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Ubuntu 22.04 中的区块链 —— 知识点详解

1. 区块链概述

1.1 区块链的基本含义

区块链是一种去中心化、不可篡改、按时间顺序链接的数据结构，由多个区块组成，每个区块包含交易数据、时间戳和前一区块的哈希值。其核心特性包括：

• 去中心化（Decentralization）
• 透明性（Transparency）
• 不可篡改（Immutability）
• 共识机制（如 PoW、PoS）

1.2 区块链的分类

本章重点：在 Ubuntu 22.04 上搭建以太坊私有链（Private Ethereum Chain）

2. 区块链基础环境准备

2.1 系统要求

• Ubuntu 22.04 LTS（64位）
• 最低 2GB RAM，建议 4GB+
• 至少 20GB 可用磁盘空间

2.2 更新系统

sudoaptupdate&&sudoaptupgrade -y

3. 下载并安装 Go 语言环境（用于部分区块链工具）

虽然geth（以太坊客户端）官方提供预编译二进制包，但某些开发场景仍需 Go 环境。

3.1 下载 Go 语言包（以 Go 1.22 为例）

# 进入临时目录cd/tmp# 下载官方 tar 包（请访问 https://go.dev/dl/ 获取最新链接）wgethttps://go.dev/dl/go1.22.4.linux-amd64.tar.gz

3.2 安装 Go

# 删除旧版本（如有）sudorm-rf /usr/local/go# 解压到 /usr/localsudotar-C /usr/local -xzf go1.22.4.linux-amd64.tar.gz

3.3 配置环境变量

编辑用户 shell 配置文件（以 Bash 为例）：

nano~/.bashrc

在文件末尾添加：

# Go 环境变量exportPATH=$PATH:/usr/local/go/binexportGOPATH=$HOME/goexportPATH=$PATH:$GOPATH/bin

使配置生效：

source~/.bashrc

3.4 验证安装

go version# 输出示例：go version go1.22.4 linux/amd64

✅ 此时 Go 环境已就绪，可用于构建基于 Go 的区块链项目（如某些智能合约工具链）。

4. 安装以太坊开发平台（Geth）

4.1 添加 Ethereum PPA 安装源

Ubuntu 官方仓库中的ethereum包可能较旧，推荐使用官方 PPA：

# 安装必要依赖sudoaptinstallsoftware-properties-common -y# 添加 Ethereum PPAsudoadd-apt-repository -y ppa:ethereum/ethereum# 更新软件包索引sudoaptupdate

4.2 安装 Geth（Go-Ethereum 客户端）

sudoaptinstallethereum -y

4.3 验证安装

geth version

输出应包含：

Geth Version: 1.13.x Architecture: amd64 Protocol Versions: [63 64 65 66] Go Version: go1.21.x ...

✅geth是以太坊官方 Go 语言实现的客户端，支持运行节点、挖矿、部署合约等。

5. 部署区块链项目（以太坊私有链）

5.1 创建工作目录

mkdir-p ~/eth-private-chaincd~/eth-private-chain

5.2 创建创世区块配置文件（genesis.json）

创世区块是区块链的第一个区块，定义了链的初始状态。

// 文件路径: ~/eth-private-chain/genesis.json{"config":{"chainId":12345,// 自定义链 ID（避免与主网冲突）"homesteadBlock":0,"eip150Block":0,"eip155Block":0,"eip158Block":0,"byzantiumBlock":0,"constantinopleBlock":0,"petersburgBlock":0,"istanbulBlock":0,"berlinBlock":0,"londonBlock":0,"clique":{// 使用 Clique 共识（适合私有链）"period":15,// 出块间隔（秒）"epoch":30000// 签名者重置周期}},"nonce":"0x0","timestamp":"0x5e8e7d3a","extraData":"0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",// 初始为空，后续填签名者地址"gasLimit":"0x8000000",// 区块 Gas 上限（约 1.34 亿）"difficulty":"0x1",// PoW 难度（Clique 模式下无效，设为 1）"mixHash":"0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000","coinbase":"0x0000000000000000000000000000000000000000","alloc":{// 预分配账户（可选）"0x742d35Cc6634C0532925a3b8D4C9db4c2A8C2f95":{"balance":"1000000000000000000000000"// 1,000,000 ETH（单位：wei）}}}

