区块链踩坑之基础扫盲及搭建以太坊网络私有链（单节点）

连载篇提前看

前言

区块链近几年如火如荼，呈愈来愈望的趋势。相信不少小伙伴已经踩过坑，也有很多小伙伴还只是听过概念，并未实际接触到，更别谈开发和运用。我们在这里还是先来普及下区块链的基础概念(已经知晓概念和原理的可直接跳到环境篇)：

　　　　区块链是什么？
区块链是一种新型去中心化协议，能安全地存储比特币交易或其它数据，信息不可伪造和篡改，可以自动执行智能合约，无需任何中心化机构的审核。交易既可以是比特币这样的数字货币，也可以是债权、股权、版权等数字资产，区块链技术解决了拜占庭将军问题，大大降低了现实经济的信任成本与会计成本，重新定义了互联网时代的产权制度。

那更具体和详细一点的描述可以参考下面这段话：

区块链（Blockchain）是由节点参与的分布式数据库系统，它的特点是不可更改，不可伪造，也可以将其理解为账簿系统(ledger)。它是比特币的一个重要概念，完整比特币区块链的副本，记录了其代币（token）的每一笔交易。通过这些信息，我们可以找到每一个地址，在历史上任何一点所拥有的价值。

区块链是由一串使用密码学方法产生的数据块组成的，每一个区块都包含了上一个区块的哈希值（hash），从创始区块（genesis block）开始连接到当前区块，形成块链。每一个区块都确保按照时间顺序在上一个区块之后产生，否则前一个区块的哈希值是未知的。这些特征使得比特币的双花（double-spending）非常困难。区块链是比特币的核心创新。

区块链概念的出现，首先是在中本聪的比特币白皮书中提到的，但是以工作量证明链（proof-of-work chain）的形式而存在，以下是中本聪对区块链概念的描述：

时间戳服务器通过对以区块(block)形式存在的一组数据，实施随机散列而加上时间戳，并将该随机散列进行广播，就像在新闻或世界性新闻组网络（Usenet）的发帖一样。显然，该时间戳能够证实特定数据必然于某特定时间是的确存在的，因为只有在该时刻存在了才能获取相应的随机散列值。每个时间戳应当将前一个时间戳纳入其随机散列值中，每一个随后的时间戳都对之前的一个时间戳进行增强(reinforcing)，这样就形成了一条链（Chain）。

节点始终都将最长的链视为正确链，并持续工作和延长它。如果有两个节点同时广播不同版本的新区块，那么其他节点在接收到该区块的时间上，将存在先后差别。当此情形，他们将在率先收到的区块基础上进行工作，但也会保留另外一条链，以防后者变成最长链。该僵局（tie）的打破，要等到下一个工作量证明被发现，而其中的一条链被证实为是较长的一条，那么在另一条分支链上工作的节点将转换阵营，开始在较长的链上工作。

比特币钱包的功能依赖于与区块链的确认，一次有效检验称为一次确认。通常一次交易要获得数个确认才能进行。轻量级（SPV ）比特币钱包, 其客户端在本地只需保存与用户可支配交易相关的数据，而不会存储完整的区块链。

区块链技术是众多加密数字货币的核心，包括比特币、以太坊、莱特币、狗狗币等。维护区块链的方式，有工作量证明（proof-of-work）、权益证明(proof-of-stake)等。

区块链的优势

区块链体系结构的核心优势包括：

1.任何节点都可以创建交易，在经过一段时间的确认之后，就可以合理地确认该交易是否为有效，区块链可有效地防止双花问题的发生。

2.对于试图重写或者修改交易记录而言，它的成本是非常高的。

3.区块链实现了两种记录：交易（transactions）以及区块（blocks）。交易是被存储在区块链上的实际数据，而区块则是记录确认某些交易是在何时，以及以何种顺序成为区块链数据库的一部分。交易是由参与者在正常过程中使用系统所创建的（在加密数字货币的例子中，一笔交易是由bob将代币发送给alice所创建的），而区块则是由我们称之为矿工（miners）的单位负责创建。

区块链工作原理

这里有个问题就是：我们谈的区块链，那什么是区块呢？

数据通过称之为区块(block)的文件，永久记录在数字货币网络上。它们好比是一个股票交易账本。新的区块会被添加到记录（区块链）的末端，而且一旦书写就很难修改或移除。

