交易处理流程

交易处理流程

当交易到达 validator 时，会经过一系列验证和执行阶段。以下内容描述了从接收到提交的完整流程，并附有 agave validator 客户端的源码参考。

1. 接收与反序列化

validator 通过 UDP/QUIC 接收交易字节。原始字节必须在单个数据包内（PACKET_DATA_SIZE = 1,232 字节）。这些字节会被反序列化为 VersionedTransaction，其中包含签名数组和 VersionedMessage（可以是 legacy 或 v0）。

2. 签名验证（sigverify）

在进入银行阶段前，签名会在 sigverify 阶段 进行验证。对于每个索引为 i 的签名，验证器会检查 Ed25519(signatures[i], account_keys[i], message_bytes)。如果有任何签名无效，该数据包会被丢弃。

验证过程是并行化的：validator 会将数据包批次分割为 VERIFY_PACKET_CHUNK_SIZE（128）个分块，并并行处理。

3. 规范化（Sanitize）

反序列化后的交易会被规范化，生成 SanitizedTransaction（或 RuntimeTransaction）。规范化会验证结构性不变量：

• 签名数量与头部中的 num_required_signatures 匹配
• 所有指令 program_id_index 和 account_indices 都在有效范围内
• 手续费支付人（账户索引 0）是可写签名者

RuntimeTransaction 包装器会缓存来自 TransactionMeta 的预计算元数据：消息哈希、投票交易标志、预编译签名计数（Ed25519/secp256k1/secp256r1）、计算预算指令详情，以及指令数据总长度。

4. 检查计算预算、区块哈希年龄和状态缓存

该 check_transactions 方法会对每笔交易执行多项检查：

计算预算：首先解析并验证交易的计算预算指令。费用细节根据预算上限和优先级费用计算得出。如果计算预算无效或存在冲突，交易将因计算预算解析错误（如 DuplicateInstruction、InstructionError(..., InvalidInstructionData) 或 InvalidLoadedAccountsDataSizeLimit）而失败。

区块哈希年龄：交易的 recent_blockhash 会在 BlockhashQueue 中查找。如果找到该哈希且其年龄在 MAX_PROCESSING_AGE（150 个 slot）以内，则交易继续处理。如果未找到，validator 会检查是否存在有效的 持久化随机数。

状态缓存：交易的消息哈希会与状态缓存进行比对。如果已存在，则该交易会被拒绝，并返回 AlreadyProcessed。

5. 验证随机数和手续费支付账户

SVM 中的 validate_transaction_nonce_and_fee_payer 方法负责两项验证：

随机数验证（如适用）：对于随机数交易，validator 会加载随机数账户并验证：

• 账户归 System Program 所有
• 能够解析为 State::Initialized
• 存储的持久化随机数与交易的 recent_blockhash 匹配
• 随机数可以推进（当前持久化随机数与下一个持久化随机数不同，即该随机数尚未在当前区块中使用）
• 随机数权限人已签署该交易

如果验证通过，随机数将推进到下一个持久化随机数值。详见 validate_transaction_nonce。

手续费支付账户验证：手续费支付账户（始终为索引 0）会被加载，并由 validate_fee_payer 检查：

• 账户必须存在（ lamports > 0 ），否则返回 AccountNotFound
• 账户必须是 system 账户或随机数账户，否则返回 InvalidAccountForFee
• lamports 必须覆盖 min_balance + total_fee，其中 system 账户的 min_balance 为 0，随机数账户为 rent.minimum_balance(NonceState::size())；否则返回 InsufficientFundsForFee
• 扣除手续费后，账户必须仍然满足免租金（不能从免租金变为需付租金）

此阶段将从 fee payer 中扣除手续费。扣费后的 fee payer（以及已推进的 nonce，如适用）的快照会被保存为 RollbackAccounts，这些账户即使执行失败也会被提交。

6. 加载账户

load_transaction 会加载交易中引用的所有账户。 AccountLoader 封装了外部账户存储，并维护一个批次本地缓存，使得同一批次中前面交易修改过的账户对后续交易可见。

对于每个非 fee payer 账户，加载器会：

1. 从缓存或 accounts-db 获取账户
2. 如有需要，更新免租金状态
3. 累加账户数据大小至 loaded_accounts_data_size_limit （默认 64 MiB）。每个账户会产生 TRANSACTION_ACCOUNT_BASE_SIZE （64 字节）的基础开销，加上其数据长度

对于交易指令调用的每个 program，加载器会验证 program account 是否存在且归属于有效的 loader（NativeLoader 或 PROGRAM_OWNERS 之一）。无效的 program 会以 ProgramAccountNotFound 或 InvalidProgramForExecution 失败。

LoaderV3（可升级）program 会自动加载其关联的 programdata 账户，该账户的数据大小也计入已加载数据的限制。

如果账户加载失败，但 fee payer 已成功验证，则该交易会变为 FeesOnly 结果：手续费仍会被收取，但不会执行任何指令。

7. 执行指令

execute_loaded_transaction 会使用所有已加载账户创建一个 TransactionContext，并调用 process_message。指令会按照消息中的顺序依次执行。每次指令调用都会创建一个 InvokeContext 并调用目标 program。

指令处理细节

运行时的 process_message 函数会遍历每条指令并调用目标 program：

1. 对于每条指令，运行时会调用 prepare_next_top_level_instruction，用于构建 InstructionContext。该上下文包含对指令账户（由已编译索引解析）、instruction data 和 program account 索引的引用。
2. 运行时会检查该程序是否为 precompile（Ed25519、Secp256k1、Secp256r1）。预编译程序会被直接验证，无需调用 BPF 虚拟机。
3. 对于其他所有程序，运行时会调用 process_instruction，从缓存中加载程序并在 BPF 虚拟机中执行。
4. 指令执行完成后，运行时会验证所有指令账户的 lamport 总余额未发生变化（UnbalancedInstruction 检查）。
5. 如果任何指令失败，整个交易会被回滚，所有中间状态更改都不会被提交。

每条指令都会递增指令追踪。追踪包括顶层指令及其调用的所有 CPI。总追踪长度（顶层指令加所有嵌套 CPI）不能超过 64（MAX_INSTRUCTION_TRACE_LENGTH）。超出该限制会返回 InstructionError::MaxInstructionTraceLengthExceeded。

执行结束后，运行时会验证：

• 所有账户的 lamport 总和未发生变化
• 没有账户从免租变为需付租金

8. 提交或回滚

如果执行成功，TransactionContext 修改后的账户状态会写回到 AccountLoader 的批量本地缓存。如果执行失败，只有 RollbackAccounts（已扣除手续费并推进 nonce 的手续费支付者）会被写回。手续费仍会被收取，其他账户更改都会被丢弃。

流程总结

Receive packet (UDP/QUIC)
  --> Deserialize into VersionedTransaction
  --> Sigverify (parallel Ed25519 verification)
  --> Sanitize (structural validation, metadata extraction)
  --> Parse compute budget, calculate fees
  --> Check blockhash age (or verify nonce account)
  --> Check status cache (dedup)
  --> Validate nonce authority and advanceability (if nonce transaction)
  --> Validate fee payer (load, check balance, deduct fee)
  --> Load all accounts (with data size limits)
  --> Load programs (verify loaders)
  --> Execute instructions sequentially
  --> Verify post-conditions (lamport balance, rent state)
  --> Commit account changes (or rollback on failure)

交易错误参考

下表列出了所有 TransactionError 变体及其发生的流程阶段：