Solana —— 账户模型与简单交互
#Solana

在 Solana 中，所有数据都存储在称为”账户”（Accounts）的结构中。可以将 Solana 上的数据视为一个公共数据库，其中有一个名为”Accounts”的表，表中的每一条记录就是一个”账户”。

1. 核心要点

  • 存储容量：账户最多可以存储 10MiB 的数据，可以是可执行的程序代码或程序状态
  • 租金押金：账户需要按比例缴纳租金押金（以 lamports 计，即 SOL 的最小单位），押金金额与存储的数据量成正比，关闭账户时可以完全收回
  • 所有权机制：每个账户都有一个程序所有者。只有拥有该账户的程序才能修改其数据或扣除其 lamport 余额，但任何人都可以增加余额
  • 特殊账户类型
    • Sysvar 账户：存储网络集群状态的特殊账户
    • Program 账户：存储智能合约的可执行代码
    • Data 账户：由程序创建用于存储和管理程序状态

2. 账户结构

2.1 账户地址

每个 Solana 账户都有一个唯一的 32 字节地址，通常显示为 base58 编码的字符串（例如：14grJpemFaf88c8tiVb77W7TYg2W3ir6pfkKz3YjhhZ5）。

账户与其地址之间的关系类似于键值对，其中地址是用于定位账户链上数据的键。账户地址充当”Accounts”表中每个条目的”唯一标识符”。

地址生成方式：

  1. Ed25519 公钥地址（最常见）
    • 大多数 Solana 账户使用 Ed25519 公钥作为其地址
  2. 程序派生地址（PDA）
    • 可以从程序 ID 和可选输入（种子）确定性地派生的特殊地址
    • PDA 是一种特殊的地址类型，不需要私钥就可以使用

2.2 账户类型定义

所有 Solana 账户都具有相同的基础结构：

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pub struct Account {
    pub lamports: u64,			// 账户中的 lamports 余额
    pub data: Vec<u8>,			// 账户中存储的数据
    pub owner: Pubkey,			// 拥有此账户的程序。如果可执行，则为加载此账户的程序
    pub executable: bool,		// 此账户的数据是否包含已加载的程序（现在为只读）
    pub rent_epoch: Epoch,		// 此账户下次需要支付租金的 epoch（已弃用）
}

2.3 字段详解

Lamports 字段

账户的余额（以 lamports 为单位，1 SOL = 10 亿 lamports）。

重要特性：

  • 账户必须保持最低 lamport 余额，该余额与存储的数据量成正比（称为”租金”）
  • 关闭账户时可以完全收回存储在账户中的 lamport 余额

Data 字段

存储账户任意数据的字节数组，也称为”账户数据”。

不同账户类型的 data 内容：

  • 对于程序账户：包含可执行程序代码本身或存储可执行代码的另一个账户的地址
  • 对于非可执行账户：通常存储要读取的状态数据

读取账户数据的步骤：

  1. 使用地址（公钥）获取账户
  2. 将账户的 data 字段从原始字节反序列化为适当的数据结构（由拥有该账户的程序定义）

Owner 字段

拥有此账户的程序 ID（公钥）。

所有权规则：

  • 只有所有者程序才能更改账户的数据或扣除其 lamports 余额
  • 程序中定义的指令决定了账户的数据和 lamports 余额如何被更改

Executable 字段

指示账户是否为可执行程序：

  • true：账户是可执行的 Solana 程序
  • false：账户是存储状态的数据账户

对于可执行账户，owner 字段包含加载器程序的程序 ID。加载器程序是负责加载和管理可执行程序账户的内置程序。

Rent Epoch 字段

**注意：**这是一个已弃用的遗留字段，不再使用。最初用于跟踪账户何时需要支付租金以维护其网络数据，此租金收取机制已被废弃。

3. 租金机制

要在链上存储数据，账户必须保持与存储数据量（字节）成正比的 lamport（SOL）余额。这个余额称为”租金”，但它更像是押金，因为关闭账户时可以收回全部金额。

注意： “租金”一词来自已弃用的机制，该机制会定期从低于租金阈值的账户中扣除 lamports。此机制已不再活跃。

4. 程序所有权

在 Solana 上，”智能合约”被称为”程序”。程序所有权是 Solana 账户模型的关键部分。

4.1 所有者权限

只有所有者程序可以：

  • 更改账户的 data 字段
  • 从账户余额中扣除 lamports

每个程序定义存储在账户 data 字段中的数据结构。程序的指令决定了如何更改这些数据和账户的 lamports 余额。

4.2 System Program（系统程序）

默认情况下，所有新账户都归 System Program 所有。

System Program 的关键功能：

功能 描述
空间分配 为新账户分配存储空间
分配程序所有权 将账户所有权转移给其他程序
转账 SOL 在账户之间转移 lamports

System Account（系统账户）：

  • Solana 上的所有”钱包”账户都是由 System Program 拥有的”系统账户”
  • 这些账户中的 lamport 余额显示钱包拥有的 SOL 数量
  • 只有系统账户可以支付交易费用
  • 当首次向新地址发送 SOL 时，会在该地址自动创建一个由 System Program 拥有的账户
  • 新创建的系统账户的 owner 字段显示为 System Program 地址：11111111111111111111111111111111

