前言

私鏈作為區塊鏈的應用之一擁有很高的發展性，任何人、單位、機關，都可以建立自己的私鏈來儲存重要資訊，並且私鏈也提供了跟公鏈一樣的以下幾種特性:

不可竄改性(immutable): 任何人都不能竄改已經寫入鏈上的資料，就算修改了，也會在鏈上留下永久性的修改紀錄。
公開性(transparent): 所有數據都被公開記錄在區塊鏈上，只要有辦法存取區塊鏈節點(EtherScan, JSON-RPC)，也就可以查詢這些紀錄。
匿名性(anonymous): 所有錢包都是匿名的，你不能透過錢包得知錢包主人的其他資訊。
共識機制(consensus): 半數鏈上的簽名節點都必須承認某一筆交易，交易才會達成共識，也就是被這條區塊鏈承認，這個機制的好處就是，除了社交工程之外，比較難用黑客技術竄改交易紀錄或偷錢，當然還是有例外(51%攻擊)

今天要實作的是 POA(授權證明) 鏈， POA 也是私鏈最常用的共識機制，以下簡單的分析一下POA 跟其他共識機制(POS, POW)的差別。

交易確認方式: POA 由數個指定的權威節點來簽名交易，沒經過同意的其他人是不能加入進來挖礦的。
高性能，低延遲: 由於 POA 只能由權威節點簽名交易，不需要大量的計算來驗證交易，因此交易確認速度比起其他共識機制要快，非常適合需要高吞吐量和低延遲的應用，例如供應鏈、物流追蹤等。
中心化: 由於簽名的權力掌握在少數的權威節點手上，也就代表它不再去中心化。
節能: 不需要大量的計算及驗證。

前置工作

以下我們把 POA 私鏈簡稱為 POA ，我們要做的是一個權威節點(authority node)，以下簡稱節點，一個 POA 最少只需要一個權威節點就可以運作。

想要做一個 POA ，必須先準備以下的東西:

一台電腦(伺服器)，最好是 linux 作業系統的，筆者使用的是 Ubuntu 22.04.2 LTS(Docker:alnoda/ubuntu-workspace)
Geth 主程式: 從 https://github.com/ethereum/go-ethereum/tags 可以下載到，注意 Geth 從版本 1.14 之後就不支持 POA 共識機制了，所以必須使用 1.14 前的，筆者使用的是 v1.9.25
可以自訂連線區塊鏈網路的 ethereum wallet，筆者使用 MetaMask

安裝並運行 Geth

由於筆者使用 Docker 來做練習，不使用 Docker 的可以跳過這節。

運行 Docker Container

筆者使用 Docker on windows(WSL) 來練習架設 Geth ，所以我們先來啟動一個 container 。

# 運行 container
docker run --name space-1 -d -p 3051:3051 -p 30303:30303 -v C:\geth:/root/geth alnoda/ubuntu-workspace

# 用 zsh 進入 container
docker exec -it --user=root space-1 zsh

–name: container 的名字
-d: 背景運行(daemon)
-p: 指定 container 跟 host 的埠映射，設定方式是 -p {host-port}:{container-port}
- 3051: 讓使用者連接節點的埠。
- 30303: Geth 的 p2p port ，讓節點間可以互相搜尋並建立連線的 port ，這個 port 讓我們以後可以擴充我們的 POA ，加入更多的節點。
-v: volume ，讓 Geth 裡的資訊可以持久化存取，可以簡單的看成把 C:\geth 這個資料夾 mount 到 /root/geth 上
alnoda/ubuntu-workspace: 指定的 docker image ，我使用的這個 image 讓 docker container 可以像 VM 一樣做一些簡單的沙盒測試。

然後我們 cd /root/geth 可以看到筆者把 geth 主程式放在這個資料夾底下:

