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，通過本文的案例，讀者可以更深入理解區塊鏈、以太坊、挖礦的理論。

通過閱讀本文，您可以：

• 掌握搭建以太坊開發環境的方法
• 掌握geth的基本使用方法
• 瞭解如何啟動JavaScript控制檯
• 掌握建立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

在玩以太坊之前，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（或稱為go-ethereum）是以太坊節點的一個實現。也就是說，geth是一個客戶端，用於連線以太坊網路。從geth的名 字可以看出，geth是用go語言實現的一個以太坊節點。那麼為什麼需要這個節點呢？

這是因為以太坊網路由多個節點組成，這些節點可能是用不同技術實現的。如geth就是官方的以太坊節點。通過這些節點可以用命令列方式直接訪問區塊鏈網路，如廣播交易，釋出智慧合約等，但對於大多數使用者來說，都是非程式設計師出身，讓他們通過命令列方式去操作以太坊網路是不可能的，所以就要求有圖形化的操作介面來操作以太坊網路。但geth這樣的節點是做不到的，因此，就需要像web3.js，web3.py這樣的程式庫，再配合JavaScript、Python實現視覺化的以太坊客戶端，但這些庫是無法直接連線進以太坊網路的，他們只能連線像geth這樣的以太坊節點，然後通過一塔發節點訪問以太坊網路，所以geth其實同時起到客戶端和服務端的作用。也就是說，geth是以太坊網路的客戶端，是web3.js的服務端。

安裝geth也非常容易，可以直接到下面的官網下載不同平臺的geth安裝程式。

訪問上面的Url，會看到頁面上面顯示如下圖所示的下載按鈕。

目前geth的最新版本是1.8.3，支援Linux、Mac OS X和Windows平臺，讀者可以根據實際情況下載相應平臺的geth安裝程式，也可以直接下載原始碼（最後一個按鈕），然後編譯和安裝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版安裝程式是一個exe檔案（geth-windows-amd64-1.8.3-329ac18e.exe或類似的檔名），直接雙擊安裝即可。雙擊該檔案會顯示如下圖所示的安裝介面。

單擊“I Agree”按鈕會顯示如下圖所示的選擇元件介面。

建議讀者將Geth和Development tools都選上，否則在用到相關工具時還需要安裝。然後單擊“Next”按鈕進入下一個安裝介面。該介面主要用於指定geth的安裝目錄，預設安裝目錄是“C:\Program Files\Geth”，如果讀者不想將geth安裝到這個目錄，可以修改成其他目錄，如“D:\geth”效果如下圖所示。

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，如下圖所示。最後單擊“Close”按鈕關閉安裝介面。

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

安裝完geth後，最好將geth.exe檔案所在的目錄加到PATH環境變數中，這樣在任何目錄下就都可以使用geth.exe檔案。

（2）安裝Mac OS X版geth

Mac OS X版安裝程式是一個壓縮檔案（geth-darwin-amd64-1.8.3-329ac18e.tar.gz或類似的名字），將該壓縮檔案解壓，會發現只有一個geth可執行檔案，如下圖所示。

如果要想下載Mac OS X版的geth相關工具，可以到圖2-1所示頁面下方選擇相應的作業系統，下載Tools壓縮包或安裝程式（點選Geth&Tools 1.8.3即可下載相應作業系統的Tools），如下圖所示。為了使用方便，可以將geth所在的路徑加到/etc/profile檔案的PATH變數中，然後執行source /etc/profile命令，讓配置立即生效。這樣在任何目錄下都可以使用geth。

在Mac OS X下還可以使用brew命令安裝以太坊開發環境。

brew tap ethereum/ethereum
brew install ethereum

讀者可以選擇自己喜歡的方式在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差不多，安裝程式同樣是一個壓縮檔案（geth-linux-amd64-1.8.3-329ac18e.tar.gz或類似的檔名），將該壓縮檔案複製到Linux的某個目錄，然後在Console中進入該目錄，執行如下的命令對該檔案解壓。

