什麼是 Geth node，以及如何運行

Geth 與節點簡介

Ethereum 節點是屬於 Ethereum 區塊鏈網路的電腦。這些節點是實際運作軟體的電腦,負責檢查、儲存區塊,有時候也負責產生區塊。

「Client」是這種軟體的名稱。它讓我們可以透過 JSON-RPC API 與區塊鏈互動、讀取並驗證區塊鏈,以及讀取或寫入智能合約。

Geth 是其中一種 client,也是最常被使用的其中之一。它以 Go 語言撰寫,由 Ethereum Foundation 的一群人以及其他協助者維護更新。

Geth 的一些特性:

• 內建 JavaScript console,可透過 "geth console" 執行。
• 這個 client 可以與其他 JavaScript client 搭配運作(web3js)。
• 內建 Rinkeby 測試網(或是自行建立私有的 Ethereum 網路)
• 通常被視為其他 Ethereum 節點的標準。

在這篇 Alchemy 部落格文章中,我們會學習如何安裝並執行 Geth 節點。

網路(Mainnet 與 testnet)與 Geth

要了解 Geth 節點,我們需要先了解 Ethereum 的不同網路。

Ethereum 有一個單一的核心網路(Mainnet),所有交易都在這裡進行,但它也使用了其他測試網路,這些網路是用來測試功能的(Testnet)。可以考慮使用這些「練習用」區塊鏈,在 localhost 以外的環境嘗試區塊鏈的功能。

1. Mainnet

Ethereum mainnet 是用來產生 Ethereum 的網路。ETH 可以在這裡挖礦或在交易所交易,而且永遠可以使用。

2. Ropsten

Ropsten 是最接近 mainnet 的測試網路,基於相同的工作量證明(proof of work)。這個Ropsten 測試網路容易受到垃圾交易攻擊,因為測試用 ETH 的挖礦方式與 Mainnet ETH 相同,而且很容易取得,沒有實際價值。

3. Rinkeby

Rinkeby 的測試網使用權威證明(proof of authority),也就是說,除非你能證明自己的身分,否則無法取得測試用 ETH。做法是將 Ethereum 位址與社群媒體帳號(例如 Facebook)連結。這使得攻擊這個網路變得困難許多,因為要取得大量 ETH 需要花費相當大的功夫。Rinkeby 只能透過 Geth 節點存取。

若要開始在 Rinkeby 測試網上建置,可以從免費水龍頭取得 Rinkeby Ether。

4. Kovan

主要差異在於 Kovan 只能在 parity 節點上使用,而且你必須透過 GitHub 驗證身分。

5. Goerli

Goerli 是在權威證明(Proof-of-Authority)架構下部署的。它採用 Clique 共識機制,最初由 Chainsafe 與 Afri Schoedon 開發。Goerli 社群負責維護這個網路,並由 Geth、Parity、Nethermind 與 Hyperledger Besu 提供支援。相較於 Kovan 與 Rinkeby,Goerli 的網路規模、節點數量與 client 種類都更多。

了解如何取得 Goerli Ether,並使用 Alchemy 的 GoETH 水龍頭開始在 Goerli 測試網上進行操作。

6. Kiln

在撰寫本文時,由於 Ethereum 正全速朝著今年稍晚的權益證明合併(proof of stake merge)邁進,上述許多測試網都將被淘汰或升級。截至目前,Kiln 測試網是轉換為權益證明之前的最後一個公開測試網。

這次轉換對 Ethereum 網路來說是一項重大成就,這個網路即將經歷自成立以來最重大的變化之一。假設 Kiln 沒有出現問題,現有的 Ethereum 測試網(Goerli、Ropsten 等)將能夠不受影響地繼續運作。

進一步了解 Kiln 測試網,並取得模擬的 Kiln Ether以開始在 Kiln 上進行建置。

什麼是 Geth 節點?

