程序 | Solana

在 Solana 中，智能合约被称为程序（program）。程序是一个无状态的账户，其中包含可执行代码。这些代码被组织成称为指令（instructions）的函数。用户通过发送包含一个或多个指令的交易与程序交互。一个交易可以包含来自多个程序的指令。

当程序被部署时，Solana 使用 LLVM 将其编译为可执行和链接格式 (ELF)。ELF 文件包含以 Solana 字节码格式（sBPF）编写的程序二进制文件，并存储在链上的可执行账户中。

sBPF 是 Solana 定制的 eBPF 字节码版本。

编写程序

大多数程序使用 Rust 编写，常见的开发方法有两种：

Anchor：Anchor 是一个为快速和简单的 Solana 开发设计的框架。它使用 Rust 宏来减少样板代码，非常适合初学者。
原生 Rust：直接使用 Rust 编写程序，不依赖任何框架。这种方法提供了更多的灵活性，但也增加了复杂性。

更新程序

要修改现有程序，必须将一个账户指定为升级权限。（通常是最初部署程序的同一个账户。）如果升级权限被撤销并设置为 None，则该程序将无法再被更新。

验证程序

Solana 支持可验证构建，允许用户检查程序的链上代码是否与其公开的源代码匹配。Anchor 框架提供了内置支持来创建可验证构建。

要检查现有程序是否已验证，可以在 Solana Explorer上搜索其程序 ID。或者，您可以使用 Ellipsis Labs 的 Solana Verifiable Build CLI 独立验证链上程序。

内置程序

System Program

System Program 是唯一可以创建新账户的账户。默认情况下，所有新账户都归 System Program 所有，尽管许多账户在创建时会被分配给新的所有者。System Program 执行以下关键功能：

功能	描述
新账户创建	只有 System Program 可以创建新账户。
空间分配	设置每个账户数据字段的字节容量。
分配程序所有权	一旦 System Program 创建了一个账户，它可以将指定的程序所有者重新分配给另一个程序账户。这就是自定义程序如何接管由 System Program 创建的新账户的所有权。
转移 SOL	将 lamports（SOL）从 System Accounts 转移到其他账户。

System Program 的地址是 11111111111111111111111111111111。

加载器程序

每个程序都由另一个程序（其加载器）拥有。加载器用于部署、重新部署、升级或关闭程序。它们还用于完成程序并转移程序权限。

加载器程序有时被称为“BPF 加载器”。

目前有五个加载器程序，如下表所示。

加载器	程序 ID	备注	指令链接
native	`NativeLoader1111111111111111111111111111111`	拥有其他四个加载器	—
v1	`BPFLoader1111111111111111111111111111111111`	管理指令已禁用，但程序仍然执行	—
v2	`BPFLoader2111111111111111111111111111111111`	管理指令已禁用，但程序仍然执行	指令
v3	`BPFLoaderUpgradeab1e11111111111111111111111`	程序部署后可以更新。程序可执行文件存储在一个单独的程序数据账户中	指令
v4	`LoaderV411111111111111111111111111111111111`	开发中（未发布）	指令

使用 loader-v3 或 loader-v4 部署的程序在部署后可能是可修改的，这取决于其升级权限。

当部署新程序时，默认会使用最新的加载器版本。

预编译程序

除了加载器程序，Solana 还提供以下预编译程序。

验证 ed25519 签名

ed25519 程序用于验证一个或多个 ed25519 签名。

程序	程序 ID	描述	指令
Ed25519 程序	`Ed25519SigVerify111111111111111111111111111`	验证 ed25519 签名。如果任何签名验证失败，将返回错误。	指令

ed25519 程序处理一个指令。指令的第一个 u8 包含要验证的签名数量，后跟一个单字节填充。之后，为每个要验证的签名序列化以下结构。

Ed25519SignatureOffsets

struct Ed25519SignatureOffsets {
    signature_offset: u16,             // offset to ed25519 signature of 64 bytes
    signature_instruction_index: u16,  // instruction index to find signature
    public_key_offset: u16,            // offset to public key of 32 bytes
    public_key_instruction_index: u16, // instruction index to find public key
    message_data_offset: u16,          // offset to start of message data
    message_data_size: u16,            // size of message data
    message_instruction_index: u16,    // index of instruction data to get message data
}

Signature verification pseudocode

process_instruction() {
    for i in 0..count {
        // i'th index values referenced:
        instructions = &transaction.message().instructions
        instruction_index = ed25519_signature_instruction_index != u16::MAX ? ed25519_signature_instruction_index : current_instruction;
        signature = instructions[instruction_index].data[ed25519_signature_offset..ed25519_signature_offset + 64]
        instruction_index = ed25519_pubkey_instruction_index != u16::MAX ? ed25519_pubkey_instruction_index : current_instruction;
        pubkey = instructions[instruction_index].data[ed25519_pubkey_offset..ed25519_pubkey_offset + 32]
        instruction_index = ed25519_message_instruction_index != u16::MAX ? ed25519_message_instruction_index : current_instruction;
        message = instructions[instruction_index].data[ed25519_message_data_offset..ed25519_message_data_offset + ed25519_message_data_size]
        if pubkey.verify(signature, message) != Success {
            return Error
        }
    }
    return Success
}

