【Substrate开发教程】09 - 搭建自定义Substrate区块链网络

上一篇文章介绍了如何通过Substrate搭建本地测试区块链网络，使用到了节点模板程序substrate-node-template，并使用其内置的Alice和Bob节点搭建了本地私有区块链网络。

Alice和Bob节点的密钥是公开的，在实际应用中所有参与区块链的用户都应该生成自己的密钥。

使用Subkey生成密钥

Subkey是与Substrate一起开发的密钥生成工具，主要功能是生成密钥对（当前支持sr25519、ed25519、secp256k1加密算法）、SS58地址编码以及从助记词和原始seed还原密钥，还可以为消息创建和验证签名。

在之前的文章：《Substrate密码学 & Subkey的安装和使用》、《Subkey功能详解》中有Subkey的安装方法和功能的详细介绍，下面生成和节点相关的密钥。

现在需要为每个节点生成两种椭圆曲线密码算法（sr25519、ed25519）的密钥。

Substrate提供Aura、BABE、PoW等多种生产区块的算法，sr25519格式的密钥及其关联的SS58地址会被Aura使用。

使用subkey generate命令生成两组sr25519格式密钥和SS58地址，我习惯加上--output-type json选项让输出看起来更清楚：

然后使用subkey inspect命令查找和sr25519密钥对应的ed25519密钥，后者会被GRANDPA用于最终确认，GRANDPA（GHOST-based Recursive ANcestor Deriving Prefix Agreement，基于GHOST的递归祖先派生前缀协议）是Polkadot中继链的最终决定性工具。

现在有了两组密钥，每组密钥的私钥对应两种格式的公钥和地址。

第一组：

第二组：

创建自定义Chain Spec

现在区块链网络的每个参与者都有了自己的密钥，可以创建自定义链规范。

上一篇文章启动Alice和Bob节点时，使用的是内置的预定义链规范（--chain local），下面的命令将其导出到名为customSpec.json的链规范文件中：

./target/release/node-template build-spec --disable-default-bootnode --chain local > customSpec.json

这里使用了node-template build-spec子命令，用法如下

node-template build-spec [FLAGS] [OPTIONS]

使用的--disable-default-bootnode标识会禁止将默认的引导节点添加到规范中。

导出的customSpec.json文件包含一些字段，最大的字段是code，它是运行时的Wasm二进制文件，是通过cargo build --release命令所构建的一部分。

需要关注的customSpec.json文件中的部分是用于生成区块的Aura授权（由palletAura字段表示），以及用于完成区块最终性确认的GRANDPA授权（由palletGrandpa字段表示）

palletAura字段的数据如下

"palletAura": { "authorities": [ "5GrwvaEF5zXb26Fz9rcQpDWS57CtERHpNehXCPcNoHGKutQY", "5FHneW46xGXgs5mUiveU4sbTyGBzmstUspZC92UhjJM694ty" ] }

palletGrandpa字段的数据如下

"palletGrandpa": { "authorities": [ ["5FA9nQDVg267DEd8m1ZypXLBnvN7SFxYwV7ndqSYGiN9TTpu", 1], ["5GoNkf6WdbxCFnPdAnYYQyCjAKPJgLNxXwPjwTh6DGg6gN3E", 1] ] }

palletGrandpa字段的数据更复杂一些，因为GRANDPA协议支持权重，这里每一个验证人的权重被设置为1。

下面要做的是把当前Alice和Bob节点的授权地址修改为上一步生成的地址：

可以在这两个字段中添加更多验证人信息，验证人不应该使用相同的密钥，那样会产生冲突的区块。

当chain spec准备好后，把它转换成初始（raw）chain spec，命令如下

./target/release/node-template build-spec --chain=customSpec.json --raw --disable-default-bootnode > customSpecRaw.json

customSpecRaw.json中的数据不会展示地址信息，网络中的所有验证人应共享customSpecRaw.json，因为从Rust到Wasm的构建过程是不可复制的，所以每个人都会得到一个略有不同的Wasm Blob（Binary large object，二进制大型对象），如果不使用相同的customSpecRaw.json会破坏共识。

创建自己的私有区块链网络

创建了自定义的链规范文件customSpecRaw.json并分发给所有参与者后，就可以启动自定义的私有区块链网络了，现在可以在多台计算机上启动不同的节点来构建区块链网络。

使用下面的命令启动第一个节点，如果base-path已经有链数据，需要先删除相关的链数据再启动

./target/release/node-template \ --base-path /tmp/node01 \ --chain ./customSpecRaw.json \ --port 30333 \ --ws-port 9944 \ --rpc-port 9933 \ --telemetry-url 'wss://telemetry.polkadot.io/submit/ 0' \ --validator \ --rpc-methods=Unsafe \ --name MyNode01

相比于之前启动的Alice节点，这里有一些不同的地方：

添加密钥到keystore

运行MyNode01节点后会发现没有任何区块产生，现在需要把密钥加入密钥库（keystore），需要为网络中的每个节点完成这一工作。

每个节点需要添加两种类型的密钥：

首先创建一个文件tmp.json，文件内容如下

{ "jsonrpc":"2.0", "id":1, "method":"author_insertKey", "params": [ "aura", "smooth maximum truly yard rose syrup violin turkey illegal title because knee", "0x32a11a38a5e74483ce7f604930c399297be55d4733ae69d7ef737140916ed84f" ] }

然后使用curl命令行工具插入密钥

curl http://localhost:9933 -H "Content-Type:application/json;charset=utf-8" -d "@tmp.json"

如果返回如下结果则插入成功

{"jsonrpc":"2.0","result":null,"id":1}

目前只有插入了node01节点的aura密钥，还要依次插入node01节点的GRANDPA密钥、node02节点的aura密钥、node02节点的GRANDPA密钥，插入GRANDPA密钥时第一个参数改成"gran"，插入完成后删除临时文件。

其他节点加入区块链网络

其他节点加入区块链网络和之间文章中Bob节点加入时类似，启动命令如下

./target/release/node-template \ --base-path /tmp/node02 \ --chain ./customSpecRaw.json \ --port 30334 \ --ws-port 9945 \ --rpc-port 9934 \ --telemetry-url 'wss://telemetry.polkadot.io/submit/ 0' \ --validator \ --rpc-methods=Unsafe \ --name MyNode02 \ --bootnodes /ip4/127.0.0.1/tcp/30333/p2p/12D3KooWMmukuGu27HzEd3BWRLmGuEXF3wxyL1qJk7xJtD2stecp

--bootnodes选项的配置可以在同一台物理计算机上，也可以是不同的物理计算机。

这里设置新节点名为MyNode02，配置引导节点为MyNode01，同样为验证人节点。

可以看到，两个节点开始生产和同步区块

如果节点未添加其Aura密钥，则将无法生产区块。

只有在2/3以上的验证人将其GRANDPA密钥添加到密钥库中的情况下，才能完成区块的最终确认，目前本地私有网络配置了两个验证人节点，因此只能在第2个节点添加其GRANDPA密钥后才能进行区块最终确认（50％ < 66％ < 100％）。

为了保证所有验证人节点是对等的，各节点必须使用相同的链规范文件，可以通过查看genesis block和state root hash来检验节点的对等性。

你可能会发现在添加了第2个节点的密钥后仍然没有发生区块的最终确认（finalized #0），那是因为插入GRANDPA密钥后，Substrate节点需要重新启动才能生效，按下Ctrl+C结束节点运行，再使用相同命令重新启动即可。

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编译者/作者：松果

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