🔍关键参数说明：

• chainId: 必须唯一，防止交易重放攻击。
• clique: 以太坊私有链推荐使用Clique 共识算法（权威证明 PoA），无需挖矿。
• extraData: 在 Clique 中需包含签名者地址（见下文）。

5.3 创建区块链账户（即“矿工”或“签名者”）

# 启动 geth 控制台（不连接网络）geth --datadir ./data account new

系统将提示输入密码（例如：mypassword123），并输出账户地址，例如：

Address: {742d35cc6634c0532925a3b8d4c9db4c2a8c2f95}

⚠️ 请妥善保存该地址和密码！私钥存储在./data/keystore/目录下。

5.4 修改 genesis.json 的 extraData（Clique 模式必需）

Clique 要求extraData格式为：

0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 + 签名者地址（32字节对齐） + 000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000

假设签名者地址为742d35cc6634c0532925a3b8d4c9db4c2a8c2f95，则：

"extraData":"0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000742d35cc6634c0532925a3b8d4c9db4c2a8c2f95000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000"

💡 可使用 Python 或在线工具生成合规 extraData。

5.5 初始化区块链

geth --datadir ./data init genesis.json

成功输出：

Successfully wrote genesis state

6. 运行与维护区块链项目

6.1 启动私有链节点

geth\--datadir ./data\--networkid12345\--http\--http.addr"0.0.0.0"\--http.port8545\--http.api"eth,net,web3,personal,admin"\--allow-insecure-unlock\--nodiscover\--unlock"0x742d35Cc6634C0532925a3b8D4C9db4c2A8C2f95"\--password<(echo"mypassword123")

参数说明：

• --http: 启用 HTTP JSON-RPC 接口
• --http.addr "0.0.0.0": 允许外部访问（生产环境应限制 IP）
• --http.api: 开放的 API 模块
• --unlock: 启动时解锁账户（用于签名区块）
• --password: 提供密码（此处用进程替换避免明文）

✅ 节点启动后，Clique 共识将自动出块（每 15 秒）。

6.2 启动交互式控制台（JavaScript Console）

另开终端，连接到正在运行的节点：

geth attach http://127.0.0.1:8545

进入交互界面后，可执行 JavaScript 命令：

// 查看账户eth.accounts// 查看余额（单位：wei）eth.getBalance(eth.accounts[0])// 查看区块号eth.blockNumber// 查看节点信息admin.nodeInfo

输入exit退出。

7. 区块链平台监控

7.1 进程监测

# 查看 geth 进程psaux|grepgeth# 使用 systemctl 管理（可选）# 可创建 systemd 服务实现开机自启

7.2 日志监测

日志默认输出到终端。若以后台方式运行，可重定向日志：

geth...>>geth.log2>&1&

实时查看日志：

tail-f geth.log

典型日志内容：

INFO [06-01|10:00:15.123] 🔨 mined potential block ... number=123 ... INFO [06-01|10:00:30.456] Commit new mining work ...

8. 代表性区块链应用实例

8.1 部署简单智能合约（Solidity）

1. 安装 Solidity 编译器：

   sudosnapinstallsolc

2. 编写合约SimpleStorage.sol：

   // SPDX-License-Identifier: MIT pragma solidity ^0.8.0; contract SimpleStorage { uint256 storedData; function set(uint256 x) public { storedData = x; } function get() public view returns (uint256) { return storedData; } }

3. 在 Remix 或本地编译获取 ABI 和 bytecode，通过 Web3.js 或geth console部署。

由于篇幅限制，智能合约部署细节略，但私有链已具备部署条件。

9. 本章小结

本章完整演示了在Ubuntu 22.04上从零搭建以太坊私有区块链的全过程，包括：

• Go 语言环境配置（可选）
• 通过 PPA 安装geth
• 编写符合 Clique 共识的genesis.json
• 创建账户、初始化链、启动节点
• 使用geth attach进行交互管理
• 监控进程与日志

所有步骤均提供可直接运行的命令和带注释的配置文件，适用于教学、开发测试及企业内部落地私有链场景。

📌安全提醒：私有链暴露 RPC 接口（如 8545）存在风险，生产环境务必配合防火墙（ufw）和身份验证机制。