区块的结构是什么样的呢？

区块头是什么？

区块头由三组区块元数据组成。首先是一组引用父区块哈希值的数据，这组元数据用于将该区块与区块链中前一区块相连接。第二组元数据，即难度、时间戳和nonce，与挖矿竞争相关。第三组元数据是merkle树根（一种用来有效地总结区块中所有交易的数据结构）。

区块头结构是什么？

创始区块是什么？

比特币区块链的第一个区块，创建于2009年，我们称之为创世区块。它是比特币区块链里所有区块的共同祖先，这意味着你从任一区块，循链向后回溯，最终都将到达创世区块。

每一个节点都“知道”创世区块的哈希值、结构、被创建的时间和里面的一个交易。因此，每个节点都把该区块作为区块链的首区块，从而构建了一个安全的、可信的区块链的根。

在chainparams.cpp里可以看到创世区块被编入到比特币核心客户端里。

创世区块的哈希值为：

0000000000 19d6689c085ae165831e934ff763ae46a2a6c172b3f1b60a8ce26f

在命令行使用比特币核心客户端：

$ bitcoindgetblock 000000000019d6689c085ae165831e934ff763ae46a2a6c172b3f1b60a8ce26f{ "hash":"000000000019d6689c085ae165831e934ff763ae46a2a6c172b3f1b60a8ce26f", "confirmations":308321, "size":285, "height":0, "version":1, "merkleroot":"4a5e1e4baab89f3a32518a88c31bc87f618f76673e2cc77ab2127b7afdeda33b", "tx":["4a5e1e4baab89f3a32518a88c31bc87f618f76673e2cc77ab2127b7afdeda33b"], "time":1231006505, "nonce":2083236893, "bits":"1d00ffff", "difficulty":1.00000000, "nextblockhash":"00000000839a8e6886ab5951d76f411475428afc90947ee320161bbf18eb6048"}

创世区块包含一个隐藏的信息。在其Coinbase交易的输入中包含这样一句话“The Times 03/Jan/2009 Chancellor on brink of second bailout forbanks.”这句话是泰晤士报当天的头版文章标题，引用这句话，既是对该区块产生时间的说明，也可视为半开玩笑地提醒人们 , 一个独立的货币制度的重要性，同时告诉人们随着比特币的发展，一场前所未有的世界性货币革命将要发生。该消息是由比特币的创立者中本聪嵌入创世区块中。

区块链分叉是什么？

诚实矿工只创建最长有效链上的最新区块。“长度”（Length）指区块链的累计计算难度，而不是是区块数目。当包括在链中的所有区块以及交易都有效，且是从创世区块开始的链，才是被我们承认的有效区块链。

对于区块链中的任意一个区块，到达创世块的路径只有一条。然而，从创世块开始，会有分叉的情况出现。当创建两个区块的时间差只有几秒时，经常会创建出一个分叉区块。当发生这种情况时，节点就会在他们最先接收到的那个区块上创建区块。无论哪一个区块包含在下一个区块中，它都会成为主链的一部分，因为这条链更长。

短链（无效链）中的区块没有什么作用。当比特币客户端切换至另外一条更长的区块链时，短链中的所有有效交易区块都重新添加到序列交易池中，且会包含在下一个区块中。短链中的区块奖励不会呈现在最长的区块链中，因此实际上他们是有损失的，这就是为什么需要网络强制的100个区块的成熟时间来让产生存在。

在短链中的区块，我们通常称之为“孤儿块”（orphans）。这是因为，在长链中这个生成交易并没有父系区块，因为这些生成交易在交易PRC列表中显示为孤儿。一些矿池误解这些信息，声称他们的区块是”孤儿“。事实上，这些区块都有父系区块，而且甚至可能有子系。

区块链衍生的几个概念

公链（public blockchain）

公链，是指全世界任何人都可读取、发送交易且能获得有效确认的共识区块链。公链的安全由工作量证明机制（pow）或权益证明机制(pos)等方式负责维护。它们是以经济奖励与加密数字验证相结合的方式而存在的，并遵循着一般原则：每个人从中可获得的经济奖励，与对共识过程作出的贡献成正比。这些区块链通常被认为是“完全去中心化”的。

