以太坊，作为全球领先的智能合约平台，其公链虽然功能强大，但对于开发者、学习者或企业而言，存在成本高、速度慢、测试环境不可控等问题，为了解决这些问题，搭建一个本地或私有的以太坊网络成为了开发测试的理想选择，本文将详细介绍如何在 Windows (Win) 系统环境下,从零开始搭建一个功能完备的以太坊私有网络。

为什么需要搭建以太坊私有网络？

在开始之前,我们先明确一下搭建私有网络的核心目的：

1. 安全隔离与测试：在不影响主网和测试网（如 Ropsten, Goerli）的情况下，安全地部署和测试智能合约,避免因错误操作造成真实资产损失。
2. 开发与调试：为 DApp（去中心化应用）开发提供一个稳定、可控的测试环境，可以自由调整网络参数，如区块生成时间、Gas 价格等。
3. 成本效益：私有网络中的交易和合约部署不消耗真实的 ETH，完全免费,极大地降低了开发成本。
4. 研究与实验：可以模拟特定的网络条件或进行前沿技术的探索性实验。

核心概念与工具准备

在动手之前,我们需要了解几个核心概念并准备好必要的工具。

核心概念：

• 节点：以太坊网络中的一个参与者，它维护着一个区块链的副本，并参与共识过程，在我们的私有网络中,我们自己就是唯一的节点。
• 创世区块：每一个区块链的起点，是整个网络的基础，创世区块的配置文件定义了网络的初始规则，如链 ID、网络 ID、初始账户等。
• Geth：Go-Ethereum 的简称，是以太坊官方的客户端实现之一，用 Go 语言编写，功能强大,是目前最流行的以太坊节点软件。
• 控制台：Geth 提供的一个交互式命令行工具，可以用来与节点进行交互，如查看账户、发送交易、部署合约等。

工具准备：

• 操作系统：Windows 10 或 11。
• Geth 安装包：从 Geth 官方 GitHub 发布页面 下载适用于 Windows 的最新版本（通常是一个 .zip 文件，geth-windows-amd64-1.13.7-4dc529e5.zip）。
• 一个代码编辑器：如 VS Code、Sublime Text 或 Notepad ,用于编写创世区块配置文件。

详细搭建步骤

安装并配置 Geth

1. 下载 Geth：访问上述 Geth 发布页面，下载最新的稳定版 Windows 压缩包。
2. 解压 Geth：将下载的 .zip 文件解压到一个你方便管理的目录，C:\Ethereum，为了方便在命令行中直接使用 geth 命令，建议将这个路径添加到系统的环境变量 Path 中。
   • 右键“此电脑” -> “属性” -> “高级系统设置” -> “环境变量”。
   • 在“系统变量”中找到 Path，点击“编辑”，新建”，将 C:\Ethereum 添加进去。
3. 验证安装：打开一个新的命令提示符（CMD）或 PowerShell 窗口，输入 geth version，如果能看到 Geth 的版本信息,说明安装成功。

创建创世区块配置文件

创世区块是私有网络的“宪法”，我们需要创建一个 JSON 文件来定义它。

1. 在你的工作目录（C:\Ethereum）下，创建一个名为 genesis.json 的文件。

2. 用代码编辑器打开 genesis.json，并粘贴以下内容，这是一个基础的 PoA（权威证明）配置,适合私有网络使用。

   {
     "config": {
       "chainId": 15,          // 链 ID，用于区分不同的以太坊网络，私有网络可以自定义，不要与公网冲突
       "homesteadBlock": 0,
       "eip150Block": 0,
       "eip155Block": 0,
       "eip158Block": 0,
       "byzantiumBlock": 0,
       "constantinopleBlock": 0,
       "petersburgBlock": 0,
       "istanbulBlock": 0,
       "berlinBlock": 0,
       "londonBlock": 0,
       "mergeNetsplitBlock": 0,
       "shanghaiTime": 0,
       "terminalTotalDifficulty": 0,
       "terminalTotalDifficultyPassed": true,
       "ethash": {}
     },
     "alloc": {
       // "0x...": { "balance": "100000000000000000000" } // 可以在这里预分配一些资金给指定地址
     },
     "coinbase": "0x0000000000000000000000000000000000000000",
     "difficulty": "0x40000", // 初始难度，私有网络可以设低一些
     "extraData": "",
     "gasLimit": "0xffffffff",
     "nonce": "0x0000000000000042",
     "mixhash": "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
     "parentHash": "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
     "timestamp": "0x00"
   }

   关键参数解释：

   

   • chainId：非常重要，确保你的私有网络 ID 唯一。
   • alloc：用于在创世区块中预分配资金给某些地址，这里我们留空,之后通过命令行创建。
   • difficulty：初始挖矿难度，私有网络中我们可以将其设得很低,以便快速出块。

初始化私有网络

我们使用刚刚创建的 genesis.json 文件来初始化一个新的数据目录,这个目录将存储我们的区块链数据。

1. 在命令提示符中，进入你希望存放区块链数据的目录，C:\Ethereum\node1。

   cd C:\Ethereum\node1

2. 执行初始化命令：

   geth --datadir "./" init C:\Ethereum\genesis.json

   如果看到 Successfully initialised new genesis block 的提示，说明初始化成功。node1 目录下会生成 geth 和 keystore 等文件夹。

启动私有网络节点

我们启动这个节点,让它开始运行。

1. 确保你仍在 C:\Ethereum\node1 目录下。

2. 执行启动命令：

   geth --datadir "./" --nodiscover --networkid 15 console

   命令参数解释：

   • --datadir "./"：指定数据目录为当前目录。
   • --nodiscover：禁止节点自动发现其他节点，这对于私有网络至关重要,确保你的节点不会被公网节点发现。
   • --networkid 15：指定网络 ID，必须与 genesis.json 中的 chainId 保持一致。
   • console：启动后直接进入 JavaScript 交互式控制台。

   启动后，你会看到 Geth 正在同步区块（实际上是从创世区块开始），很快就会同步完成，并出现 > 提示符,表示已进入控制台。

   

与私有网络交互

我们的私有网络已经运行起来了！让我们在控制台中进行一些基本操作。

1. 查看账户列表：

   eth.accounts

   刚开始,列表会是空的。

2. 创建一个新账户：

   personal.newAccount("请设置你的密码")

   执行后，会返回一个以 0x 开头的地址，这个地址就是你的新账户，并且已经被 Geth 自动解锁，你可以再次运行 eth.accounts 查看确认。

3. 查看账户余额：

   eth.getBalance(eth.accounts[0])

   由于我们没有预分配资金，所以余额会是 0。

4. 开始挖矿： 为了让账户有资金并产生区块,我们需要开始挖矿。

   miner.start(1) // 参数 1 表示使用 1 个 CPU 线程进行挖矿

   挖矿开始后，你会看到节点开始打包交易并出块，等待片刻后,再次查看账户余额：

   eth.getBalance(eth.accounts[0])