摘要：本文首發(fā)于深入淺出區(qū)塊鏈社區(qū)原文鏈接以太坊創(chuàng)世區(qū)塊與鏈配置載入分析，原文已更新，請讀者前往原文閱讀。以太坊允許通過創(chuàng)世配置文件來初始化創(chuàng)世區(qū)塊，也可使用選擇使用內(nèi)置的多個網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的創(chuàng)世配置。再準(zhǔn)備兩個以太坊賬戶，以便在創(chuàng)世時存入資產(chǎn)。

本文首發(fā)于深入淺出區(qū)塊鏈社區(qū)
原文鏈接：以太坊創(chuàng)世區(qū)塊與鏈配置載入分析，原文已更新，請讀者前往原文閱讀。

創(chuàng)世區(qū)塊作為第零個區(qū)塊，其他區(qū)塊直接或間接引用到創(chuàng)世區(qū)塊。因此節(jié)點啟動之初必須載入正確的創(chuàng)世區(qū)塊信息，且不得任意修改。

以太坊允許通過創(chuàng)世配置文件來初始化創(chuàng)世區(qū)塊，也可使用選擇使用內(nèi)置的多個網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的創(chuàng)世配置。默認(rèn)使用以太坊主網(wǎng)創(chuàng)世配置。

如果你需要搭建以太坊私有鏈，那么了解創(chuàng)世配置是必須的，否則你大可不關(guān)心創(chuàng)世配置。下面是一份 JSON 格式的創(chuàng)世配置示例：

{
    "config": {
        "chainId": 1,
        "homesteadBlock": 1150000,
        "daoForkBlock": 1920000,
        "daoForkSupport": true,
        "eip150Block": 2463000,
        "eip150Hash": "0x2086799aeebeae135c246c65021c82b4e15a2c451340993aacfd2751886514f0",
        "eip155Block": 2675000,
        "eip158Block": 2675000,
        "byzantiumBlock": 4370000,
        "constantinopleBlock": 7280000,
        "petersburgBlock": 7280000,
        "ethash": {}
    },
    "nonce": "0x42",
    "timestamp": "0x0",
    "extraData": "0x11bbe8db4e347b4e8c937c1c8370e4b5ed33adb3db69cbdb7a38e1e50b1b82fa",
    "gasLimit": "0x1388",
    "difficulty": "0x400000000",
    "mixHash": "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
    "coinbase": "0x0000000000000000000000000000000000000000",
    "number": "0x0",
    "gasUsed": "0x0",
    "parentHash": "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
    "alloc": {
        "000d836201318ec6899a67540690382780743280": {
            "balance": "0xad78ebc5ac6200000"
        },
        "001762430ea9c3a26e5749afdb70da5f78ddbb8c": {
            "balance": "0xad78ebc5ac6200000"
        }
    }
}

根據(jù)配置用途可分為三大類：

鏈配置

config項是定義鏈配置，會影響共識協(xié)議，雖然鏈配置對創(chuàng)世影響不大，但新區(qū)塊的出塊規(guī)則均依賴鏈配置。

創(chuàng)世區(qū)塊頭信息配置

nonce：隨機(jī)數(shù)，對應(yīng)創(chuàng)世區(qū)塊 Nonce 字段。

timestamp：UTC時間戳，對應(yīng)創(chuàng)世區(qū)塊 Time字段。

extraData：額外數(shù)據(jù)，對應(yīng)創(chuàng)世區(qū)塊 Extra 字段。

gasLimit：必填，燃料上限，對應(yīng)創(chuàng)世區(qū)塊 GasLimit 字段。

difficulty：必填，難度系數(shù)，對應(yīng)創(chuàng)世區(qū)塊 Difficulty 字段。搭建私有鏈時，需要根據(jù)情況選擇合適的難度值，以便調(diào)整出塊。

minHash：一個哈希值，對應(yīng)創(chuàng)世區(qū)塊的MixDigest字段。和 nonce 值一起證明在區(qū)塊上已經(jīng)進(jìn)行了足夠的計算。

coinbase：一個地址，對應(yīng)創(chuàng)世區(qū)塊的Coinbase字段。

初始賬戶資產(chǎn)配置

alloc 項是創(chuàng)世中初始賬戶資產(chǎn)配置。在生成創(chuàng)世區(qū)塊時，將此數(shù)據(jù)集中的賬戶資產(chǎn)寫入?yún)^(qū)塊中，相當(dāng)于預(yù)挖礦。這對開發(fā)測試和私有鏈非常好用，不需要挖礦就可以直接為任意多個賬戶分配資產(chǎn)。

