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以太坊区块链网络部署及验证

通过部署一个包含至少4个节点的以太坊私有区块链网络，掌握以太坊私链的搭建、节点间通信、挖矿机制以及智能合约的部署与调用方法，从而深入理解区块链网络的基本原理和操作流程

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By Hungry Semiconductor
15 min read
以太坊区块链网络部署及验证

以太坊区块链网络部署及验证实验

0. 实验目标

通过部署一个包含至少4个节点的以太坊私有区块链网络，掌握以太坊私链的搭建、节点间通信、挖矿机制以及智能合约的部署与调用方法，从而深入理解区块链网络的基本原理和操作流程

1. 环境搭建

  • 基础系统：WSL2 搭载 Ubuntu 20.04.6 LTS

  • 编译环境：Golang 1.19，为 Geth 客户端提供编译与运行支持
  • 以太坊客户端：Geth 1.10.25，用于搭建和管理私有区块链网络

1.1. Go 1.19安装

  1. 下载 Go (v1.19)

    1

    wget https://dl.google.com/go/go1.19.linux-amd64.tar.gz

  2. 解压文件

    1

    sudo tar -C /usr/local -xzf go1.19.linux-amd64.tar.gz

  3. 设置环境变量

    1

    echo "export PATH=\$PATH:/usr/local/go/bin" >> ~/.profile

  4. 使更改生效

    1

    source ~/.profile

    image-20251210110152084

1.2. Geth 1.10.25 安装

  1. 下载 Geth (v1.10.25)

    1

    wget https://gethstore.blob.core.windows.net/builds/geth-linux-amd64-1.10.25-69568c55.tar.gz

  2. 解压文件

    1

    tar -xvzf geth-linux-amd64-1.10.25-69568c55.tar.gz

  3. 移动 Geth 到可执行目录

    1

    sudo mv geth-linux-amd64-1.10.25-69568c55/geth /usr/local/bin/

    image-20251210115158396

2. 网络部署

2.1. 创世区块配置

  • 自定义文件目录结构说明

    1
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    /home/fanhl/ethdata/	# 实验文件夹
├── genesis.json		# 创世区块信息文件
├── node1/ 				# 节点1数据目录
├── node2/ 				# 节点2数据目录
├── node3/ 				# 节点3数据目录
├── node4/ 				# 节点4数据目录
└── logs/ 				# 节点运行日志

  • 添加创世区块配置文件

    1

    nano genesis.json

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    {
    "config": {					
          "chainId": 1001,
          "homesteadBlock": 0,
          "eip150Block": 0,
          "eip155Block": 0,
          "eip158Block": 0
      },
    "coinbase"   : "0x0000000000000000000000000000000000000000",
    "difficulty" : "0x1111111",
    "extraData"  : "",
    "gasLimit"   : "0x2fefd8",
    "nonce"      : "0x0000000000000042",
    "mixhash"    : "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
    "parentHash" : "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
  "timestamp"  : "0x00",
    "alloc"      : {}
 }

