Solana内部解析 第1部分：什么是本地链上程序及其重要性？

Solana 有一些内置的（原生链上）程序（例如 system_program, spl_token, stake, vote, ed25519 等），提供基本的指令并且一般是可信的。

在这篇文章中，我们介绍这些程序的内部机制，并强调一些细节。

原生 Solana 程序列表

每个 Solana 程序（包括原生和用户部署的智能合约）都有一个唯一的 program_id，对应程序的公钥（pubkey）。

以下是原生 Solana 程序及其对应的 program_ids 列表

此外，spl_token 和 spl_associated_token_account 也是官方 Solana 程序，使用频率较高，因此我们也考虑它们：

跨程序调用

当一个程序调用另一个程序时，被调用程序的 program_id 将会通过以下两种函数之一传递给调用：

• solana_program::program::invoke

• solana_program::program::invoke_signed

注意：在内部，invoke 调用 invoke_signed，但没有 signer_seeds。

program_id 是 instruction 的第一个参数，如下所定义：

在 invoke 和 invoke_signed 内，首先进行 RefCell 检查，以确保账户 RefCells 与请求一致：

由于嵌套循环，RefCell 检查可能会消耗计算单元。

为了避免这个开销，dapps 可能选择使用 invoke_unchecked 和 invoke_signed_unchecked，即 invoke 和 invoke_signed 的未检查版本，不会检查 RefCells。然而，请自行承担使用 invoke_unchecked 和 invoke_signed_unchecked 的风险：仅在确认指令中使用的账户与 account_infos 中的账户一致时使用。

Solana 原生加载器和 BPF 加载器

在 Solana 中，每个账户，包括 Solana 程序都有一个所有者。当在跨程序调用中调用 Solana 程序时，其所有者用于处理指令（invoke 或 invoke_signed）。对于 Solana 程序，它们的所有者可以是 native loader 或 BPF 加载器。

native loader（NativeLoader1111111111111111111111111111111）是一个特殊程序，是大多数原生 Solana 程序的所有者（那些 program_ids 以 111111111111111111111111111 结尾）。

当在跨程序调用中调用原生 Solana 程序时，使用原生加载器将原生程序加载到 Solana 运行时并处理指令。

原生加载器还是三个 BPF 加载器的所有者：

• BPFLoaderUpgradeab1e （可升级的 Solana BPF 加载器。可升级 BPF 加载器负责部署、升级和执行 BPF 程序。）
• BPFLoader2 （最新的 Solana BPF 加载器。BPF 加载器负责加载、最终确定和执行 BPF 程序。）
• BPFLoader（最初和现在已弃用的 Solana BPF 加载器）

大多数 Solana 智能合约使用可升级 BPF 加载器来部署程序，因此它们的所有者是 BPFLoaderUpgradeab1e，并且可以进行升级（由在程序部署时设置的升级权限控制）。

一些 Solana 程序是不可变的，因为它们是由 BPFLoader2 或 BPFLoader 加载的。

例如，SPL Token spl_token 和关联代币 spl_associated_token_account 程序由 BPFLoader2 加载，并且它们是不可变的。

system_program 程序

系统程序 可能是被调用最频繁的程序，通常使用以下两条指令调用：

• system_instruction::create_account
• system_instruction::transfer

系统程序提供多个重要功能：

1. 创建新账户
2. 分配账户数据
3. 将账户分配给拥有程序
4. 从系统程序拥有的账户转移 lamports
5. 支付交易费用。

系统程序是所有钱包账户的 所有者。

注意：只有账户的所有者才能对账户进行写入访问。如果一个账户没有被程序拥有，程序只能读取其数据并为账户充值（但不能从账户中扣除）。

当账户通过 create_account 创建时，系统程序也是该账户的 默认所有者。然后允许转移 lamports，并且重要的是 分配 账户所有权，即将所有者更改为不同的程序_id。

