交易和指令

在 Solana上，我们发送交易与网络交互。交易包括一个或多个指令, 每个交易代表一个待处理的特定操作。指令的执行逻辑是存储在部署到 Solana 网络的 programs 上。每个程序存储自己的一组指令。
以下是关于交易执行方式的关键细节：

执行顺序：如果一个交易包括多个指令，这些指令将按照它们添加到交易中的顺序进行处理。
原子性：交易是原子的，意味着它要么完全完成并且所有指令都成功处理，要么完全失败。如果交易中的任何指令失败，则不会执行任何指令。

为简单起见，可以将交易视为请求处理一个或多个指令。

你可以将交易想象成一个信封，其中每个指令是您填写并放入信封中的文件。然后我们发出信封来处理文档，就像在网络上发送一个交易来处理我们的指令一样。

关键要点

Solana 交易由与网络上各种程序进行交互的指令组成，其中每个指令代表一个特定操作。
每个指令指定执行指令的程序、指令所需的账户以及指令执行所需的数据。
交易中的指令按照它们列出的顺序进行处理。
交易是原子的，意味着要么所有指令都成功处理，要么整个交易失败。
交易的最大大小为1232字节。

基本示例

以下是代表从发送方向接收方转移 SOL 的单个指令的交易的图示。
Solana 上的个人“钱包”是由系统程序拥有的账户。作为 Solana 账户模型的一部分，只有拥有帐户的程序才允许修改帐户上的数据。

因此，从“钱包”账户转移 SOL 需要发送一个交易来调用 System Program 上的转移指令。

发送者账户必须包含在交易上作为签名者(is_signner)，以批准扣除他们的 lamport 余额。发送者和接收方的账户必须是可变的(is_wrable)，因为指令修改了两个账户的 lamport 余额。

交易一旦发送，系统程序将被调用来处理传输的指令。然后，系统程序相应更新的发送者和接受者账户的 lamport 余额。

简单 SOL 转移

这是一个使用 SystemProgram.transfer 方法构建SOL转移指令的 Solana Playground示例：

// 定义转账金额
const transferAmount = 0.01; // 0.01 SOL

// 创建一个转账指令，从 wallet_1 到 wallet_2
const transferInstruction = SystemProgram.transfer({
  fromPubkey: sender.publicKey,
  toPubkey: receiver.publicKey,
  lamports: transferAmount * LAMPORTS_PER_SOL, // Convert transferAmount to lamports
});

//  添加转账指令到新交易
const transaction = new Transaction().add(transferInstruction);

运行脚本并检查记录到控制台的交易详细信息。在下面的部分中，我们将详细介绍发生的情况。在下面的部分，我们过一遍运行时发生什么的细节。

  client.ts:
$     sender prebalance: 14.32573752
    receiver prebalance: 0


    sender postbalance: 14.31573252
    receiver postbalance: 0.01


    Transaction Signature: https://explorer.solana.com/tx/2qRf4gscQamiiAUmXqoqqU1u1BVnGRBNvSetgjEHVhBDVeRdbR92KNMobFn4WQuuVjq5Np4uLKLp1wGLNY5eusuF?cluster=devnet

交易

Solana 的交易包括：

pub struct Transaction {
    /// A set of signatures of a serialized [`Message`], signed by the first
    /// keys of the `Message`'s [`account_keys`], where the number of signatures
    /// is equal to [`num_required_signatures`] of the `Message`'s
    /// [`MessageHeader`].
    ///
    /// [`account_keys`]: Message::account_keys
    /// [`MessageHeader`]: crate::message::MessageHeader
    /// [`num_required_signatures`]: crate::message::MessageHeader::num_required_signatures
    // NOTE: Serialization-related changes must be paired with the direct read at sigverify.
    #[wasm_bindgen(skip)]
    #[serde(with = "short_vec")]
    pub signatures: Vec<Signature>, // 签名

    /// The message to sign.
    #[wasm_bindgen(skip)]
    pub message: Message, // 消息
}

签名：包含在交易中的签名数组。
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：指令在交易中所需的账户地址数组。
最新的 Blockhash：作为交易的时间戳。
指令：要执行的指令数组。

交易大小

Solana网络遵循最大传输单元（MTU）大小为1280字节，与 IPv6 MTU大小约束一致，以确保快速可靠地通过 UDP 传输集群信息。在计算必要的标头后（IPv6的40字节和8字节的片段头），1232 字节仍可用于数据包，例如序列化交易。

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。签名数量可以不同，取决于交易的要求。
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

消息头具体规定了交易账户地址数组中包含的账户的权限。它由三个字节组成，每个字节含有一个 u8 整数，它们共同规定：

pub struct MessageHeader {
    /// The number of signatures required for this message to be considered
    /// valid. The signers of those signatures must match the first
    /// `num_required_signatures` of [`Message::account_keys`].
    // NOTE: Serialization-related changes must be paired with the direct read at sigverify.
    pub num_required_signatures: u8,

    /// The last `num_readonly_signed_accounts` of the signed keys are read-only
    /// accounts.
    pub num_readonly_signed_accounts: u8,

    /// The last `num_readonly_unsigned_accounts` of the unsigned keys are
    /// read-only accounts.
    pub num_readonly_unsigned_accounts: u8,
}

