567bd5cbc6004edef7a4064c36e0606bca2"
如果只是本地运行该方法查看返回结果,可以采用如下方式:
1 2 > contract.multiply(2,4) 8
术语说明 术语 | | 说明 —–|—– ABI | Application Binary Interface,应用二进制接口 | 其中指定了合约接口,包括可调用的合约方法、变量、事件等。 DApp | Decentralized App,去中心化的应用程序 | 基于智能合约的应用称为去中心化的应用程序。 EVM | Ethereum Virtual Machine,以太坊虚拟机 | 以太坊智能合约的运行环境。 Gas | (消耗的)汽油 | 在以太坊上发起交易、部署合约和调用合约都要消耗一定量的以太币,这些消耗的以太币称为 Gas。 Geth | - | 以太坊客户端 go-ethereum,使用 Go 语言编写,是最常用的以太坊客户端之一。 Solidity | - | 以太坊智能合约的一种编程语言,类似 JavaScript。 Remix IDE | https://remix.ethereum.org | 基于浏览器的 Solidity 集成开发环境,在浏览器中编写和调试智能合约。
参考内容
更多区块链资料,请访问 https://github.com/gymgle/blockchain-reference