Solana核心概念: Solana 交易和指令

在 Solana 上，我们通过发送交易来与网络交互。

交易包含一个或多个指令，每个指令代表一个特定的操作，

指令的执行逻辑存储在部署到 Solana 网络的程序中。

以下是交易执行的关键细节：

交易执行顺序与原子性

执行顺序：如果一个交易包含多个指令，这些指令会按照它们在交易中的顺序依次处理。
原子性：交易是原子的，要么所有指令全部成功执行，要么全部失败。如果任何一个指令失败，整个交易都不会执行。

可以简单地将交易看作是处理一个或多个指令的请求。

交易中的关键点

Solana 交易由与网络上各种程序交互的指令组成，每个指令代表一个特定的操作。
每个指令指定要执行指令的程序、指令所需的账户以及指令执行所需的数据。
交易中的指令按列出的顺序处理。
交易是原子的，要么所有指令全部成功执行，要么整个交易失败。
交易的最大大小为1232字节。

基本示例

下面是一个包含单个指令的交易的示意图，该指令用于将 SOL 从发送方转移到接收方。

在 Solana 上，钱包是由系统程序拥有的账户。

根据 Solana 账户模型，只有拥有账户的程序才可以修改账户上的数据。

因此，从“钱包”账户转移 SOL 需要发送一个交易，以调用系统程序上的转移指令。

发送方账户必须包含在交易的签名者（is_signer）中，以批准扣除其lamport余额。

发送方和接收方账户都必须是可变的（is_writable），因为该指令会修改两个账户的lamport余额。

一旦交易发送，系统程序将被调用来处理转账指令。然后，系统程序将相应地更新发送方和接收方帐户的lamport余额。

简单的SOL转账

以下是一个 Solana Playground 示例，演示如何使用 SystemProgram.transfer 方法构建 SOL 转账指令：

// Define the amount to transfer
const transferAmount = 0.01; // 0.01 SOL
 
// Create a transfer instruction for transferring SOL from wallet_1 to wallet_2
const transferInstruction = SystemProgram.transfer({
  fromPubkey: sender.publicKey,
  toPubkey: receiver.publicKey,
  lamports: transferAmount * LAMPORTS_PER_SOL, // Convert transferAmount to lamports
});
 
// Add the transfer instruction to a new transaction
const transaction = new Transaction().add(transferInstruction);

运行脚本并检查记录在控制台的交易详细信息。在下面的部分中，我们将逐步讲解发生在幕后的细节。

交易

Solana 交易的组成

Solana 交易包括以下部分：

签名：交易中包含的一组签名。
消息：要原子处理的指令列表。

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：指令所需的账户地址数组。
最近区块哈希：作为交易时间戳的区块哈希。
指令：要执行的指令数组。

交易大小

Solana 网络遵循 1280 字节的最大传输单元（MTU）大小。去掉必要的头（40 字节用于 IPv6 和 8 字节用于分段头），剩余 1232 字节用于数据包数据，例如序列化的交易。

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。签名的数量可以根据交易的要求而变化。
消息：消息包括指令、账户和附加元数据，每个账户需要 32 字节。账户加上元数据的组合大小可以根据交易中包含的指令而变化。

消息头

消息头指定交易中账户地址数组中账户的权限，由三个 u8 整数组成，分别表示：

交易所需的签名数量。
需要签名的只读账户地址数量。
不需要签名的只读账户地址数量。

紧凑数组格式

紧凑数组是按以下格式序列化的数组：

数组长度，以紧凑 u16 编码。
数组的各个项目按顺序列出。

这种编码方法用于指定交易消息中账户地址和指令数组的长度。

账户地址数组

交易消息包含一个数组，其中包含了交易中所有指令所需的所有账户地址。

该数组以紧凑型的 u16 编码开始，表示账户地址的数量，然后是按账户权限排序的地址。 消息头中的元数据用于确定每个部分中的账户数量。

可写且有签名的帐户
只读且有签名的帐户
可写但无签名的帐户
只读且无签名的帐户

指令数组

交易消息包含一个包含请求进行处理的所有指令的数组。交易消息中的指令采用CompiledInstruction的格式。

与账户地址数组类似，这个紧凑数组以指令数量的紧凑u16编码开头，后跟一组指令。数组中的每个指令指定以下信息：

程序 ID：标识将处理指令的链上程序。这表示为指向账户地址数组内帐户地址的 u8 索引。
紧凑的帐户地址索引数组：指向指令所需的每个帐户的帐户地址数组的 u8 索引数组。
稀疏的不透明 u8 数据数组：与调用的程序特定的 u8 字节数组。这些数据指南程序要调用的指令，以及指令所需的任何其他数据（如函数参数）。