共同体区块链：（Consortium blockchains）

共同体区块链，是指其共识过程受到预选节点控制的区块链；例如，有15个金融机构组成一个共同体，每个机构都运行着一个节点，而且为了使每个区块生效需要获得其中10个机构的确认。区块链或许允许每个人都可读取，或者只受限于参与者，或走混合型的路线，例如区块的根哈希及其API（应用程序接口）对外公开，API可允许外界用来作有限次数的查询和获取区块链状态的信息。这些区块链可视为“部分去中心化”。

私链（private blockchain)，又称无代币区块链（Token-less blockchain）

完全私有的区块链 , 是指其写入权限仅在一个组织手里的区块链。读取权限或者对外开放，或者被任意程度地进行了限制。相关的应用囊括数据库管理、审计、甚至一个公司，但在很多的情形下，公共的可读性并非是必须的。

公链和私链的特点

共同体区块链结合了公链的“低信任”和私链的“单一高度信任” , 提供了一种混合的模式，而私链可以更精确地描述为带有一定程度数字加密功能，可管理（permissioned）的传统中心化系统。

环境篇

①下载以太坊钱包Mist或者ETHWallet

https://github.com/ethereum/mist/releases/tag/0.8.1

我这里提供下我用的两个版本地址：

Mist 链接：https://pan.baidu.com/s/1BVJV9-nJRE4q4QnupNihOw 密码：dt9j

EthWallet 链接：https://pan.baidu.com/s/1Q-tWMI5cC3uPphoQEN1Plw 密码：nhsu

Geth 链接：https://pan.baidu.com/s/1j31K0WJm9PDKy-5Cs4E5Og 密码：5zq1

② 这里我们以Mist为例，下载后解压Mist，直接运行，此时会在C盘生成一个Mist的Geth目录同步区块过程很慢，可以测试环境可直接跳过

C:\Users\Administrator\AppData\Roaming\Mist\binaries\Geth\unpacked

我们先将生成的目录添加进系统Path环境变量中方便我们后续操作。

添加Path后，我们打开命令窗口执行：geth -h 查看geth版本和其他命令信息如下图：

此时我们需要注意的是在C盘目录下还生成了一个以太坊目录：C:\Users\Administrator\AppData\Roaming\Ethereum

这个路径下面存放的是账户秘钥信息，区块文件等信息。

geth account new 创建新账户命令

秘钥一般存放在：C:\Users\Administrator\AppData\Roaming\Ethereum\keystore 如下图所示：

搭建以太坊私有链

编写创始区块CustomGenesis.json 文件内容如下：

{
    "nonce": "0x0000000000000042",     
    "timestamp": "0x00",
    "parentHash": "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
    "extraData": "0x00",     
    "gasLimit": "0x8000000",     
    "difficulty": "0x400",
    "mixhash": "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
    "coinbase": "0x3333333333333333333333333333333333333333",     
    "alloc": {
     },
     "config": {
        "chainId": 15,
        "homesteadBlock": 0,
        "eip155Block": 0,
        "eip158Block": 0
    }
}

关注几个重点项：

difficulty”: “0x40000”,//难度，该值越大，出块越慢。

extraData”: “Genesis Block”,//附加信息，随意填写

gasLimit”: “0xffffffff”//每个块所能容载的gas上限

①创建目录：E:\Mychains\dev 将创始区块文件放入该目录下

执行cmd

geth --identity "mydev" --rpc --rpcport "8086" --rpccorsdomain "*" --datadir "E:\Mychains\dev" --port "8545" --nodiscover --rpcapi "db,eth,net,web3" --networkid 99 init "E:\Mychains\dev\CustomGenesis.json"

其中端口也可以省略用默认的省略写法如下：

geth --identity "mydev" --rpc --rpccorsdomain "*" --datadir "E:\Mychains\dev" --rpcapi "db,eth,net,web3" --networkid 99 init "E:\Mychains\dev\CustomGenesis.json"

执行后：

到这一步表示私有链已经创建成功。那我们如果使用这个私有链呢？继续往下看

执行cmd：

geth --identity "mydev" --rpc --rpcport "8080" --rpccorsdomain "*" --datadir "E:\Mychains\dev" --port "8545" --nodiscover --rpcapi "db,eth,net,web3" --networkid 99 console

如果是简写可以直接写成：