PDA 派生

摘要

PDA 是通过将 seed、program ID 和 bump 组合后用 SHA-256 哈希，直到结果落在 Ed25519 曲线之外为止。规范 bump 是第一个生成曲线外地址的值。最多支持 16 个 seed，每个 seed 最多 32 字节。

背景

Solana Keypair 的值是 Ed25519 曲线上的点。一个 keypair 包含公钥（用作账户地址）和私钥（用于生成签名）。拥有私钥的人可以为该地址签署交易。

两个曲线上的账户地址

PDA 是有意派生到 Ed25519 曲线之外的。由于它不是有效的曲线点，因此不存在私钥，也没有外部方可以为其生成签名。只有派生该 PDA 的程序可以通过 invoke_signed 授权 PDA 上的操作。

曲线外地址

PDA 与 keypair 账户的区别

属性	keypair 账户	PDA 账户
地址类型	Ed25519 曲线上的地址	Ed25519 曲线外的地址
是否有私钥	有	没有
能否签署交易	可以（有私钥时）	不可以
CPI 时能否签名	不可以（除非交易中包含签名）	可以（通过 `invoke_signed`）
派生方式	生成 Ed25519 keypair	由 seed + program ID 决定性派生
典型用途	用户钱包、Program ID	程序拥有的数据账户

可选 seed

可选 seed 是用户自定义的字节串，作为 PDA 派生的输入。它们用于为某个程序创建唯一且可预测的地址。例如，使用 ["user", user_pubkey] 作为 seed，可以为每个用户派生出不同的 PDA。

seed 必须遵循以下约束：

每次派生最多 16 个 seed（MAX_SEEDS）
每个 seed 最多 32 字节（MAX_SEED_LEN）

bump seed

bump seed 是在派生过程中附加到可选 seed 后的单字节（0-255）。 find_program_address 会从 255 递减到 0，依次调用 create_program_address，直到结果不在 Ed25519 曲线上。第一个成功的值就是规范 bump。

程序应始终使用规范 bump，以确保从 seed 到地址的唯一且可预测的映射。

派生 PDA 时务必使用规范 bump。如果使用非规范 bump，会为同一组 seed 创建第二个有效地址，这可能导致攻击者替换为非预期账户，从而产生安全漏洞。

PDA 派生

派生算法

PDA 的派生在 SDK 的 create_program_address 函数中实现。算法流程如下：

校验 seed 数量不超过 MAX_SEEDS（16 个），且每个 seed 不超过 MAX_SEED_LEN（32 字节）。如有不符，返回 PubkeyError::MaxSeedLengthExceeded。
将所有 seed、程序 ID 以及字符串 "ProgramDerivedAddress" 一起进行 SHA-256 哈希，得到 32 字节结果。
检查结果是否为 Ed25519 曲线上的有效点。
如果结果在曲线上，返回 PubkeyError::InvalidSeeds（此地址会有对应私钥，违背 PDA 的安全性）。
如果结果不在曲线上，则将其作为 PDA 返回。

计算单元成本

该链上 syscall针对 create_program_address 每次调用收取1,500 CU。

try_find_program_address syscall 在进入时收取 1,500 CU（在循环前），然后每次循环中 bump 失败时额外收取 1,500 CU。

常见 seed 模式

seed 是应用特定的。常见模式包括：

模式	seed	用例
全局单例	`["global"]`	整个程序范围的配置账户
每用户账户	`["user", user_pubkey]`	每个用户每个程序一个账户
每用户每实体	`["vault", user_pubkey, mint_pubkey]`	代币金库、每用户每代币
计数器 / 顺序	`["order", user_pubkey, &order_id.to_le_bytes()]`	每用户的顺序记录

seed 在哈希前会被拼接，因此 ["ab", "cd"] 和 ["abcd"] 会生成相同的 PDA。请使用定长 seed 或分隔符以避免冲突。例如，["ab", "-", "cd"] 就不会产生歧义。

示例：派生 PDA

派生 PDA 仅计算地址，并不会在该地址上创建链上账户。账户必须通过单独的指令（通常是 create_account 通过 CPI）显式创建。

Solana SDK 提供了 PDA 派生函数。每个函数都需要：

Program ID：用于派生 PDA 的程序地址，该程序可以代表 PDA 签名。
可选 seed：预定义输入，如字符串、数字或其他账户地址。

SDK	函数
`@solana/kit` (TypeScript)	`getProgramDerivedAddress`
`@solana/web3.js` (TypeScript)	`findProgramAddressSync`
`solana_sdk` (Rust)	`find_program_address`

以下示例演示如何使用 Solana SDK 派生 PDA。点击 ▶ 运行 即可执行代码。

使用字符串 seed 派生 PDA

下面的示例演示如何使用 program ID 和可选的字符串 seed 派生 PDA。

import { Address, getProgramDerivedAddress } from "@solana/kit";

const programAddress = "11111111111111111111111111111111" as Address;
const seeds = ["helloWorld"];
const [pda, bump] = await getProgramDerivedAddress({
  programAddress,
  seeds
});

console.log(`PDA: ${pda}`);
console.log(`Bump: ${bump}`);

