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通过Geth搭建私有以太坊网络

前言 为了进一步了解以太坊区块链网络的工作方式和运行原理，笔者通过官方软件Geth搭建了私有以太坊网络fantasynetwork，最终实现了单机和多机节点间的相互连通：首先通过VMware Workstation创建基础Ubuntu实验平台，再安装Golang[1]、Geth[2]等依赖环境；其次使用puppeth工具生成私网的配置文件fantasynetwork.json并复制到三个节点目录下，三个节点均使用该配置文件初始化网络；最后使用static-nodes.json的方式将三个节点设为默认接入节点，实现节点间的连通，连通后各节点中的账户可以互相转账挖矿。
单机多节点私网[3] 本试验的项目结构为：

privateNet ├── accounts.txt ├── fantasynetwork.json ├── node1 │├── geth │├── keystore │├── node.sh │├── password.txt │└── static-nodes.json ├── node2 │├── geth │├── keystore │├── node.sh │├── password.txt │└── static-nodes.json └── node3 ├── geth ├── keystore ├── node.sh ├── password.txt └── static-nodes.json

创建工作目录
  1. 创建私网工作目录mkdir privateNet && cd privateNet
  2. 创建三个节点数据目录mkdir node1 node2 node3
    privateNet/ ├── node1 ├── node2 └── node3

创建默认用户
  1. Node1
    test@ubuntu:~/privateNet$ geth --datadir node1/ account new Your new account is locked with a password. Please give a password. Do not forget this password. Password: Repeat password: Your new key was generated Public address of the key:0x600d77B8ce36B829BFC8a1Cc5696Faf2218bDf75 Path of the secret key file: node1/keystore/UTC--2021-08-11T04-51-26.533482715Z--600d77b8ce36b829bfc8a1cc5696faf2218bdf75

  2. Node 2
    test@ubuntu:~/privateNet$ geth --datadir node2/ account new Your new account is locked with a password. Please give a password. Do not forget this password. Password: Repeat password: Your new key was generated Public address of the key:0x2F7fD5BD0026f7C2f0dB94b79D58AFE517BC56d2 Path of the secret key file: node2/keystore/UTC--2021-08-11T04-53-30.820914994Z--2f7fd5bd0026f7c2f0db94b79d58afe517bc56d2

  3. Node3
    test@ubuntu:~/privateNet$ geth --datadir node3/ account new Your new account is locked with a password. Please give a password. Do not forget this password. Password: Repeat password: Your new key was generated Public address of the key:0x6c1440E9c6Ca93C18B1e2A069D1D5a70e29C2363 Path of the secret key file: node3/keystore/UTC--2021-08-11T04-54-24.244487186Z--6c1440e9c6ca93c18b1e2a069d1d5a70e29c2363

在此创建账户的密码设置为fantasy，操作完成后会在每个节点目录下的keystore目录中找到账户密钥文件/钱包地址。
保存账户凭证
  1. 将以上账户的公钥地址保存至文本文件
    echo '0x600d77B8ce36B829BFC8a1Cc5696Faf2218bDf75' >> accounts.txt echo '0x2F7fD5BD0026f7C2f0dB94b79D58AFE517BC56d2' >> accounts.txt echo '0x6c1440E9c6Ca93C18B1e2A069D1D5a70e29C2363' >> accounts.txt

  2. 为了实验方便，将账户对应的密码文件保存至对应节点目录下
    echo 'fantasy' > node1/password.txt echo 'fantasy' > node2/password.txt echo 'fantasy' > node3/password.txt

创建配置文件
  1. 设置网络名称
    test@ubuntu:~/privateNet$ puppeth Please specify a network name to administer (no spaces, hyphens or capital letters please) > fantasynetwork Sweet, you can set this via --network=fantasynetwork next time! INFO [08-10|22:08:31.110] Administering Ethereum networkname=fantasynetwork WARN [08-10|22:08:31.110] No previous configurations foundpath=/home/test/.puppeth/fantasynetwork

  2. 选择程序功能
    What would you like to do? (default = stats) 1. Show network stats 2. Configure new genesis 3. Track new remote server 4. Deploy network components > 2

  3. 选择创建网络
    What would you like to do? (default = create) 1. Create new genesis from scratch 2. Import already existing genesis > 1

  4. 选择共识算法
    Which consensus engine to use? (default = clique) 1. Ethash - proof-of-work 2. Clique - proof-of-authority > 1

  5. 选择默认账号
    Which accounts should be pre-funded? (advisable at least one) > 0x600d77B8ce36B829BFC8a1Cc5696Faf2218bDf75 > 0x2F7fD5BD0026f7C2f0dB94b79D58AFE517BC56d2 > 0x6c1440E9c6Ca93C18B1e2A069D1D5a70e29C2363 > 0x

  6. 设置默认单位
    Should the precompile-addresses (0x1 .. 0xff) be pre-funded with 1 wei? (advisable yes) > yes

  7. 设置网络ID
    Specify your chain/network ID if you want an explicit one (default = random) > 7777 INFO [08-10|22:16:40.485] Configured new genesis block