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

紧凑数组格式

在交易消息的上下文中，紧凑数组指的是以以下格式序列化的数组：

数组的长度，编码为 compact-u16。
编码长度后按顺序列出数组的各个项。

这种编码方法用于指定交易消息中的账户地址和指令数组的长度。

账户地址数组

交易消息包括一个数组，其中包含所有账户地址，这些地址是交易内指令所需的。

pub account_keys: Vec<Pubkey>,

该数组以一个 compact-u16 编码开始，后跟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。

可写且签名者账户
只读且签名者的账户
可写且非签名者的账户
只读且非签名者的账户

指令数组

交易消息包括一个包含所有请求处理的指令的数组。交易消息中的指令采用以下格式：CompiledInstruction。

与账户地址数组类似，这个紧凑数组以一个compact-u16编码开始，后跟一个指令数组。数组中的每个指令指定以下信息：对于每个指令所需的每个账户，必须指定以下信息：

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中的一个账户地址的u8索引。这是一个 u8 索引，指向帐户地址数组中的帐户地址。
账户地址索引的紧凑数组：指向每个指令所需的账户地址数组的u8索引数组。
不透明u8数据的紧凑数组：特定于被调用程序的u8字节数组。此数据指定要在程序上调用的指令，以及指令需要的任何附加数据（例如函数参数）。

示例交易结构

以下是包括单个 SOL转账指令的交易结构示例。它显示了消息细节，包括头部、账户密钥、区块哈希和指令，以及交易的签名。

header：包括用于指定accountKeys数组中的读/写和签名者权限的数据。
accountKeys：包括交易中所有指令的账户地址。
recentBlockhash：交易创建时包含的区块哈希。
instructions：包括交易中所有指令。每个指令中的account和programIdIndex通过索引引用accountKeys数组。
signatures：包括交易中指令所需的所有签名。通过使用相应账户的私钥对交易消息进行签名来创建签名。

"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

一个指令是对链上执行特定操作的请求，也是程序中最小的连续执行逻辑单元。

构建要添加到交易中的指令时，每个指令必须包括以下信息：

程序地址：指定被调用的程序。
账户：列出每个指令读取或写入的每个账户，包括其他程序，使用 AccountMeta 结构。
指令数据：一个字节数组，指定要在程序上调用的指令处理程序，以及指令处理程序所需的任何附加数据（函数参数）。

账户元数据

对于每个指令所需的每个账户，必须指定以下信息：

pubkey：账户的链上地址
is_signer：指定账户是否在交易中作为签名者
is_writable：指定账户数据是否将被修改

这些信息被称为账户元数据

pub struct AccountMeta {
    /// An account's public key.
    pub pubkey: Pubkey,
    /// True if an `Instruction` requires a `Transaction` signature matching `pubkey`.
    pub is_signer: bool,
    /// True if the account data or metadata may be mutated during program execution.
    pub is_writable: bool,
}

通过指定指令所需的所有账户，以及每个账户是否可写，可以并行处理交易。
例如，两个不包含写入相同状态的账户的交易可以同时执行。

示例指令结构

以下是一个 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：包括每个指令所需的AccountMeta （账户元数据）。
programId：包含执行指令的程序地址。
data：指令数据，作为字节缓冲区

{
  "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

构建程序指令的详细信息通常由客户端库抽象掉。但是，如果没有可用的库，你总是可以手动构建指令。

手动SOL转账

这是一个 Solana Playground 示例，展示了如何手动构建 SOL 转账指令：

// 定义转账金额
const transferAmount = 0.01; // 0.01 SOL

// 系统程序转移指令的指令索引
const transferInstructionIndex = 2;

// 为要传递给传输指令的数据创建一个缓冲区
const instructionData = Buffer.alloc(4 + 8); // uint32 + uint64
// 将指令索引写入缓冲区
instructionData.writeUInt32LE(transferInstructionIndex, 0);
// 将转帐金额写入缓冲区
instructionData.writeBigUInt64LE(BigInt(transferAmount * LAMPORTS_PER_SOL), 4);

// 手动创建一个传输指令，用于将SOL从发送方传输到接收方
const transferInstruction = new TransactionInstruction({
  keys: [
    { pubkey: sender.publicKey, isSigner: true, isWritable: true },
    { pubkey: receiver.publicKey, isSigner: false, isWritable: true },
  ],
  programId: SystemProgram.programId,
  data: instructionData,
});

// 将转账指令添加到新交易中
const transaction = new Transaction().add(transferInstruction);

在背后，使用 SystemProgram.transfer 方法的简单例子在功能上等同于上面更详细的示例。

// 定义转账金额
const transferAmount = 0.01; // 0.01 SOL

// 创建一个转账指令，从 wallet_1 到 wallet_2
const transferInstruction = SystemProgram.transfer({
  fromPubkey: sender.publicKey,
  toPubkey: receiver.publicKey,
  lamports: transferAmount * LAMPORTS_PER_SOL, // Convert transferAmount to lamports
});

//  添加转账指令到新交易
const transaction = new Transaction().add(transferInstruction);

SystemProgram.transfer方法简单地隐藏了为每个指令所需的账户创建指令数据缓冲区和AccountMeta的细节。

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Solana 核心概念-交易和指令