Rust区块链开发库cumulus-client-parachain-inherent的使用:实现Polkadot平行链共识与区块生产功能

Rust区块链开发库cumulus-client-parachain-inherent的使用:实现Polkadot平行链共识与区块生产功能

cumulus-client-parachain-inherent是Polkadot SDK的一部分,用于实现平行链的共识机制和区块生产功能。以下是使用该库的基本信息和示例代码。

安装

在项目目录中运行以下Cargo命令:

cargo add cumulus-client-parachain-inherent

或者在Cargo.toml中添加:

cumulus-client-parachain-inherent = "0.19.0"

基本使用示例

以下是使用cumulus-client-parachain-inherent实现平行链区块生产的基本示例:

use cumulus_client_parachain_inherent::{
    ParachainInherentData, 
    MockValidationDataInherentDataProvider
};
use sp_inherents::{InherentDataProviders, InherentData};
use sp_runtime::traits::{Block as BlockT, Header as HeaderT};

// 创建平行链固有数据提供者
fn create_inherent_data_providers<B: BlockT>(
    validation_data: Option<PersistedValidationData>,
) -> InherentDataProviders {
    let mut providers = InherentDataProviders::new();
    
    // 添加平行链固有数据提供者
    providers
        .register_provider(MockValidationDataInherentDataProvider::new(validation_data))
        .expect("Failed to register parachain inherent data provider");
        
    providers
}

// 构建平行链区块
async fn build_parachain_block<B: BlockT>(
    inherent_data: InherentData,
    parent_header: B::Header,
) -> Result<B, Error> {
    // 从固有数据中获取平行链固有数据
    let parachain_inherent_data = inherent_data
        .get_data::<ParachainInherentData>(&cumulus_client_parachain-inherent::INHERENT_IDENTIFIER)
        .expect("Parachain inherent data should be present");
        
    // 使用这些数据构建区块...
    // 这里通常包含区块生产的逻辑
    
    Ok(block)
}

// 示例验证数据
fn mock_validation_data() -> PersistedValidationData {
    PersistedValidationData {
        parent_head: Default::default(),
        relay_parent_storage_root: Default::default(),
        max_pov_size: 5 * 1024 * 1024, // 5MB
    }
}

#[tokio::main]
async fn main() {
    // 创建固有数据提供者
    let providers = create_inherent_data_providers::<Block>(Some(mock_validation_data()));
    
    // 创建固有数据
    let inherent_data = providers
        .create_inherent_data()
        .await
        .expect("Failed to create inherent data");
        
    // 构建区块
    let parent_header = Default::default();
    let block = build_parachain_block::<Block>(inherent_data, parent_header)
        .await
        .expect("Failed to build block");
    
    println!("Successfully built parachain block: {:?}", block);
}

完整示例代码

以下是一个更完整的示例,展示了如何设置平行链共识和区块生产:

use cumulus_client_parachain_inherent::{
    ParachainInherentData, 
    MockValidationDataInherentDataProvider
};
use cumulus_primitives_core::PersistedValidationData;
use sc_consensus::{
    BlockImport, BlockImportParams, ForkChoiceStrategy, ImportResult,
};
use sp_api::ProvideRuntimeApi;
use sp_blockchain::HeaderBackend;
use sp_consensus::{BlockOrigin, Environment, Proposer};
use sp_inherents::{InherentDataProviders, InherentData};
use sp_runtime::{
    traits::{Block as BlockT, Header as HeaderT},
    Justifications,
};
use std::{marker::PhantomData, sync::Arc};

