Solana基础概念【下】

参考文档： HackQuest社区：https://www.hackquest.io/zh Solana中文文档： https://www.solana-cn.com/SolanaDocumention/home.html

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Solana 程序

Solana 程序，在其他链上叫做智能合约，是所有链上活动的基础。任何开发者都可以在 Solana 链上编写以及部署程序。每个程序都是一个链上账户，用于存储可执行逻辑，并组织成特定的功能，称为指令。链上的一切活动，从去中心化金融（DeFi），到非同质化代币（NFT），再到社交媒体，链上游戏，都由Solana程序所驱动。

Solana 程序模型的显着特征之一是代码和数据的分离。程序存储在程序账户中，它是无状态的，这意味着它们不会在内部存储任何状态，但它是可执行的executable，会执行相应的逻辑。相反，它们需要操作的所有数据都存储在单独的数据帐户中，这些帐户在 Transaction 交易中通过引用传递给程序账户，因为它本身是不可执行的。

Solana中将程序和状态分离的设计，使得程序可以独立于状态进行开发、测试、部署和升级，提高了程序的可重用性和可扩展性。相反在以太坊中，智能合约和状态是绑定到一起的，合约的升级是一件非常麻烦的事情，必须通过代理模式间接实现逻辑和状态的分离，才可以进行逻辑的升级，并且在新的智能合约中，新增变量的处理要非常小心，避免存储布局 Layout 冲突，覆盖掉旧变量。

程序分类

Solana程序通常可以分为以下两种：

On-chain Programs：这些是部署在 Solana 上的用户编写的程序，由开发者在 Solana 网络上根据具体业务场景开发的程序。它们可以通过升级权限进行升级，该权限通常是部署程序的帐户或者指定的其他账户。

Native programs：这些是集成到 Solana 核心模块中的程序。它们提供了验证节点（validator）运行所需的基本功能。native programs 只能通过网络范围内的软件更新进行升级。常见的原生程序有：

System Program：这是Solana最基础的原生程序之一。它负责管理新账户的创建和SOL代币在账户之间的转移。System Program的功能包括：

• 创建新账户
• 分配账户存储空间
• 转移SOL代币
• 管理账户所有权

BPF Loader Program 这个程序负责加载和执行其他程序。它将编译后的程序代码加载到Solana运行时环境中，使其可以被执行。BPF Loader的主要功能包括：

• 部署新程序
• 加载程序指令
• 管理程序升级

Vote program：这个程序在Solana的共识机制中扮演重要角色。它管理验证者节点的投票过程，包括：

• 记录验证者投票

• 管理投票账户

• 计算验证者的权益和奖励

  Solana Program Libraries - SPL：虽然SPL不是单一的程序，而是一系列标准化程序的集合，但它们也被视为原生程序的一部分。SPL定义了许多重要的链上活动标准，包括：

• 代币创建和管理（如SPL Token程序）

• 代币交换（如SPL Token Swap程序）

• 借贷协议

• 质押池管理

• 链上域名解析服务（如SPL Name Service）

其中 System Program 这个程序负责管理建立新账户以及在两个账户之间转账SOL。Solana SPL 程序定义了一系列的链上活动，其中包括针对代币的创建，交换，借贷，以及创建质押池，维护链上域名解析服务等。

系统程序

默认情况下，所有新帐户都归系统程序所有。系统程序执行几个关键任务，例如：

New Account Creation: Only the System Program can create new accounts.

• 创建新帐户：只有系统程序可以创建新帐户。
• 空间分配：设置每个账户的数据字段的字节容量。
• 分配程序所有权：系统程序创建帐户后，可以将指定的程序所有者重新分配给其他程序帐户。这就是自定义程序获取系统程序创建的新帐户的所有权的方式。 在Solana上，“钱包”只是系统程序拥有的帐户。钱包的lamport余额是账户拥有的SOL金额。

只有系统程序拥有的帐户才能用作交易费用支付方。

数据帐户

Solana程序是“无状态的”，这意味着程序帐户仅包含程序的可执行字节码。若要存储和修改其他数据，必须创建新帐户。这些帐户通常称为“数据帐户”。

数据帐户可以存储所有者程序代码中定义的任何任意数据。

请注意，只有系统程序可以创建新帐户。一旦系统程序创建了一个帐户，它就可以将新帐户的所有权转移到另一个程序。

换句话说，为自定义程序创建数据帐户需要两个步骤：

1. 调用系统程序创建一个帐户，然后将所有权转移给自定义程序
2. 调用现在拥有该帐户的自定义程序，然后初始化程序代码中定义的帐户数据

此数据帐户创建过程通常抽象为单个步骤，但了解基础过程很有帮助。

如何编写程序

这里我们看一个简单的 solana 程序，这是 Rust 编写的 hello world 程序，实现了简单的日志打印。通常我们将程序写在lib.rs文件中：

// 引入 Solana 程序的相关依赖
use solana_program::{
    account_info::AccountInfo,
    entrypoint,
    entrypoint::ProgramResult,
    pubkey::Pubkey,
    msg
};

// 程序入口点
entrypoint!(process_instruction);

// 指令处理逻辑
pub fn process_instruction(
    program_id: &Pubkey,
    accounts: &[AccountInfo],
    instruction_data: &[u8]
) -> ProgramResult{
    msg!("Hello, world!");

    Ok(())
}

所有的程序都有一个单独的入口点，类似于 Rust 中的main函数，指令的执行就是从这里开始的（即process_instruction），参数须包括：

• program_id: pubkey （程序ID，即程序地址）
• accounts: AccountInfo数组，指令所涉及的账户集合。
• instruction_data: byte array字节数组，即指令所需的参数，该例子中并没有用到。