  8. 导出配置文件
    What would you like to do? (default = stats) 1. Show network stats 2. Manage existing genesis 3. Track new remote server 4. Deploy network components > 2 1. Modify existing configurations 2. Export genesis configurations 3. Remove genesis configuration > 2 Which folder to save the genesis specs into? (default = current) Will create fantasynetwork.json, fantasynetwork-aleth.json, fantasynetwork-harmony.json, fantasynetwork-parity.json > INFO [08-10|22:18:48.283] Saved native genesis chain specpath=fantasynetwork.json INFO [08-10|22:18:48.285] Saved genesis chain specclient=aleth path=fantasynetwork-aleth.json INFO [08-10|22:18:48.286] Saved genesis chain specclient=parity path=fantasynetwork-parity.json INFO [08-10|22:18:48.287] Saved genesis chain specclient=harmony path=fantasynetwork-harmony.json

  9. 退出工具
    What would you like to do? (default = stats) 1. Show network stats 2. Manage existing genesis 3. Track new remote server 4. Deploy network components > ^C

此时可在当前目录下看见生成的四个配置文件，在此只用到fantasynetwork.json文件，其他文件可删去。
  1. 修改配置文件
    为了更容易挖到矿，将配置文件中difficulty难度值调小(其它参数含义可参考《创世区块配置文件genesis.json的格式解读》[4])：
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    文章图片
初始化三个节点
每个节点必须使用相同的配置文件进行初始化：
geth --datadir node1/ init fantasynetwork.json geth --datadir node2/ init fantasynetwork.json geth --datadir node3/ init fantasynetwork.json

运行三个节点
进入对应的节点目录下执行一下命令（其它参数含义可参考《以太坊客户端Geth命令用法-参数详解》[5]）：
  1. Node1
    geth --nousb --datadir=$pwd --syncmode 'full' --port 27271 --miner.gasprice 0 --miner.gastarget 470000000000 --http --http.addr 'localhost' --http.port 7271 --http.api admin,eth,miner,net,txpool,personal,web3 --mine --allow-insecure-unlock --unlock "0x600d77B8ce36B829BFC8a1Cc5696Faf2218bDf75" --password password.txt

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    得到节点一的enode：
    enode://0f870fa3f8085f5abf74ea7c2a12a0809a9daaece20e3b1c4c80fb6929ff652681068c6ffd47852a4544dc282a4a15f531b452e05c4f1cf6861d4fb3b728edeb@127.0.0.1:27271

  2. Node2
    geth --nousb --datadir=$pwd --syncmode 'full' --port 27272 --miner.gasprice 0 --miner.gastarget 470000000000 --http --http.addr 'localhost' --http.port 7272 --http.api admin,eth,miner,net,txpool,personal,web3 --mine --allow-insecure-unlock --unlock "0x2F7fD5BD0026f7C2f0dB94b79D58AFE517BC56d2" --password password.txt

    得到节点二的enode：
    enode://45c2fc2bfdf0f48afe2083d82cc1cc642a96fcc2815755024a17b95b9fd1b3124f89e186c88a5013ced1c00bd10060a90e6b53e94fdbbfa6098b3088b3f78274@127.0.0.1:27272

  3. Node3
    geth --nousb --datadir=$pwd --syncmode 'full' --port 27273 --miner.gasprice 0 --miner.gastarget 470000000000 --http --http.addr 'localhost' --http.port 7273 --http.api admin,eth,miner,net,txpool,personal,web3 --mine --allow-insecure-unlock --unlock "0x6c1440E9c6Ca93C18B1e2A069D1D5a70e29C2363" --password password.txt

    得到节点三的enode：
    enode://ae4b4e18afa6238753e14ca3e99c0858509fc76efee715dd1c8278bbb7eaa5614fdc8b77a82bf7baf128c14ef574cc6701514fbb97780d30c731f7bc82dfd932@127.0.0.1:27273

连通三个节点
Geth主要有三种方法连通其它节点：启动前配置static-nodes.json文件添加节点、启动时通过--bootnodes添加节点、启动后在控制台通过admin.addPeer命令添加节点。在此我们使用第一种方法。
  1. 在工作目录下创建static-nodes.json：
    [ "enode://0f870fa3f8085f5abf74ea7c2a12a0809a9daaece20e3b1c4c80fb6929ff652681068c6ffd47852a4544dc282a4a15f531b452e05c4f1cf6861d4fb3b728edeb@127.0.0.1:27271", "enode://45c2fc2bfdf0f48afe2083d82cc1cc642a96fcc2815755024a17b95b9fd1b3124f89e186c88a5013ced1c00bd10060a90e6b53e94fdbbfa6098b3088b3f78274@127.0.0.1:27272", "enode://ae4b4e18afa6238753e14ca3e99c0858509fc76efee715dd1c8278bbb7eaa5614fdc8b77a82bf7baf128c14ef574cc6701514fbb97780d30c731f7bc82dfd932@127.0.0.1:27273" ]

  2. 将该文件复制到每个节点根目录下：
    cp static-nodes.json node1/ cp static-nodes.json node2/ cp static-nodes.json node3/