撰寫 genesis.json

現在我們在 /root/geth 目錄底下，有 geth 主程式，我們要撰寫創世區塊 genesis.json ，這個檔案可以幫助 geth 設定鏈的資訊。

/root/geth/genesis.json

{
  "config": {
    "chainId": 66,
    "homesteadBlock": 0,
    "eip150Block": 0,
    "eip155Block": 0,
    "eip158Block": 0,
    "byzantiumBlock": 0,
    "constantinopleBlock": 0,
    "petersburgBlock": 0,
    "istanbulBlock": 0,
    "clique": {
      "period": 0,
      "epoch": 30000
    }
  },
  "alloc": {
    "556c1aaea8c1ec17a544ba6787a346b6bb05fa9e": {
      "balance": "0x52b7d2dcc80cd2e4000000"
    }
  },
  "extraData": "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000556c1aaea8c1ec17a544ba6787a346b6bb05fa9e0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
  "coinbase": "0x0000000000000000000000000000000000000000",
  "difficulty": "0x1",
  "gasLimit": "0x77359400",
  "gasUsed": "0x0",
  "nonce": "0x0",
  "mixHash": "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
  "parentHash": "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
  "timestamp": "0x5ff27a04"
}

chainId: 鏈 ID
homesteadBlock, eip150Block, eip155Block, eip158Block, byzantiumBlock, constantinopleBlock, petersburgBlock, istanbulBlock: 這些是 Ethereum 歷史上的硬分岔，設為 0 表示啟用這些硬分叉。
clique: POA 的一種
- period: 幾秒生成一個新的區塊，設定為零是因為這是私鏈，我們不希望有空的區塊被產生。
- epoch: 經過幾個區塊後重新選舉驗證者。
alloc: 初始資金要分配給誰，後續我們會修改分配的地址。
extraData: 設定 POA 的驗證者是誰，目前是 0x556c1aaea8c1ec17a544ba6787a346b6bb05fa9e 這個地址，等等也會修改。
coinbase: 礦工地址， POA 沒有礦工。
difficulty: 挖出區塊的難度， POA 可以設定為沒有難度。
gasLimit: 每個區塊的 gas 上限。
gasUsed: 創世區塊使用的 gas 數量。
nonce, mixHash, parentHash: 創世區塊默認。

到目前為止我們在 /root/geth 裡有 geth 主程式跟創世區塊設定檔 genesis.json。

創建使用者

./geth account new 建立新的使用者(地址)，創建過程會需要使用者輸入密碼。

將密碼寫入 /root/geth/password 裡備用
我們得到了一個新的帳號 0x7d454A2fA9487B563ecc1d96C9339Ce4e74163ED ，現在修改 genesis.json ，把 alloc 跟 extraData 裡的地址都改成剛剛創建的地址，如下顯示修改完的檔案:

genesis.json

{
  "config": {
    "chainId": 66,
    "homesteadBlock": 0,
    "eip150Block": 0,
    "eip155Block": 0,
    "eip158Block": 0,
    "byzantiumBlock": 0,
    "constantinopleBlock": 0,
    "petersburgBlock": 0,
    "istanbulBlock": 0,
    "clique": {
      "period": 0,
      "epoch": 30000
    }
  },
  "alloc": {
    "7d454A2fA9487B563ecc1d96C9339Ce4e74163ED": {
      "balance": "0x52b7d2dcc80cd2e4000000"
    }
  },
  "extraData": "0x00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000007d454A2fA9487B563ecc1d96C9339Ce4e74163ED0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
  "coinbase": "0x0000000000000000000000000000000000000000",
  "difficulty": "0x1",
  "gasLimit": "0x77359400",
  "gasUsed": "0x0",
  "nonce": "0x0",
  "mixHash": "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
  "parentHash": "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
  "timestamp": "0x5ff27a04"
}

初始化後運行 Geth

使用 ./geth init genesis.json 初始化創世區塊:

可以看到由於筆者使用的是 Docker ，所以在 USB Device 的地方有報錯，不過這不影響 POA 。
最後顯示成功寫入創世狀態。

使用以下指令開始運行 Geth

./geth \
--miner.gastarget 2000000000 \
--mine \
--allow-insecure-unlock \
--unlock 0x7d454A2fA9487B563ecc1d96C9339Ce4e74163ED \
--password /root/geth/password \
--http \
--http.port 3051 \
--http.api net,eth,web3 \
--networkid 66 \
--http.addr 0.0.0.0 \
--miner.gasprice 0 \
--nousb \
--nodiscover \
--cache 256