在实际的项目中，通常不会把所有逻辑都写在lib.rs文件中，为了更清晰的划分功能模块，大部分程序遵循以下架构：

交易与指令

在Solana上，我们发送交易与网络进行交互。交易包括一个或多个 指令，每个指令代表一个要处理的具体操作。指令的执行逻辑存储在部署到Solana网络的程序上，每个程序都存储自己的指令集。

• 交易：是一组原子性的操作，代表对区块链状态的一系列更改，包括转账代币、调用程序、更新账户状态等。每个交易都具有唯一的签名，并由一个或多个指令组成。交易费用的支付通常使用 Solana 的原生代币 SOL。
• 签名：每个交易都必须由一个或多个账户的私钥进行签名，以确保交易的身份和完整性。
• 指令：是交易中的一条具体指令，包含执行指令所需的具体数据，可以包括执行指令的程序唯一标识 program_id、账户列表、指令参数、配置信息等，用于执行一个特定的操作。

以下是有关如何执行交易的关键细节：

• 执行顺序：如果交易包含多条指令，则按照指令添加到交易中的顺序进行处理。
• 原子性：交易是原子性的，这意味着它要么完全完成，所有指令都成功处理，要么完全失败。如果交易中的任何指令失败，则不会执行任何指令。

简单来说，可以将交易视为处理一条或多条指令的请求。

交易

Solana交易由以下组成：

1. 签名：交易中包含的签名数组。
2. 消息：要原子性处理的指令列表。

交易消息的结构包括：

• 消息头：指定签名者和只读账户的数量。
• 账户地址：交易指令所需的账户地址数组。
• 最近区块哈希：充当交易的时间戳。
• 指令：要执行的指令数组。

在进行一笔转账交易后我们可以在区块链浏览器查看相关操作，就可以看见一笔转账交易包含了三个指令:

• Set Compute Unit Price： 设置单个CU的价格
• Set Compute Unit Limit：设置最多能消耗的CU的数量
• Transfer: 进行一次转账

交易大小

Solana 网络坚持 1280 字节的最大传输单元 （MTU） 大小，符合IPv6 MTU大小限制，以确保通过 UDP 快速可靠地传输集群信息。在考虑必要的标头（IPv6 为 40 字节，分段为8 字节）后，仍有 1232 个字节可用于数据包的数据，例如序列化交易。

这意味着 Solana 交易的总大小限制为 1232 字节。签名和消息的组合不能超过此限制。

• 签名：每个签名需要 64 字节。签名的数量可能会有所不同，具体取决于交易的要求。
• 消息：消息包括说明、帐户和其他元数据，每个帐户需要 32 个字节。账户和元数据的组合大小可能会有所不同，具体取决于交易中包含的指令。

交易费用

执行一个交易就需要 Compute unit。 如果你熟悉 EVM，CU(Compute unit)就像是gas fee

当然如果你不熟悉也没关系，Solana 就像个由多个节点连接组成的公共巨型计算机，节点运行者往往需要投入大量的物理资源(如CPU, GPU)来维持巨型计算机的稳定运行，为了奖励节点运行者处理链上大量的交易维持网络的稳定，gas费将做为他们贡献的补偿。

当然 CU 的存在还有一些别的目的，比如：

1.通过对交易引入实际成本，减少网络垃圾

2.设定每笔交易的最低费用金额，为网络提供长期的经济稳定性

因此，当用户在链上发送一笔交易时，往往需要支付一笔手续费用于处理交易中所包含的指令。

CU最大限制

由于每笔交易中所包含的指令调用数量和数据量的不同，每笔交易都设定了最大的CU限制——”compute budget”以确保单笔交易的数据量不会过大从而造成网络的拥堵。

每条指令的执行都会消耗不同数量的CU，在消耗了大量的CU后(即消耗的CU已经超出了”compute budget”所限定的最大CU)，指令运行将停止并返回错误，从而导致交易失败。

交易费

在一笔转账交易中，我们可以看到其中包含了对于CU limit和CU price的设置。

指令Set Compute Unit Price中，可以看到compute budget 程序将每CU的价格设定为 50000 lamports (1 SOL = 1000,000,000 lamports)

指令Set Compute Unit Limit中，compute budget程序将该笔交易的CU消耗上限设置为200,000. 当一笔交易所有的指令CU消耗超过了200,000时，交易将会失败。

手续费的计算公式为: CU数量 * CU价格 = 手续费用

交易的确认

一笔交易在根据在solana网络上的确认程度可以分为以下几类主要状态:

'processed': 查询已通过连接节点获得1次确认的最新区块
'confirmed': 查询已通过集群获得1次确认的最新区块
'finalized': 查询已由集群完成的最新区块

指令

指令是链上处理特定操作的请求，是 程序中最小的连续执行逻辑单元。

在构建要添加到交易中的指令时，每个指令必须包括以下信息：

• 程序地址：指定被调用的程序。
• 账户：列出指令读取或写入的每个账户，包括使用 AccountMeta 结构体的其他程序。
• 指令数据：一个字节数组，用于指定要调用程序上的指令处理程序，以及指令处理程序所需的任何其他数据（函数参数）。

账户元

对于指令所需的每个账户，必须指定以下信息：

• pubkey：账户的链上地址
• is_signer：指定是否需要该帐户作为交易的签署者
• is_writable：指定是否修改帐户数据

这些信息被称为AccountMeta账户元。

通过指定指令所需的所有账户，以及每个账户是否可写，交易可以并行处理。

例如，两个不包含写入相同状态的任何账户的交易可以同时执行。