验证 secp256k1 恢复

secp256k1 程序用于验证 secp256k1 公钥恢复操作。

程序	程序 ID	描述	指令
Secp256k1 程序	`KeccakSecp256k11111111111111111111111111111`	验证 secp256k1 公钥恢复操作（ecrecover）。	指令

secp256k1 程序处理一个指令。指令的第一个字节包含要验证的公钥数量。之后，为每个公钥创建以下结构，然后序列化并添加到指令数据中。

Secp256k1SignatureOffsets

struct Secp256k1SignatureOffsets {
    secp_signature_offset: u16,            // offset to [signature,recovery_id] of 64+1 bytes
    secp_signature_instruction_index: u8,  // instruction index to find signature
    secp_pubkey_offset: u16,               // offset to ethereum_address pubkey of 20 bytes
    secp_pubkey_instruction_index: u8,     // instruction index to find pubkey
    secp_message_data_offset: u16,         // offset to start of message data
    secp_message_data_size: u16,           // size of message data
    secp_message_instruction_index: u8,    // instruction index to find message data
}

Recovery verification pseudocode

process_instruction() {
  for i in 0..count {
      // i'th index values referenced:
      instructions = &transaction.message().instructions
      signature = instructions[secp_signature_instruction_index].data[secp_signature_offset..secp_signature_offset + 64]
      recovery_id = instructions[secp_signature_instruction_index].data[secp_signature_offset + 64]
      ref_eth_pubkey = instructions[secp_pubkey_instruction_index].data[secp_pubkey_offset..secp_pubkey_offset + 20]
      message_hash = keccak256(instructions[secp_message_instruction_index].data[secp_message_data_offset..secp_message_data_offset + secp_message_data_size])
      pubkey = ecrecover(signature, recovery_id, message_hash)
      eth_pubkey = keccak256(pubkey[1..])[12..]
      if eth_pubkey != ref_eth_pubkey {
          return Error
      }
  }
  return Success
}

这允许用户在交易中指定任何指令数据用于签名和消息数据。通过指定一个特殊的指令 sysvar，还可以从交易本身接收数据。

交易成本将计算需要验证的签名数量，并乘以签名验证成本系数。

secp256r1 程序用于验证最多 8 个 secp256r1 签名。

程序	程序 ID	描述	指令链接
Secp256r1 程序	`Secp256r1SigVerify1111111111111111111111111`	验证最多 8 个 secp256r1 签名。需要提供签名、公钥和消息。如果任何一个失败，则返回错误。	指令

secp256r1 程序处理一个指令。指令的第一个 u8 是需要检查的签名数量，后跟一个单字节填充。之后，为每个签名创建以下结构体，然后序列化并添加到指令数据中。

Secp256r1SignatureOffsets

struct Secp256r1SignatureOffsets {
    signature_offset: u16,             // offset to compact secp256r1 signature of 64 bytes
    signature_instruction_index: u16,  // instruction index to find signature
    public_key_offset: u16,            // offset to compressed public key of 33 bytes
    public_key_instruction_index: u16, // instruction index to find public key
    message_data_offset: u16,          // offset to start of message data
    message_data_size: u16,            // size of message data
    message_instruction_index: u16,    // index of instruction data to get message data
}

所有签名都强制使用低 S 值，以避免意外的签名可变性。

Signature verification psuedocode

process_instruction() {
    if data.len() < SIGNATURE_OFFSETS_START {
        return Error
    }

    num_signatures = data[0] as usize
    if num_signatures == 0 || num_signatures > 8 {
        return Error
    }

    expected_data_size = num_signatures * SIGNATURE_OFFSETS_SERIALIZED_SIZE + SIGNATURE_OFFSETS_START
    if data.len() < expected_data_size {
        return Error
    }

    for i in 0..num_signatures {
        offsets = parse_signature_offsets(data, i)

        signature = get_data_slice(data, instruction_datas, offsets.signature_instruction_index, offsets.signature_offset, SIGNATURE_SERIALIZED_SIZE)

        if s > half_curve_order {
            return Error
        }

        pubkey = get_data_slice(data, instruction_datas, offsets.public_key_instruction_index, offsets.public_key_offset, COMPRESSED_PUBKEY_SERIALIZED_SIZE)

        message = get_data_slice(data, instruction_datas, offsets.message_instruction_index, offsets.message_data_offset, offsets.message_data_size)

        if !verify_signature(signature, pubkey, message) {
            return Error
        }
    }

    return Success
}

核心程序

以下列表中的程序提供了网络的核心功能。

程序	程序 ID	描述	指令链接
System	`11111111111111111111111111111111`	创建新账户、分配账户数据、将账户分配给拥有程序、从 System Program 拥有的账户转移 lamports，并支付交易费用	SystemInstruction
Vote	`Vote111111111111111111111111111111111111111`	创建和管理跟踪验证者投票状态和奖励的账户	VoteInstruction
Stake	`Stake11111111111111111111111111111111111111`	创建和管理代表委托给验证者的权益和奖励的账户	StakeInstruction
Config	`Config1111111111111111111111111111111111111`	将配置数据添加到链中，后跟允许修改它的公钥列表。与其他程序不同，Config 程序未定义任何单独的指令。它只有一个隐式指令：“存储”。其指令数据是一组控制访问账户和存储在其中数据的密钥。	ConfigInstruction
Compute Budget	`ComputeBudget111111111111111111111111111111`	设置交易的计算单元限制和价格，允许用户控制计算资源和优先级费用	ComputeBudgetInstruction
Address Lookup Table	`AddressLookupTab1e1111111111111111111111111`	管理地址查找表，允许交易引用比交易账户列表中通常能容纳的更多账户	ProgramInstruction
ZK ElGamal Proof	`ZkE1Gama1Proof11111111111111111111111111111`	提供对 ElGamal 加密数据的零知识证明验证	—

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