如果你計劃部署以太坊私有網(wǎng)絡(luò)或者一個獨立的測試環(huán)境，那么需要自定義創(chuàng)世，并初始化它。為了統(tǒng)一溝通，推薦先在用戶根目錄創(chuàng)建一個文件夾 deepeth，以做為《以太坊設(shè)計與實現(xiàn)》電子書學(xué)習(xí)工作目錄。

mkdir $HOME/deepeth && cd $HOME/deepeth

再準(zhǔn)備兩個以太坊賬戶，以便在創(chuàng)世時存入資產(chǎn)。

geth --datadir $HOME/deepeth account new

因為是學(xué)習(xí)使用，推薦使用統(tǒng)一密碼 foobar，執(zhí)行兩次命令，創(chuàng)建好兩個賬戶。這里使用 --datadir 參數(shù)指定以太坊運行時數(shù)據(jù)存放目錄，是讓大家將數(shù)據(jù)統(tǒng)一存放在一個本課程學(xué)習(xí)文件夾中。

再將下面配置內(nèi)容保存到 $HOME/deepeth/genesis.json 文件，其中 alloc 項替換成剛剛創(chuàng)建的兩個以太坊賬戶地址。

{
    "config": {
        "chainId": 8888,
        "homesteadBlock": 0,
        "daoForkBlock": 0,
        "daoForkSupport": true,
        "eip150Block": 0,
        "eip155Block": 0,
        "eip158Block": 0,
        "byzantiumBlock": 0,
        "constantinopleBlock": 0,
        "petersburgBlock": 0,
        "ethash": {}
    },
    "nonce": "0x42",
    "timestamp": "0x0",
    "extraData": "0x11bbe8db4e347b4e8c937c1c8370e4b5ed33adb3db69cbdb7a38e1e50b1b82fa",
    "gasLimit": "0x1388",
    "difficulty": "0x1",
    "alloc": {
        "093f59f1d91017d30d8c2caa78feb5beb0d2cfaf": {
            "balance": "0xffffffffffffffff"
        },
        "ddf7202cbe0aaed1c2d5c4ef05e386501a054406": {
            "balance": "0xffffffffffffffff"
        }
    }
}

然后，執(zhí)行 geth 子命令 init 初始化創(chuàng)世區(qū)塊。

geth  --datadir $HOME/deepeth init genesis.json

執(zhí)行成功后，便可啟動該私有鏈：

geth --maxpeers 0 --datadir $HOME/deepeth  console

執(zhí)行如下命令，可以查看到前面創(chuàng)建的兩個賬戶，均已有資產(chǎn)：

eth.getBalance(eth.accounts[0])
// 18446744073709551615
eth.getBalance(eth.accounts[1])
// 18446744073709551615

至此，我們已完成創(chuàng)世定制版。

上面我已完成自定義創(chuàng)世，但以太坊作為去中心平臺，需要許多節(jié)點一起參與。僅僅為了測試，多個節(jié)點來搭建私有鏈比較麻煩。如果希望和別人一起聯(lián)調(diào)，或者需要在測試網(wǎng)絡(luò)中測試DAPP時，該怎么辦呢？那么，可使用以太坊測試網(wǎng)絡(luò)。以太坊公開的測試網(wǎng)絡(luò)有 5 個，目前仍在運行的有 4 個，具體見下表格。

支持 geth 的3個測試網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)世配置已內(nèi)置在以太坊代碼中，具體見 core/genesis.go 文件：