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

解壓後，仍然只有一個geth可執行檔案，這個可執行檔案是靜態編譯的，在任何Linux發行版上都可以獨立執行。

在Linux下安裝完geth後，最好將geth檔案所在的路徑新增到PATH變數中，設定的方法與Mac OS X類似。

2. 使用geth命令建立以太坊賬戶

安裝完geth，需要測試一下，可以在控制檯輸入geth version命令（用於檢視geth的版本資訊），如果輸出類似下圖所示的資訊，表示geth已經安裝成功。

在Windows下執行geth version命令，也會得到與圖2-9類似的版本資訊，只是部分資訊稍有差異，如下圖所示。

使用geth的第一步就是建立賬戶。以太坊的賬戶用40位十六進位制的地址表示，如下面的十六進位制數就是一個標準的以太坊賬戶地址（前面的0x表示十六進位制）。

0x24924f33a9c49d312a8d885ade76ece76b315982

第一次使用geth時，geth中沒有任何賬戶，所以首先需要使用geth命令建立以太坊賬戶。在建立以太坊賬戶之前，可以使用下面的命令檢視以太坊當前的賬戶。

geth account list

執行上面的命令，會顯示如下圖所示的資訊，很明顯，沒有任何賬戶。

現在使用geth account new命令建立以太坊賬戶，在建立的過程中要求輸入賬戶的密碼。如果最後輸出了一個以太坊地址，就說明賬戶建立成功了，如下圖所示。該地址就是以太坊賬戶。

可以使用同樣的方法多建立幾個以太坊賬戶。然後使用geth account list命令檢視以太坊當前的賬戶，會得到如下圖所示的查詢結果。根據查詢結果顯示，以太坊當前有3個賬戶。

3. 刪除以太坊賬戶

geth並沒有直接提供刪除以太坊賬戶的命令，不過可以通過刪除賬戶本地檔案的方式刪除以太坊賬戶（因為每一個以太坊賬戶對應一個檔案）。根據上圖所示的以太坊賬戶資訊，可以得知賬戶檔案的儲存路徑如下：

/Users/lining/Library/Ethereum/keystore

進入該目錄，會看到如下圖所示的3個檔案，分別對應上一節建立的3個以太坊賬戶。如果要刪除某個以太坊賬戶，只需要刪除對應的檔案即可，然後再次執行geth accountlist命令，會發現與檔案對應的以太坊賬戶消失了。

在Windows中的操作與Mac OS X相同，只是儲存賬戶檔案的路徑不同。在Windows下使用同樣的方式建立3個以太坊賬戶，然後使用geth account list命令列出所有的賬戶，如下圖所示。

從上圖所示的賬戶資訊可知，儲存賬戶檔案的路徑如下：

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

其中androidguy是Windows使用者名稱，請將其改成自己機器的使用者名稱。

4. geth JavaScript控制檯

geth可以通過JavaScript控制檯和JavaScript程式碼訪問以太坊網路。只需要執行geth console命令，就可以啟動JavaScript控制檯，在該控制檯可以直接輸入JavaScript程式碼，按Enter鍵會執行輸入的JavaScript程式碼，不過有一個問題，就是geth命令同時也負責同步區塊，以及其他工作，這樣會產生大量的日誌資訊，這些日誌資訊會與JavaScript程式碼交替出現，非常煩人。效果如下圖所示。

為了不讓日誌資訊在JavaScript控制檯輸出，可以使用下面的命令啟動JavaScript控制檯，其中2表示日誌管道，也就是將日誌資訊直接輸出到geth.log檔案。

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程式碼和執行結果外，什麼都不會輸出，效果如下圖所示。

在Windows下使用同樣的操作會得到與Mac OS X下完全一樣的效果，如下圖所示。

JavaScript控制檯並不是簡簡單單用來執行JavaScript程式碼的，其實這個控制檯可以通過web3.js API直接訪問以太坊網路。web3.js就是一套API，支援Web和Node.js。可能很多讀者看到這些估計有些懵，一下丟擲這麼多概念，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控制檯可以使用JavaScript程式碼訪問以太坊網路就可以了。如果使用geth console命令進入JavaScript控制檯，並不需要單獨安裝web3.js，直接就可以使用web3.js的API。

在JavaScript控制檯中內建了很多JavaScript物件，其中web3就是其中最重要的物件。當啟動JavaScript控制檯後，這些物件會自動建立，可以直接使用。例如，可以直接在JavaScript控制檯中執行下面的JavaScript程式碼。

str = web3.fromAscii('ethereum')   //  將'ethereum'按ASCII轉換為十六進位制數
web3.toDecimal('0xa')           //  將十六進位制數（0xa）轉換為十進位制數
//  判斷地址是否有效
isAddress = web3.isAddress("0x8888f1f195afa192cfee860698584c030f4c9db1");