spl_token 程序

SPL Token 程序 提供用于创建和管理代币的功能（包括可替代代币和不可替代代币，即 NFTs）。

spl_token 通常用于创建新代币、铸造、销毁和分发给用户。以下指令在 Solana 智能合约中经常使用：

• 创建代币账户：spl_token::instruction::initialize_account ‍
• 创建代币铸造：spl_token::instruction::initialize_mint
• 向账户铸造新代币：spl_token::instruction::mint_to ‍
• 从一个账户转移代币到另一个账户：spl_token::instruction::transfer
• 通过从账户中移除代币来销毁代币：spl_token::instruction::burn
• 批准代理人：spl_token::instruction::approve

spl_associated_token_account 程序

关联代币程序 允许用户为他们拥有的每个代币创建主代币账户。内部将用户的钱包地址映射到每个代币铸造的唯一关联代币账户。

具体来说，要为给定的钱包地址和代币铸造创建关联代币账户： create_associated_token_account

stake 程序

Stake 程序 用于创建和管理表示验证者或其委托人权益和奖励的账户。

以下指令经常使用：

• 用锁定和授权信息初始化权益：stake::instruction::initialize ‍
• 授权一个密钥以管理权益或提款：stake::instruction::authorize
• 从权益账户中提取未锁定的 lamports：stake::instruction::withdraw ‍
• 设置权益锁定：stake::instruction::set_lockup ‍
• 禁用账户中的权益：stake::instruction::deactivate_stake ‍
• 合并两个权益账户：stake::instruction::merge ‍
• 从权益账户中分离出权益到另一个权益账户：stake::instruction::split ‍
• 将权益委托给特定的投票账户：stake::instruction::delegate_stake

投票程序

投票程序 用于创建和管理跟踪验证者投票状态和奖励的账户。

配置程序

配置程序 用于将配置数据添加到链上，包括允许修改数据的公钥列表。

投票和配置主要由 Solana 验证者使用，因此我们在此省略细节。

ed25519 签名验证程序

Ed25519 签名验证程序 接收一个 ed25519 签名、公钥和消息，并用于验证该消息是否由（相应的私钥）签名。

默认情况下，使用所有可用 CPU 核心并行验证签名。当可用性能库时，签名验证会转移到 GPU。

可以验证多个签名。如果任意签名验证失败，将返回错误。

secp256k1 恢复程序

Secp256k1 恢复程序 用于从已签名消息中恢复 Secp256k1 公钥（ecrecover）。这是为了支持以太坊 / Solana 桥接。

Secp256k1 是流行区块链（例如，比特币、以太坊）用于实现公钥密码学的椭圆曲线名称。该曲线上的所有点都是有效的公钥。

Ed25519 和 Secp256k1 程序在 Solana 中预编译以最大化性能。

从安全角度看

应该注意，尽管这些原生程序通常是可信赖的（且大部分是稳定的），但为了确保安全，了解其假设并以预期的方式使用指令是很重要的。

我们使用 SPL Token 程序的安全案例来说明这一点。

在 spl-token v3.1.1（于 2021 年 5 月 18 日发布）之前，代币指令代码存在一个漏洞，允许调用任意程序（而不是实际的 spl-token 程序）。修复在 这个提交 中。

修复在所有代币指令函数中添加了 check_program_account，以确保用户提供的 token_program_id 与 spl-token program_id TokenkegQfeZyiNwAJbNbGKPFXCWuBvf9Ss623VQ5DA 相同。

check_program_account 函数如下所示：

该漏洞的根本原因在于对 spl-token 程序预期用法与潜在用法之间存在不一致的假设。

因此，为了避免一般性这样的漏洞（从而防御攻击），重要的是

• 检查这些原生程序的预期用法

• 添加必要的用户检查

• 始终使用修复过的版本（例如，spl-token v3.1.1 及以上）。

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关于 sec3（前称 Soteria）

sec3 是一家安全研究公司，为数百万用户的 Solana 项目提供保障。sec3 的 Launch Audit 是一项严格的、由研究人员主导的代码检查，调查并认证主网级智能合约；sec3 的持续审计软件平台 X-ray 与 GitHub 集成，逐步扫描拉取请求，帮助项目在部署前巩固代码；而 sec3 的后部署安全解决方案 WatchTower 确保资金安全。sec3 正在构建基于技术的可扩展解决方案，以确保 Web3 项目在扩展时保持安全。

• 原文链接： sec3.dev/blog/solana-int...
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