// 平行链区块生产器
struct ParachainBlockProducer<B, C, E> {
    client: Arc<C>,
    environment: E,
    _phantom: PhantomData<B>,
}

impl<B, C, E> ParachainBlockProducer<B, C, E>
where
    B: BlockT,
    C: ProvideRuntimeApi<B> + HeaderBackend<B> + 'static,
    E: Environment<B>,
{
    // 创建新区块
    async fn produce_block(
        &mut self,
        parent_hash: B::Hash,
        inherent data: InherentData,
    ) -> Result<B, String> {
        let mut proposer = self
            .environment
            .init(&parent_hash)
            .map_err(|e| format!("Failed to initialize proposer: {:?}", e))?;
            
        let block = proposer
            .propose(
                inherent_data,
                Default::default(),
                std::time::Duration::from_secs(20),
                None,
            )
            .await
            .map_err(|e| format!("Proposing failed: {:?}", e))?
            .block;
            
        Ok(block)
    }
}

// 平行链区块导入器
struct ParachainBlockImport<B: BlockT, I> {
    inner: I,
    _phantom: PhantomData<B>,
}

impl<B: BlockT, I: BlockImport<B>> BlockImport<B> for ParachainBlockImport<B, I> {
    type Error = I::Error;

    fn import_block(
        &mut self,
        mut block: BlockImportParams<B>,
        cache: std::collections::HashMap<sp_consensus::CacheKeyId, Vec<u8>>,
    ) -> Result<ImportResult, Self::Error> {
        block.fork_choice = Some(ForkChoiceStrategy::LongestChain);
        self.inner.import_block(block, cache)
    }
}

// 主函数设置平行链共识
#[tokio::main]
async fn main() {
    // 1. 初始化客户端和环境
    // let client = ...;
    // let environment = ...;
    
    // 2. 创建固有数据提供者
    let validation_data = mock_validation_data();
    let inherent_providers = create_inherent_data_providers::<Block>(Some(validation_data));
    
    // 3. 创建区块生产器
    let mut block_producer = ParachainBlockProducer {
        client: client.clone(),
        environment,
        _phantom: PhantomData,
    };
    
    // 4. 获取最佳区块作为父区块
    let best_hash = client.info().best_hash;
    
    // 5. 创建固有数据
    let inherent_data = inherent_providers
        .create_inherent_data()
        .await
        .expect("Failed to create inherent data");
    
    // 6. 生产新区块
    let new_block = block_producer
        .produce_block(best_hash, inherent_data)
        .await
        .expect("Failed to produce block");
    
    // 7. 导入新区块
    let mut block_import = ParachainBlockImport {
        inner: client.clone(),
        _phantom: PhantomData,
    };
    
    let mut import_params = BlockImportParams::new(BlockOrigin::Own, new_block.header().clone());
    import_params.body = Some(new_block.extract_body());
    import_params.justifications = Some(Justifications::default());
    import_params.fork_choice = Some(ForkChoiceStrategy::LongestChain);
    
    block_import
        .import_block(import_params, Default::default())
        .expect("Failed to import block");
    
    println!("Successfully produced and imported parachain block");
}

// 模拟验证数据
fn mock_validation_data() -> PersistedValidationData {
    PersistedValidationData {
        parent_head: Default::default(),
        relay_parent_storage_root: Default::default(),
        max_pov_size: 5 * 1024 * 1024, // 5MB
    }
}

这个示例展示了如何使用cumulus-client-parachain-inherent库来:

  1. 设置平行链固有数据提供者
  2. 创建包含平行链特定数据的区块
  3. 实现平行链区块生产逻辑
  4. 处理区块导入过程

注意:实际使用时需要根据具体链的实现进行调整,并添加适当的错误处理和配置。


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Rust区块链开发库cumulus-client-parachain-inherent的使用:实现Polkadot平行链共识与区块生产功能

完整示例演示

下面是一个更完整的平行链实现示例,结合了上述所有关键部分:

use cumulus_client_parachain_inherent::{
    ParachainInherentData, 
    ParachainConsensus,
    ParachainCandidate,
    ParachainBlockImport
};
use sp_inherents::{InherentData, InherentDataProvider};
use sp_runtime::{traits::Block as BlockT, Header};
use sc_client_api::Backend;
use sc_consensus::BlockImport;
use sc_service::{TaskManager, Configuration};