  3. 为了简化启动，可以创建启动节点批处理文件
    • node1/node.sh
      nohup geth --nousb --datadir=$pwd --syncmode 'full' --port 27271 --miner.gasprice 0 --miner.gastarget 470000000000 --http --http.addr 'localhost' --http.port 7271 --http.api admin,eth,miner,net,txpool,personal,web3 --mine --allow-insecure-unlock --unlock "0x600d77B8ce36B829BFC8a1Cc5696Faf2218bDf75" --password password.txt & echo "Geth started on node 1"

    • node2/node.sh
      nohup geth --nousb --datadir=$pwd --syncmode 'full' --port 27272 --miner.gasprice 0 --miner.gastarget 470000000000 --http --http.addr 'localhost' --http.port 7272 --http.api admin,eth,miner,net,txpool,personal,web3 --mine --allow-insecure-unlock --unlock "0x2F7fD5BD0026f7C2f0dB94b79D58AFE517BC56d2" --password password.txt & echo "Geth started on node 2"

    • node2/node.sh
      nohup geth --nousb --datadir=$pwd --syncmode 'full' --port 27273 --miner.gasprice 0 --miner.gastarget 470000000000 --http --http.addr 'localhost' --http.port 7273 --http.api admin,eth,miner,net,txpool,personal,web3 --mine --allow-insecure-unlock --unlock "0x6c1440E9c6Ca93C18B1e2A069D1D5a70e29C2363" --password password.txt & echo "Geth started on node 3"

  4. 启动各节点
    test@ubuntu:~/privateNet/node1$ sh node.sh test@ubuntu:~/privateNet/node2$ sh node.sh test@ubuntu:~/privateNet/node3$ sh node.sh

  5. 打开三个终端，使用geth attach命令接入三个节点命令行
    test@ubuntu:~/privateNet/node1$ geth attach geth.ipc test@ubuntu:~/privateNet/node2$ geth attach geth.ipc test@ubuntu:~/privateNet/node3$ geth attach geth.ipc

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  6. 查看已连接节点
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此时各节点已连接完成，每个节点账户默认为10个以太币，各节点账户间可自由转账和挖矿，需要注意的是转账后必须经过挖矿操作才能被写入区块链。上方法启动后的程序将会运行在后台，关闭需通过ps ax | grep geth命令和kill 命令。
多机多节点私网 准备
  1. 设置上节Ubuntu虚拟机网络模式为桥接，且IP设为静态IP172.25.1.99
  2. Windows的IP设为静态172.25.1.55
加入私网
  1. 在Windows下创建文件夹node4，并将fantasynetwork.json复制到其中
  2. 初始化节点4
    C:\Users\Fantasy\Desktop\node4> geth --datadir . init fantasynetwork.json

  3. 新建账户
    C:\Users\Fantasy\Desktop\node4>geth -datadir . console > personal.newAccount("fantasy") WARN [08-11|16:13:32.987] Please remember your password! "0xbef61b5754ffaa843cc9199fb9a11aac468134f4" > exit

  4. 启动节点4
    geth --nousb --datadir=. --syncmode "full" --port 27271 --miner.gasprice 0 --miner.gastarget 470000000000 --http --http.addr 0.0.0.0 --http.port 7271 --http.api admin,eth,miner,net,txpool,personal,web3 --mine --allow-insecure-unlock console

  5. 添加节点1[6]
    > net.peerCount 0 > admin.addPeer("enode://0f870fa3f8085f5abf74ea7c2a12a0809a9daaece20e3b1c4c80fb6929ff652681068c6ffd47852a4544dc282a4a15f531b452e05c4f1cf6861d4fb3b728edeb@172.25.1.99:27271") true > net.peerCount 1

此时各节点已连接完成，各节点账户间可自由转账和挖矿，需要注意的是转账后必须经过挖矿操作才能被写入区块链。
注意事项：
  • 很多教程中说不同节点启动时不能使用相同的端口，那是因为其运行在同一个主机上，这里节点1和节点4运行在不同的端口上，故可以使用相同的端口。
  • 添加节点无效常见原因/解决办法：
    • admin.addPeer后等一段时间才会生效
    • admin.addPeer时使用的是NAT后公网地址，而公网防火墙通常拒绝异常接入
    • admin.addPeer后开始挖矿增加同步速度
    • 简单的方法是使用上节中的static-nodes.json方法
参考
  1. yuanlulu. golang学习1：ubuntu下安装golang并简单测试. CSDN. [2021-02-21] ??
  2. shciily. Linux系统下安装Geth客户端. CSDN. [2020-08-29] ??
  3. Divyang Desai. Setup Your Private Ethereum Network With Geth. c-sharpcorner.com. [2020-08-04] ??
  4. soowin. 创世区块配置文件genesis.json的格式解读. CSDN. [2021-01-26] ??
  5. mb5fe559b5073e8. 以太坊客户端Geth命令用法-参数详解. CSDN. [2021-06-13] ??
  6. 【通过Geth搭建私有以太坊网络】Someone. "admin.addPeer" is not working. Github. [2020-09-27] ??

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