Console

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import { Address, getProgramDerivedAddress } from "@solana/kit";

const programAddress = "11111111111111111111111111111111" as Address;
const seeds = ["helloWorld"];
const [pda, bump] = await getProgramDerivedAddress({
  programAddress,
  seeds
});

console.log(`PDA: ${pda}`);
console.log(`Bump: ${bump}`);

Console

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使用地址 seed 派生 PDA

下面的示例演示如何使用 program ID 和可选的地址 seed 派生 PDA。

import {
  Address,
  getAddressEncoder,
  getProgramDerivedAddress
} from "@solana/kit";

const programAddress = "11111111111111111111111111111111" as Address;
const addressEncoder = getAddressEncoder();
const optionalSeedAddress = addressEncoder.encode(
  "B9Lf9z5BfNPT4d5KMeaBFx8x1G4CULZYR1jA2kmxRDka" as Address
);
const seeds = [optionalSeedAddress];
const [pda, bump] = await getProgramDerivedAddress({
  programAddress,
  seeds
});

console.log(`PDA: ${pda}`);
console.log(`Bump: ${bump}`);

Console

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import {
  Address,
  getAddressEncoder,
  getProgramDerivedAddress
} from "@solana/kit";

const programAddress = "11111111111111111111111111111111" as Address;
const addressEncoder = getAddressEncoder();
const optionalSeedAddress = addressEncoder.encode(
  "B9Lf9z5BfNPT4d5KMeaBFx8x1G4CULZYR1jA2kmxRDka" as Address
);
const seeds = [optionalSeedAddress];
const [pda, bump] = await getProgramDerivedAddress({
  programAddress,
  seeds
});

console.log(`PDA: ${pda}`);
console.log(`Bump: ${bump}`);

Console

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使用多个 seed 派生 PDA

下面的示例演示如何使用 program ID 和多个可选 seed 派生 PDA。

import {
  Address,
  getAddressEncoder,
  getProgramDerivedAddress
} from "@solana/kit";

const programAddress = "11111111111111111111111111111111" as Address;
const optionalSeedString = "helloWorld";
const addressEncoder = getAddressEncoder();
const optionalSeedAddress = addressEncoder.encode(
  "B9Lf9z5BfNPT4d5KMeaBFx8x1G4CULZYR1jA2kmxRDka" as Address
);
const seeds = [optionalSeedString, optionalSeedAddress];
const [pda, bump] = await getProgramDerivedAddress({
  programAddress,
  seeds
});

console.log(`PDA: ${pda}`);
console.log(`Bump: ${bump}`);

Console

Click to execute the code.

import {
  Address,
  getAddressEncoder,
  getProgramDerivedAddress
} from "@solana/kit";

const programAddress = "11111111111111111111111111111111" as Address;
const optionalSeedString = "helloWorld";
const addressEncoder = getAddressEncoder();
const optionalSeedAddress = addressEncoder.encode(
  "B9Lf9z5BfNPT4d5KMeaBFx8x1G4CULZYR1jA2kmxRDka" as Address
);
const seeds = [optionalSeedString, optionalSeedAddress];
const [pda, bump] = await getProgramDerivedAddress({
  programAddress,
  seeds
});

console.log(`PDA: ${pda}`);
console.log(`Bump: ${bump}`);

Console

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遍历所有 bump

以下示例展示了如何使用所有可能的 bump seed（255 到 0）进行 PDA 派生，说明 find_program_address 如何返回规范 bump：

未包含 Kit 示例，因为 createProgramDerivedAddress 函数未导出。

import { PublicKey } from "@solana/web3.js";

const programId = new PublicKey("11111111111111111111111111111111");
const optionalSeed = "helloWorld";

// Loop through all bump seeds (255 down to 0)
for (let bump = 255; bump >= 0; bump--) {
  try {
    const PDA = PublicKey.createProgramAddressSync(
      [Buffer.from(optionalSeed), Buffer.from([bump])],
      programId
    );
    console.log("bump " + bump + ": " + PDA);
  } catch (error) {
    console.log("bump " + bump + ": " + error);
  }
}

Console

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import { PublicKey } from "@solana/web3.js";

const programId = new PublicKey("11111111111111111111111111111111");
const optionalSeed = "helloWorld";

// Loop through all bump seeds (255 down to 0)
for (let bump = 255; bump >= 0; bump--) {
  try {
    const PDA = PublicKey.createProgramAddressSync(
      [Buffer.from(optionalSeed), Buffer.from([bump])],
      programId
    );
    console.log("bump " + bump + ": " + PDA);
  } catch (error) {
    console.log("bump " + bump + ": " + error);
  }
}

Console

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bump 255: Error: Invalid seeds, address must fall off the curve
bump 254: 46GZzzetjCURsdFPb7rcnspbEMnCBXe9kpjrsZAkKb6X
bump 253: GBNWBGxKmdcd7JrMnBdZke9Fumj9sir4rpbruwEGmR4y
bump 252: THfBMgduMonjaNsCisKa7Qz2cBoG1VCUYHyso7UXYHH
bump 251: EuRrNqJAofo7y3Jy6MGvF7eZAYegqYTwH2dnLCwDDGdP
bump 250: Error: Invalid seeds, address must fall off the curve
...
// remaining bump outputs

在此示例中，bump 255 会生成一个在曲线上的地址，因此失败。第一个有效的 bump 是 254，这使其成为规范的 bump。

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