透過 Geth,你可以建立自己的私有 Ethereum 網路。一個 Ethereum 網路的區塊鏈,是從一個稱為 genesis block(創世區塊)的根區塊開始的。genesis block 中沒有任何交易。

Ethereum 節點有不同種類,但 Geth 節點分為三類:light node、full node 與 archive node。

Light node

由於 light node 不會驗證每一個區塊,所以它們不會保存一份完整的 Ethereum 區塊鏈副本。因此,它們依賴來自 full node 的資料。執行 light node 有許多優點,包括啟動速度更快、儲存空間使用更少,以及運算/記憶體需求更低。light node 的信任程度較低,而且經常依賴 full node,這可能會造成問題。

Light node:

• 儲存區塊標頭鏈(header chain),並向其他節點請求其餘資料。
• 依據區塊標頭中的 state root 驗證資料的有效性。
• 提供給低運算能力的裝置使用,例如嵌入式裝置或手機,這些裝置無法負擔儲存數 GB 的區塊鏈資料。

Full node

Full node 會驗證區塊中的交易是否符合 Ethereum Yellow Paper 所規定的標準。它們這麼做是為了確保透過網路傳送的區塊是真實有效的。你可以信任它們所做的驗證工作。full node 使用這種驗證方式,讓網路維持符合 Ethereum 的要求。

Full node:

• 儲存完整的區塊鏈資料。
• 參與區塊驗證,並驗證所有區塊與狀態。
• 推導出所有的狀態(state)。
• 服務網路,並依請求提供資料。

Archive node

Archive node 是會保存完整交易歷史的節點。網路的健全性與結構都仰賴這些節點。

Archive node:

• 儲存 full node 所保存的所有資料,並建立歷史狀態(historical state)的存檔。如果你想要查詢帳戶餘額或任何鏈上資料,或是單純想在不透過挖礦的情況下,簡單且可靠地測試自己的交易集合,就需要使用 OpenEthereum。
• 提供的資料量以 TB(terabyte)為單位。這使得一般使用者較不會想使用,但對於區塊瀏覽器、錢包供應商與鏈上分析服務等來說相當實用。

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安裝 Geth 的需求

• 多核心 CPU(7GB+ RAM)
• 本機 SSD 硬碟,約需 600GB+ 的可用空間
• 選用:使用 16/32 GB+ 的 CPU,透過快取(caching)提升效能。使用快取功能(也就是加上 '--cache' 參數)後,Geth 就能從記憶體讀取 state,而不必從硬碟讀取。
• Mac 使用者需要 Homebrew
• Linux/Ubuntu 使用者需要 PPA
• 選用:Parity(想了解更多資訊,可參考如何從 parity 遷移到 Geth)‍

Geth 安裝方式

你可以透過套件管理工具安裝 Geth,例如在 MacOS 上使用 homebrew,或在 Ubuntu 上使用 PPA;也可以直接下載、在 docker 中執行,或甚至從原始碼建置。

在 MacOS 終端機中使用 Homebrew:

可以在這裡查看各種實用指令的清單(abigen、bootnode、checkpoint-admin、clef、devp2p、ethkey、evm、faucet、geth 等),或者也可以執行:

Linux/Ubuntu 適用的 PPA:

安裝穩定版本的 go-Ethereum:

Docker:

從這裡下載 Docker。然後執行以下指令:

接著執行:

執行 Geth

在我們解壓縮 Geth 資料夾/root 資料夾的位置,於終端機中執行以下指令,以便執行它:

這會立刻將我們帶進 Geth console。

輸入 net,我們可以查看是否有任何 peer。輸入 eth.syncing,可以查看節點目前是否正在同步。你的節點有可能要等到重新啟動後才會開始同步。

舉例來說,執行 eth.syncing 會輸出以下的範例查詢結果:

結語

大多數供一般使用者採用的 web/擴充功能錢包(MetaMask、Coinbase、Rainbow 等)通常都已經內建了 Geth。

不過,如果你想嘗試挖礦,或開發自己專屬的 Ethereum 軟體,安裝並執行 Geth 是相當值得的。如果你只是想掌控自己的節點與錢包金鑰(自行簽署交易,而不依賴第三方軟體),這麼做也很有幫助。使用 Geth,現在你可以打開 Ethereum 開發的整個世界!