    **# 创世区块配置文件字段说明 **

    字段取值范围说明
    config对象类型区块链的网络配置和硬分叉规则
    chainId整数：1-65535链ID，用于区分不同以太坊网络（1:主网, 3:Ropsten, 4:Rinkeby, 5:Goerli, 1337:常见开发链, 其他:私有链）
    homesteadBlock整数：0-∞从第0个区块启用该硬分叉（0:立即启用, >0:在指定区块高度启用, null:禁用该分叉）
    eip150Block整数：0-∞0:立即启用, 与homesteadBlock类似
    eip155Block整数：0-∞0:立即启用, 通常与eip150Block设置相同
    eip158Block整数：0-∞0:立即启用, 必须≥eip155Block
    conibase20字节地址创世区块的矿工地址（以太坊中称beneficiary），此处为零地址，因为创世区块无实际矿工
    difficulty十六进制字符串：0x1-0xFFFFFFFFFFFFFFFF初始挖矿难度。值较低便于私有链/测试网快速生成区块
    extraData十六进制字符串：0-64字符(0-32字节)附加信息，可为任意数据（最长32字节）。此处为空，常用于标识矿工或添加备注
    gasLimit十六进制字符串：0x15F90-0xFFFFFFFF每个区块的Gas上限，限制区块内交易的总计算量。此值约为以太坊主网初始值（500万）的60%
    nonce十六进制字符串：0x0-0xFFFFFFFFFFFFFFFF与mixhash配合用于工作量证明（PoW）的随机数。创世区块中该值通常固定
    mixhash32字节哈希值(64字符)PoW算法中与nonce共同生成区块哈希的哈希值。创世区块固定为零哈希
    parentHash32字节哈希值(64字符)父区块哈希。创世区块无父区块，故为零哈希
    timestamp十六进制字符串：0x0-0xFFFFFFFF创世区块生成时间戳（Unix时间戳）。0表示1970年1月1日，实际运行时会更新
    alloc对象或空对象{}预分配初始账户和余额。此处为空对象，表示无预挖代币

    image-20251211110836003

2.2. 启动私链

  • 初始化以太坊4个节点的Geth客户端

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    # 当前目录 /home/fanhl/ethdata
  
# node1
geth --datadir ./node1 init ./genesis.json
  
# node2
geth --datadir ./node2 init ./genesis.json
  
# node3
geth --datadir ./node3 init ./genesis.json
  
# node4
geth --datadir ./node4 init ./genesis.json

    # 以太坊节点初始化命令说明

    参数说明
    geth可执行文件，Go Ethereum客户端的主程序
    --datadir ./node数据目录参数，指定节点数据的存储位置
    init初始化命名，创建新区块链的初始化操作
    ./genesis.json创世文件路径，定义区块链初始状态的配置文件

    image-20251211111629136

  • 启动私链

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    # 当前目录 /home/fanhl/ethdata
  
# node1 
geth --datadir ./node1 --networkid 1001 --identity "node1" --port 30303 --http --http.port 8545 --authrpc.port 8551 --nodiscover --verbosity 4 console 2>> node1.log
  
# node2
geth --datadir ./node2 --networkid 1001 --identity "node2" --port 30304 --http --http.port 8546 --authrpc.port 8552  --nodiscover --verbosity 4 console 2>> node2.log

# node3 
geth --datadir ./node3 --networkid 1001 --identity "node3" --port 30305 --http --http.port 8547 --authrpc.port 8553  --nodiscover --verbosity 4 console 2>> node3.log
  
# node4 
geth --datadir ./node4 --networkid 1001 --identity "node4" --port 30306 --http --http.port 8548 --authrpc.port 8554  --nodiscover --verbosity 4 console 2>> node4.log

    # 启动私链命令说明

    参数说明
    --datadir ./node指定存储节点数据的目录
    --network 1001设置私有网络的网络ID为1001，与配置文件中chainId一致，同一网络需相同
    --identity "node1"设置节点名称
    --port 30303设置节点间通信端口，默认为以太坊P2P端口
    --http开启HHTP-RPC接口，通过HTTP请求与节点交互
    --nodiscover禁用自动发现节点，使节点不主动发现其他节点，适用于私有网络
    --verbosity 4设置日志详细级别为4，提供较详细的日志输出
    console打开Geth的 JavaScript 控制台，允许节点交互
    2 > node.log将错误日志输出到文件

    image-20251211152244400

  • 另开终端监听 log

    1
2

    # 实时查看 node1.log 文件内容
tail -f node1.log

    image-20251211153826652

2.3 多节点交互

  1. 在节点1的控制台中获取enode信息

    1

    admin.nodeInfo.enode	// 获取node1信息

    image-20251214151559746

  2. 另开新的终端，进入节点2的控制台，添加节点1信息并验证

    1
2
3

    admin.addPeer("从节点1获取的信息")
admin.peers				// 验证节点信息
admin.nodeInfo.enode	// 获取node2信息