// 定义区块类型
type Block = sp_runtime::generic::Block<Header, sp_runtime::OpaqueExtrinsic>;

// 自定义平行链共识实现
struct CustomParachainConsensus<Client, Backend> {
    client: Arc<Client>,
    backend: Arc<Backend>,
    task_manager: TaskManager,
}

#[async_trait::async_trait]
impl<Client, Backend> ParachainConsensus<Block> for CustomParachainConsensus<Client, Backend> 
where
    Client: ProvideRuntimeApi<Block> + Send + Sync + 'static,
    Backend: Backend<Block> + 'static,
{
    async fn produce_candidate(
        &self,
        parent_header: &Header,
        relay_parent: Hash,
        validation_data: &PersistedValidationData,
    ) -> Option<ParachainCandidate<Block>> {
        // 准备inherent数据
        let inherent_data = ParachainInherentData::new(relay_parent, validation_data.clone());
        
        // 创建区块构建器
        let mut builder = self.client.new_block_at(
            parent_header.hash(),
            Default::default(),
            false
        ).ok()?;
        
        // 添加inherent数据
        builder.push(inherent_data).ok()?;
        
        // 构建区块
        let built_block = builder.build().ok()?;
        
        // 返回候选区块
        Some(ParachainCandidate {
            block: built_block.block,
            proof: Vec::new(), // 实际应用中需要生成正确的证明
        })
    }
}

// 服务构建函数
fn build_service(config: Configuration) -> Result<(), sc_service::Error> {
    // ... 初始化客户端和其他组件 ...
    
    // 创建区块导入器
    let block_import = ParachainBlockImport::new(
        client.clone(),
        backend.clone(),
        task_manager.spawn_handle(),
    );
    
    // 创建提案者
    let proposer = sc_basic_authorship::ProposerFactory::new(
        task_manager.spawn_handle(),
        client.clone(),
        transaction_pool.clone(),
        prometheus_registry.clone(),
    );
    
    // 创建自定义共识
    let consensus = CustomParachainConsensus {
        client: client.clone(),
        backend: backend.clone(),
        task_manager: task_manager.clone(),
    };
    
    // 配置平行链服务
    let mut builder = sc_service::ServiceBuilder::new()
        .with_consensus(consensus)
        .with_block_import(block_import)
        .with_proposer(proposer);
    
    // 构建并运行服务
    let service = builder.build()?;
    task_manager.spawn_essential_handle().spawn_blocking("service", service.run());
    
    Ok(())
}

// Runtime实现
impl cumulus_client_parachain_inherent::ParachainInherentDataProvider for Runtime {
    fn parachain_inherent_data_provider(
        &self,
        relay_parent: Hash,
        validation_data: &PersistedValidationData,
    ) -> Option<Box<dyn InherentDataProvider>> {
        Some(Box::new(ParachainInherentData::new(
            relay_parent,
            validation_data.clone(),
        )))
    }
}

关键组件说明

  1. CustomParachainConsensus: 自定义共识实现,负责生产候选区块
  2. ParachainBlockImport: 处理区块导入逻辑,确保区块符合平行链要求
  3. ParachainInherentData: 提供与中继链交互所需的数据
  4. Service构建: 将所有组件集成到服务中

实现步骤

  1. 定义你的平行链区块类型
  2. 实现自定义共识逻辑
  3. 配置区块导入器
  4. 设置Runtime的inherent数据提供者
  5. 构建并运行服务

测试建议

  1. 使用Polkadot测试网进行集成测试
  2. 验证区块生产和提交流程
  3. 测试与中继链的交互是否正常
  4. 监控区块生产时间和资源使用情况

这个完整示例展示了如何从零开始构建一个基本的平行链节点,包含了区块生产、共识实现和服务集成的关键部分。

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