// DefaultTestnetGenesisBlock returns the Ropsten network genesis block.
func DefaultTestnetGenesisBlock() *Genesis{}
// DefaultRinkebyGenesisBlock returns the Rinkeby network genesis block.
func DefaultRinkebyGenesisBlock() *Genesis
// DefaultGoerliGenesisBlock returns the G?rli network genesis block.
func DefaultGoerliGenesisBlock() *Genesis{}

當(dāng)然不會缺以太坊主網(wǎng)創(chuàng)世配置，也是 geth 運行的默認(rèn)配置。

// DefaultGenesisBlock returns the Ethereum main net genesis block.
func DefaultGenesisBlock() *Genesis{}

如果你不想自定義創(chuàng)世配置文件用于開發(fā)測試，那么以太坊也提供一份專用于本地開發(fā)的配置。

// DeveloperGenesisBlock returns the "geth --dev" genesis block. Note, this must
// be seeded with the
func DeveloperGenesisBlock(period uint64, faucet common.Address) *Genesis

運行 geth --dev console 可臨時運行使用。但如果需要長期使用此模式，則需要指定 datadir。

geth --dev --datadir $HOME/deepeth/dev console

首次運行 dev 模式會自動創(chuàng)建一個空密碼的賬戶，并開啟挖礦。當(dāng)有新交易時，將立刻打包出塊。

在運行 geth 時需根據(jù)配置文件加載創(chuàng)世配置以及創(chuàng)世區(qū)塊，并校驗其合法性。如果配置信息隨意變更，易引起共識校驗不通過等問題。只有在加載并檢查通過時，才能繼續(xù)運行程序。

上圖是一個簡要流程，下面分別講解“加載創(chuàng)世配置”和“安裝創(chuàng)世區(qū)塊”兩個子流程。

應(yīng)使用哪種創(chuàng)世配置，由用戶在啟動 geth 時決定。下圖是創(chuàng)世配置選擇流程圖：

通過 geth 命令參數(shù)可選擇不同網(wǎng)絡(luò)配置，可以通過 networkid 選擇，也可使用網(wǎng)絡(luò)名稱啟用。

使用 networkid:
不同網(wǎng)絡(luò)使用不同ID標(biāo)識。

1=Frontier，主網(wǎng)環(huán)境，是默認(rèn)選項。

2=Morden 測試網(wǎng)絡(luò)，但已禁用。

3=Ropsten 測試網(wǎng)絡(luò)。

4=Rinkeby 測試網(wǎng)絡(luò)。

直接使用網(wǎng)絡(luò)名稱：

testnet: Ropsten 測試網(wǎng)絡(luò)。

rinkeby: Rinkeby 測試網(wǎng)絡(luò)。

goerli: G?rli 測試網(wǎng)絡(luò)。

dev: 本地開發(fā)環(huán)境。

geth 啟動時根據(jù)不同參數(shù)選擇加載不同網(wǎng)絡(luò)配置，并對應(yīng)不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。如果不做任何選擇，雖然在此不會做出選擇，但在后面流程中會默認(rèn)使用主網(wǎng)配置。

上面已初步選擇創(chuàng)世配置，而這一步則根據(jù)配置加載或者初始化創(chuàng)世單元。下圖是處理流程：

首先，需要從數(shù)據(jù)庫中根據(jù)區(qū)塊高度 0 讀取創(chuàng)世區(qū)塊哈希。如果不存在則說明本地屬于第一次啟動，直接使用運行時創(chuàng)世配置來構(gòu)建創(chuàng)世區(qū)塊。屬于首次，還需要存儲創(chuàng)世區(qū)塊和鏈配置。

如果存在，則需要使用運行時創(chuàng)世配置構(gòu)建創(chuàng)世區(qū)塊并和本次已存儲的創(chuàng)世區(qū)塊哈希進(jìn)行對比。一旦不一致，則返回錯誤，不得繼續(xù)。

隨后，還需要檢查鏈配置。先從數(shù)據(jù)庫獲取鏈配置，如果不存在，則無需校驗直接使用運行時鏈配置。否則，需要檢查運行時鏈配置是否正確，只有正確時才能替換更新。但有一個例外：主網(wǎng)配置不得隨意更改，由代碼控制而非人為指定。