示例交易结构

下面是一个事务结构的示例，包括单个 SOL 转账指令。它显示消息详细信息，包括头部、帐户密钥、块哈希和指令，以及事务的签名。

header：包括用于指定accountKeys数组中的读/写和签署者权限的数据。
accountKeys：数组，包括事务中所有指令的帐户地址。
recentBlockhash：事务创建时包含的块哈希。
instructions：数组，包括事务中的所有指令。指令中的每个account和programIdIndex按索引引用accountKeys数组。
signatures：数组，包括所有由事务中的指令作为签署者所需的帐户的签名。签名是通过使用相应的私钥为帐户签署事务消息而创建的。

"transaction": {
    "message": {
      "header": {
        "numReadonlySignedAccounts": 0,
        "numReadonlyUnsignedAccounts": 1,
        "numRequiredSignatures": 1
      },
      "accountKeys": [
        "3z9vL1zjN6qyAFHhHQdWYRTFAcy69pJydkZmSFBKHg1R",
        "5snoUseZG8s8CDFHrXY2ZHaCrJYsW457piktDmhyb5Jd",
        "11111111111111111111111111111111"
      ],
      "recentBlockhash": "DzfXchZJoLMG3cNftcf2sw7qatkkuwQf4xH15N5wkKAb",
      "instructions": [
        {
          "accounts": [
            0,
            1
          ],
          "data": "3Bxs4NN8M2Yn4TLb",
          "programIdIndex": 2,
          "stackHeight": null
        }
      ],
      "indexToProgramIds": {}
    },
    "signatures": [
      "5LrcE2f6uvydKRquEJ8xp19heGxSvqsVbcqUeFoiWbXe8JNip7ftPQNTAVPyTK7ijVdpkzmKKaAQR7MWMmujAhXD"
    ]
  }

指令

指令是在链上处理特定操作的请求，并且是程序中执行逻辑的最小连续单位。

在构建要添加到交易中的指令时， 每个指令必须包含以下信息：

程序地址：指定要调用的程序。
账户：列出每个指令从中读取或写入的每个帐户，包括其他程序，使用 AccountMeta 结构。
指令数据：一个字节数组，指定要调用程序上的哪个指令处理程序，以及指令处理程序需要的任何其他数据（函数参数）。

AccountMeta

对于每个指令所需的帐户，必须指定以下信息： pubkey：帐户的链上地址 is_signer：指定帐户是否作为交易的签名者 is_writable：指定帐户数据是否将被修改

此信息称为AccountMeta。

通过指定指令所需的所有账户，并指明每个账户是否可写，可以并行处理交易。

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。

示例指令结构

以下是 SOL 转账指令结构的示例，详细说明了指令所需的账户密钥、程序 ID 和数据。

keys：包含了每个指令所需的 AccountMeta。
programId：包含了被调用指令执行逻辑的程序地址。
data：作为字节缓冲区的指令数据。

{
  "keys": [
    {
      "pubkey": "3z9vL1zjN6qyAFHhHQdWYRTFAcy69pJydkZmSFBKHg1R",
      "isSigner": true,
      "isWritable": true
    },
    {
      "pubkey": "BpvxsLYKQZTH42jjtWHZpsVSa7s6JVwLKwBptPSHXuZc",
      "isSigner": false,
      "isWritable": true
    }
  ],
  "programId": "11111111111111111111111111111111",
  "data": [2,0,0,0,128,150,152,0,0,0,0,0]
}

扩展示例

构建程序指令的细节通常通过客户端库进行抽象。但是，如果没有可用的库，您总是可以退而手动构建指令。

手动 SOL 转账

这是一个 Solana Playground 的例子，演示如何手动构建 SOL 转账指令：

// Define the amount to transfer
const transferAmount = 0.01; // 0.01 SOL
 
// Instruction index for the SystemProgram transfer instruction
const transferInstructionIndex = 2;
 
// Create a buffer for the data to be passed to the transfer instruction
const instructionData = Buffer.alloc(4 + 8); // uint32 + uint64
// Write the instruction index to the buffer
instructionData.writeUInt32LE(transferInstructionIndex, 0);
// Write the transfer amount to the buffer
instructionData.writeBigUInt64LE(BigInt(transferAmount * LAMPORTS_PER_SOL), 4);
 
// Manually create a transfer instruction for transferring SOL from sender to receiver
const transferInstruction = new TransactionInstruction({
  keys: [
    { pubkey: sender.publicKey, isSigner: true, isWritable: true },
    { pubkey: receiver.publicKey, isSigner: false, isWritable: true },
  ],
  programId: SystemProgram.programId,
  data: instructionData,
});
 
// Add the transfer instruction to a new transaction
const transaction = new Transaction().add(transferInstruction);

在幕后，使用SystemProgram.transfer方法的简单示例在功能上等同于上面更冗长的示例。 SystemProgram.transfer方法简单地隐藏了为每个操作所需的指令数据缓冲区和AccountMeta的详细信息。