這些命令執行的效果如下圖所示。在Windows中的JavaScript控制檯也會得到完全相同的效果。

使用web3.js API的方式有很多，除了在JavaScript控制檯中使用web3.js API外，至少還可以在下面的環境中使用web3.js。

• 瀏覽器

• Node.js

• IPython

• Jupyter Notebook

5. 建立私有區塊鏈與挖礦

本節會利用geth命令建立一個私有區塊鏈，然後自己挖礦，可以通過這個操作過程更深入理解以太坊和區塊鏈的概念。

建立私有區塊鏈的步驟如下：

（1）建立創世塊

區塊鏈是由若干個區塊組成的。在私有鏈啟動後，需要為區塊鏈建立第一個區塊（創世塊），相當於資料結構中連結串列的頭節點。不過以太坊並不知道如何建立這個創世塊，需要我們告訴以太坊如何建立，因此，首先需要建立一個創世塊的描述檔案，這個描述檔案是JSON格式的，本例起名為block.json，程式碼如下：

block.json檔案

檔案位置：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檔案非常複雜，本例只對區塊進行了一些基本設定，這些設定項的描述如下：

• chainId：指定了獨立的區塊鏈網路 ID。網路 ID在連線到其他節點的時候會用到，以太坊公網的網路 ID 是 1，為了不與公有鏈網路衝突，執行私有鏈節點的時候要指定自己的網路 ID。不同 ID 網路的節點無法相互連線。

• 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，這裡的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，挖礦需要的算力越小，在測試時，建議設定一個比較小的值，否則挖礦會需要很長時間。

• gasLimit：挖每個區塊需要消耗資源的上限，gas與以太幣（ether）一樣，都是以太坊中的單位。之所以將gas與ether分開，是為了防止ether的波動對挖每個區塊消耗資源的影響。

• alloc：為了測試挖礦，臨時分配的賬戶，其中balance表示當前賬戶的餘額，單位是Wei。

（2）初始化區塊鏈

這一步需要使用如下的命令對區塊鏈進行初始化。

geth init block.json --datadir test

其中test表示與區塊鏈相關資料儲存的目錄，本例test與block.json檔案在同一個目錄下。執行上面的命令後，會在當前block.json檔案所在的目錄生成一個test子目錄。test子目錄的結構如下圖所示。

很明顯，在test目錄下面還有兩個子目錄：geth和keystore。其中geth目錄儲存了同步區塊鏈以及相關的資料，keystore目錄儲存了賬戶檔案。由於私有鏈剛建立，還沒有建立賬戶，所以keystore目錄為空。如果在Windows下執行前面初始化區塊鏈的命令，會得到與Mac OS X下完全一樣的結果。讀者可以自己在Windows做實驗。

（3）啟動以太坊客戶端（geth）

在這一步使用下面的命令啟動以太坊客戶端（進入JavaScript控制檯）。其中datadir命令列引數表示geth會使用test目錄儲存相關檔案。

geth --datadir test console

（4） 將賬戶與礦工繫結

負責挖礦的賬戶稱為礦工。miner是JavaScript控制檯中內建的礦工物件，在Java可以使用下面的命令將block.json檔案中的兩個地址中的一個與miner物件繫結。

miner.setEtherbase("0x7df9a875a174b3bc565e6424a0050ebc1b2d1d82")

（5）開始挖礦

在開始挖礦之前，可以使用下面的命令查一下兩個臨時賬號的餘額。

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

查詢結果分別是300000和400000。現在礦工（miner）已經和餘額為300000的賬戶繫結，接下來在JavaScript控制檯執行如下的程式碼開始挖礦。

miner.start()

執行這行程式碼後，就會開始挖礦，如果要停止挖礦，需要在JavaScript控制檯執行如下的程式碼。

miner.stop()

停止挖礦後，可以執行下面的程式碼查詢當前區塊鏈中的區塊數，其中eth是JavaScript控制檯內建的物件。在本例中一共挖了36個區塊，也就是目前在網路中有一條由36個區塊組成的區塊鏈。

eth.blockNumber

再次使用下面的程式碼查詢兩個臨時賬戶的餘額。

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

我們會發現與礦工（miner）繫結的賬戶的餘額變多了，多出的餘額就是挖礦的獎勵（以太幣），如下圖所示。

在Windows下執行同樣的命令會獲得相同的結果（挖了30個區塊），如下圖所示。

（6）控制挖礦數量

有時需要控制挖礦數量，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，需要在JavaScript控制檯執行下面的命令。

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

其中start方法的引數表示挖礦使用的執行緒，預設值是CPU核心的數量，如CPU是雙核的，那麼執行緒數就是2。sleepBlocks方法的引數表示要挖的區塊數，本例是10個區塊。如果還沒有挖完10個區塊，那麼sleepBlocks方法會處於阻塞狀態，直到挖完10個區塊，會繼續執行下面的程式碼，也就是miner.stop()，這時挖礦就會結束。