    image-20251214153402019

  3. 另开新的终端，进入节点3的控制台，添加节点1、2信息并验证

    1
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    admin.addPeer("从节点1获取的信息")
admin.addPeer("从节点2获取的信息")
admin.peers				// 验证节点信息
admin.nodeInfo.enode	// 获取node3信息

    image-20251214154444417

  4. 另开新的终端，进入节点4的控制台，添加节点1、2、3信息并验证

    1
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3
4

    admin.addPeer("从节点1获取的信息")
admin.addPeer("从节点2获取的信息")
admin.addPeer("从节点3获取的信息")
admin.peers				// 验证节点信息

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2.4 节点信息

  • node1

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    {
  enode: "enode://9cf19607ef873c7b8c4a50f2644e8b7ada2d52508c382f508197c3af3950ab7f2769a67415a9ea3792e1fb361f85fafc434a937af130bf5c875460efd0f3b31b@127.0.0.1:30303?discport=0",
  enr: "enr:-Jy4QPfLn3DorNWd6TonoXPzO0NRXjBdNAOjJhW_ZigyBKWoH1TUspuMpJm70Q-Ky-Y9Qw45tcuhXocFLEfX6Qsy3Z6GAZsMRg2Ng2V0aMfGhJ0r3hCAgmlkgnY0gmlwhH8AAAGJc2VjcDI1NmsxoQOc8ZYH74c8e4xKUPJkTot62i1SUIw4L1CBl8OvOVCrf4RzbmFwwIN0Y3CCdl8",
  id: "d8ee3e5e1f5fb2e8b0cdfb406f1fdabeff80410ca54741eb2ffa873243caf77e",
  ip: "127.0.0.1",
  listenAddr: "[::]:30303",
  name: "Geth/node1/v1.10.25-stable-69568c55/linux-amd64/go1.18.5",
  ports: {
    discovery: 0,
    listener: 30303
  },
  protocols: {
    eth: {
      config: {
        chainId: 1001,
        eip150Block: 0,
        eip150Hash: "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
        eip155Block: 0,
        eip158Block: 0,
        homesteadBlock: 0
      },
      difficulty: 17895697,
      genesis: "0xcc97a15707e1a3cf64433ce47735b831073c2995ad8b0618169abb8dac9c57c9",
      head: "0xcc97a15707e1a3cf64433ce47735b831073c2995ad8b0618169abb8dac9c57c9",
      network: 1001
    },
    snap: {}
  }
}

  • node2

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    {
  enode: "enode://3ccccc628239790ce6abac4937e4b8c3cfab355824972035cad61244acdb0fc10dfa69c16a0a6b382613bf3e8fc869888460531396420e8e690b41d2336b7cce@127.0.0.1:30304?discport=0",
  enr: "enr:-Jy4QFzc77frwgc3d5XqKDMEAH3Gd9nRhpForssf2btmqFWgVXCDxbATyoJ7bCmwUqPTxH3DZinOfCxiGZpPyKq-qXuGAZsMSuOQg2V0aMfGhJ0r3hCAgmlkgnY0gmlwhH8AAAGJc2VjcDI1NmsxoQI8zMxigjl5DOarrEk35LjDz6s1WCSXIDXK1hJErNsPwYRzbmFwwIN0Y3CCdmA",
  id: "c9a15f10befa9ac01d25cb0bc9983567a64da0bac3633934ba4da2fe8b3bbeac",
  ip: "127.0.0.1",
  listenAddr: "[::]:30304",
  name: "Geth/node2/v1.10.25-stable-69568c55/linux-amd64/go1.18.5",
  ports: {
    discovery: 0,
    listener: 30304
  },
  protocols: {
    eth: {
      config: {
        chainId: 1001,
        eip150Block: 0,
        eip150Hash: "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
        eip155Block: 0,
        eip158Block: 0,
        homesteadBlock: 0
      },
      difficulty: 17895697,
      genesis: "0xcc97a15707e1a3cf64433ce47735b831073c2995ad8b0618169abb8dac9c57c9",
      head: "0xcc97a15707e1a3cf64433ce47735b831073c2995ad8b0618169abb8dac9c57c9",
      network: 1001
    },
    snap: {}
  }
}