總的來說，以太坊默認(rèn)使用主網(wǎng)配置，只有在首次運行時才創(chuàng)建和存儲創(chuàng)世區(qū)塊，其他時候僅僅用于校驗。而鏈配置除主網(wǎng)外則在規(guī)則下可隨時變更。

上面我們已知曉總體流程，這里再細(xì)說下以太坊是如何根據(jù)創(chuàng)世配置生成創(chuàng)世區(qū)塊。核心代碼位于 core/genesis.go:229。

func (g *Genesis) ToBlock(db ethdb.Database) *types.Block{
    if db == nil {
        db = rawdb.NewMemoryDatabase()
    }
    statedb, _ := state.New(common.Hash{}, state.NewDatabase(db))//?
    for addr, account := range g.Alloc { //?
        statedb.AddBalance(addr, account.Balance)
        statedb.SetCode(addr, account.Code)
        statedb.SetNonce(addr, account.Nonce)
        for key, value := range account.Storage {
            statedb.SetState(addr, key, value)
        }
    }
    root := statedb.IntermediateRoot(false)//?
    head := &types.Header{//?
        Number:     new(big.Int).SetUint64(g.Number),
        Nonce:      types.EncodeNonce(g.Nonce),
        Time:       g.Timestamp,
        ParentHash: g.ParentHash,
        Extra:      g.ExtraData,
        GasLimit:   g.GasLimit,
        GasUsed:    g.GasUsed,
        Difficulty: g.Difficulty,
        MixDigest:  g.Mixhash,
        Coinbase:   g.Coinbase,
        Root:       root,
    }
    //?
    if g.GasLimit == 0 {
        head.GasLimit = params.GenesisGasLimit
    }
    if g.Difficulty == nil {
        head.Difficulty = params.GenesisDifficulty
    }

    statedb.Commit(false)//?
    statedb.Database().TrieDB().Commit(root, true)//?

    return types.NewBlock(head, nil, nil, nil)//?
}

上面代碼是根據(jù)創(chuàng)世配置生成創(chuàng)世區(qū)塊的代碼邏輯，細(xì)節(jié)如下：

? 創(chuàng)世區(qū)塊無父塊，從零初始化全新的 state（后續(xù)文章會詳細(xì)講解 state對象）。

? 遍歷配置中 Alloc 項賬戶集合數(shù)據(jù)，直接寫入 state 中。
這里不單可以設(shè)置 balance，還可以設(shè)置 code、nonce 以及任意多個 storage 數(shù)據(jù)。
意味著創(chuàng)世時便可以直接部署智能合約。例如下面配置則在創(chuàng)世時部署了一個名為093f59f1d91017d30d8c2caa78feb5beb0d2cfaf 的智能合約。

"alloc": {
        "093f59f1d91017d30d8c2caa78feb5beb0d2cfaf": {
            "balance": "0xffffffffffffffff",
            "nonce": "0x3",
            "code":"0x606060",
            "storage":{
            "11bbe8db4e347b4e8c937c1c8370e4b5ed33adb3db69cbdb7a38e1e50b1b82fa":"1234ff"
            }
        }
}

? 將賬戶數(shù)據(jù)寫入 state 后，便可以計算出 state 數(shù)據(jù)的默克爾樹的根值，稱之為 StateRoot。
此值記錄在區(qū)塊頭 Root 字段中。

? 創(chuàng)世配置的一部分配置，則直接映射到區(qū)塊頭中，完成創(chuàng)世區(qū)塊頭的構(gòu)建。

? 因為 GasLimit 和 Difficulty 直接影響到下一個區(qū)塊出塊處理。
因此未設(shè)置時使用默認(rèn)配置(Difficulty=131072，GasLimit=4712388)。

? 提交 state，將 state 數(shù)據(jù)提交到底層的內(nèi)存 trie 數(shù)據(jù)中。

? 將內(nèi)存 trie 數(shù)據(jù)更新到 db 中。

這是多余的一步，因為提交到數(shù)據(jù)庫是由外部進(jìn)行，這里只需要負(fù)責(zé)生成區(qū)塊。

? 利用區(qū)塊頭創(chuàng)建區(qū)塊，且區(qū)塊中無交易記錄。

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