  • node3

    1
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    {
  enode: "enode://114dda50794bc7d93380c1f6eb57b5550c85922914f9eee98405da317adaa235550dbbbf34cb8a84322de743b3af96bb6d170343c314b50c3642b4939548c7aa@127.0.0.1:30305?discport=0",
  enr: "enr:-Jy4QIfWxeoGr_QICUodrWZnHUhznjWERKzkFXyhS2Y5bDD9CIsMO5LMwCFukAY-7w1mGYGutldNBLWjJzgA17L1_XqGAZsMSxOkg2V0aMfGhJ0r3hCAgmlkgnY0gmlwhH8AAAGJc2VjcDI1NmsxoQIRTdpQeUvH2TOAwfbrV7VVDIWSKRT57umEBdoxetqiNYRzbmFwwIN0Y3CCdmE",
  id: "6eee9f733061b2ecdb21c4e865255dc08fad451a2f1094241872f713062b3c31",
  ip: "127.0.0.1",
  listenAddr: "[::]:30305",
  name: "Geth/node3/v1.10.25-stable-69568c55/linux-amd64/go1.18.5",
  ports: {
    discovery: 0,
    listener: 30305
  },
  protocols: {
    eth: {
      config: {
        chainId: 1001,
        eip150Block: 0,
        eip150Hash: "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
        eip155Block: 0,
        eip158Block: 0,
        homesteadBlock: 0
      },
      difficulty: 17895697,
	  genesis: "0xcc97a15707e1a3cf64433ce47735b831073c2995ad8b0618169abb8dac9c57c9",
      head: "0xcc97a15707e1a3cf64433ce47735b831073c2995ad8b0618169abb8dac9c57c9",
      network: 1001
    },
    snap: {}
  }
}

  • node4

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    {
  enode: "enode://a360182b893a90f3f769d2116d239c0a354a020c7c6bb9463cd76822a82c060942d3c92330ef7aaf59e416dc292011f5863a6c511623ec63567ece626e83e392@127.0.0.1:30306?discport=0",
  enr: "enr:-Jy4QHdRgoZqgJM5UKriSCl2kHHc8RH0AWyVhk0AtWH_JkpoA26cR8QomHcIRfN72JMfVFkw_JmEcSYrEGYQoxx30y2GAZsMSzLPg2V0aMfGhJ0r3hCAgmlkgnY0gmlwhH8AAAGJc2VjcDI1NmsxoQKjYBgriTqQ8_dp0hFtI5wKNUoCDHxruUY812giqCwGCYRzbmFwwIN0Y3CCdmI",
  id: "5a153cbdee056a0b6a1485339705b71f8d9a179c0efe786b77edc132437f2eba",
  ip: "127.0.0.1",
  listenAddr: "[::]:30306",
  name: "Geth/node4/v1.10.25-stable-69568c55/linux-amd64/go1.18.5",
  ports: {
    discovery: 0,
    listener: 30306
  },
  protocols: {
    eth: {
      config: {
        chainId: 1001,
        eip150Block: 0,
        eip150Hash: "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
        eip155Block: 0,
        eip158Block: 0,
        homesteadBlock: 0
      },
      difficulty: 17895697,
      genesis: "0xcc97a15707e1a3cf64433ce47735b831073c2995ad8b0618169abb8dac9c57c9",
      head: "0xcc97a15707e1a3cf64433ce47735b831073c2995ad8b0618169abb8dac9c57c9",
      network: 1001
    },
    snap: {}
  }
}

3. Remix连接

3.1 创建账户与ETH获取

合约部署需要账户中ETH＞0，预先挖矿，获取一些ETH

  1. 启动节点1，进入JavaScript控制台

    1

    geth --datadir ./node1 --networkid 1001 --identity "node1" --port 30303 --http --http.port 8545 --nodiscover --verbosity 4 console 2> node1.log

  2. 创建新账户，将提示输入密码，并生成一个新的以太坊地址

    1
2
3

    # 两种方式
personal.newAccount()		// 创建新账户，需要再设置密码
personal.newAccount("lab1")	// 创建一个密码为lab1的账户

    image-20251214124023163

  3. 挖矿

    启动挖矿后，虽然显示null但是实际上在后台运行，可以通过查看区块高度看到数字在增长

    1
2
3
4

    miner.start()	// 启动挖矿
eth.accounts	// 显示在本地创建的所有账户地址
eth.blockNumber	// 获得当前区块高度
miner.stop()	//关闭挖矿

    image-20251214124619630

    image-20251214213403096

3.2 创建并编译合约

  1. 进入 https://remix.ethereum.org/ ，在 Remix 顶部选择默认工作台 defualt_workspace

  2. 在 File Explorer 页面新建 contract.sol 文件，用于存储与查询键值对

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17

    // SPDX-License-Identifier: GPL-3.0
pragma solidity ^0.4.25;
   
contract KeyValueStore {
    // 使用mapping实现键值存储
    mapping(string => uint256) private store;
       
    // 存储操作：set(key, value)
    function set(string memory key, uint256 value) public {
        store[key] = value;
    }
       
    // 查询操作：get(key) returns value
    function get(string memory key) public view returns (uint256) {
        return store[key];
    }
}

  3. 在 Solidity Compiler 页面点击 Compiled 编译该文件，出现 √ 即编译成功

    image-20251214203638290

3.3 连接Remix并部署合约

  1. 添加http参数后，重新启动节点1，否则无法连接Remix

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    # node1 
geth --datadir ./node1 --networkid 1001 --identity "node1" --port 30303 --http --http.port 8545 --http.corsdomain "https://remix.ethereum.org" --http.api "web3,eth,debug,personal,net" --authrpc.port 8551 --allow-insecure-unlock --nodiscover --verbosity 4 console 2>> node1.log

  2. 在 Deploy & run transactions 页面，配置相关信息，点击 Deploy & Verify

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    # 可能出现报错的几种情况与解决方法
1. 环境配置下面出现can't detect network提示
	- 可能是选择 Custom - External Http Provider 时需要填写的http与实际的节点1启动时的http.port参数值不相符 
	- 可能说明节点1的http配置有问题需要检查参数并重新启动
	- 也可能是--allow-insecure-unlock未生效，启动节点1后并未解锁账户，在启动节点1后使用命令personal.unlockAccount(eth.accounts[0], "你的密码", 0)单独解锁账户，结果返回true则解锁成功
	- 以上操作完成后，需要刷新remix页面
2. ETH为0导致部署失败，需要在节点1中预先挖矿，获取一定ETH，Remix中选择ACCOUNT时可以看见账户余额

    image-20251214204707228

    image-20251214215547568

  3. 部署成功可以看到 creation of KeyValueStore pending... 表示交易正在提交，这时在节点1中输入miner.start()，等待一会儿，当deplyed contracts有内容可展开时，再miner.stop()，此时 Deployed Contracts 可以展开

    合约地址：0x94C28129b02D861a002367d3d9820F3bff377C3f

    填写set内容，点击 transact

    key：”user_fanhl_balance”

    value：“123456”

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  1. 在节点1中输入miner.start()，短暂挖矿确认交易，等待一会儿，当终端有内容可展开时，再miner.stop()

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  1. 在Remix的 Deployed Contracts 中get 输入相应的key后，点击call，可以获取对应value

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脑洞大开
以太坊 区块链 Ethereum
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