5. 特殊账户类型

5.1 Sysvar Accounts（系统变量账户）

Sysvar 账户是位于预定义地址的特殊账户，提供对集群状态数据的访问。这些账户会动态更新网络集群的相关数据。

例如，可以通过 Sysvar Clock 账户获取当前的集群时间信息，这些账户的数据可以被获取并反序列化为相应的数据结构。

5.2 Program Account（程序账户）

部署 Solana 程序会创建一个可执行的程序账户，用于存储程序的可执行代码。程序账户由加载器程序（Loader Program）拥有。

关键特点：

  • 程序账户可以简单地视为程序本身
  • 调用程序的指令时，需要指定程序账户的地址（通常称为”Program ID”）
  • 程序账户的 executable 字段设置为 true

程序部署方式：

  1. Loader-v3 之前的版本：
    • 可执行代码直接存储在程序账户中
  2. Loader-v3（当前默认）：
    • 可执行代码存储在单独的”程序数据账户”（Program Data Account）中
    • 程序账户只是指向该数据账户
    • Solana CLI 默认使用最新的加载器版本

5.3 Buffer Account（缓冲区账户）

Loader-v3 有一种特殊的账户类型，用于在部署或升级期间临时暂存程序的上传。在 Loader-v4 中，仍然有缓冲区，但它们只是普通的程序账户。

5.4 Program Data Account（程序数据账户）

Loader-v3 工作方式与其他 BPF 加载器程序不同：

  • 程序账户只包含程序数据账户的地址
  • 程序数据账户存储实际的可执行代码

注意： 不要将程序数据账户与程序的数据账户（Data Account）混淆。

5.5 Data Account（数据账户）

在 Solana 上，程序的可执行代码与程序的状态存储在不同的账户中。这类似于操作系统通常为程序及其数据使用单独文件的方式。

为了维护状态，程序定义指令来创建它们拥有的独立账户。每个账户都有自己唯一的地址，可以存储程序定义的任意数据。

重要提示： 只有 System Program 可以创建新账户。System Program 创建账户后，可以将新账户的所有权分配给另一个程序。

创建数据账户的两步过程：

  1. 调用 System Program：创建账户，然后将所有权转移给自定义程序
  2. 调用自定义程序：初始化账户数据（按程序指令定义）

示例：创建 Token Mint 账户

  • 首先调用 System Program 创建账户并分配空间
  • 然后调用 Token Program 初始化 mint 账户的数据
  • 需要计算租金豁免所需的最低余额
  • 完成后账户由 Token Program 拥有并存储 mint 的相关数据

6. 账户交互实战

6.1 环境准备

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# 启动本地验证器
solana-test-validator

# 切换到本地网络
solana config set -ul

# 创建本地钱包账户
solana-keygen new --outfile ~/.config/solana/wallet1.json
solana-keygen new --outfile ~/.config/solana/wallet2.json

# 设置默认钱包
solana config set --keypair ~/.config/solana/wallet1.json

# 请求空投
solana airdrop 10

6.2 项目设置

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# 创建新项目
cargo new account-interaction

# 添加依赖库
cargo add solana_client
cargo add solana_sdk
cargo add solana_program

6.3 请求空投与查询余额

通过这个示例，你可以学习如何：

  • 连接到 Solana 网络
  • 请求空投到指定账户
  • 查询账户余额
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use solana_client::rpc_client::RpcClient;
use solana_sdk::pubkey::Pubkey;
use std::str::FromStr;

// Wallet1: 8BG3BQmLhCsayYUGinVyUMzfni7CM1WiVApqZmGaJbjW
// Wallet2: 65bUqQKj4Axew8Z7KpXGodFowdXbWBE4ne8ocUZMoKmz
fn main() {
    // 创建 Solana 客户端连接
    let rpc_url = "http://127.0.0.1:8899";
    let client = RpcClient::new(rpc_url);

    // 账户公钥
    let account_pubkey = Pubkey::from_str("8BG3BQmLhCsayYUGinVyUMzfni7CM1WiVApqZmGaJbjW")
        .expect("Invalid public key");

    // 1 SOL = 10 亿 lamports
    let amount = 1_000_000_000;

    // 请求空投
    match client.request_airdrop(&account_pubkey, amount) {
        Ok(signature) => println!("空投成功! 签名: {}", signature),
        Err(err) => eprintln!("空投失败: {}", err),
    }

    // 查询账户余额
    match client.get_balance(&account_pubkey) {
        Ok(balance) => {
            println!("账户余额: {} lamports", balance);
            println!("账户余额: {} SOL", balance as f64 / 1_000_000_000.0);
        }
        Err(err) => eprintln!("获取余额失败: {}", err),
    }
}

6.4 转账交易

这个示例演示了 Solana 账户之间的转账流程：

  • 加载发送方密钥对
  • 创建转账指令
  • 构建、签名并发送交易
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use solana_client::rpc_client::RpcClient;
use solana_sdk::{
    pubkey::Pubkey,
    signature::{Signer, read_keypair_file},
    system_instruction,
    transaction::Transaction,
};
use std::str::FromStr;

// Wallet1: 8BG3BQmLhCsayYUGinVyUMzfni7CM1WiVApqZmGaJbjW
// Wallet2: 65bUqQKj4Axew8Z7KpXGodFowdXbWBE4ne8ocUZMoKmz
fn main() {
    // 创建 Solana 客户端连接
    let rpc_url = "http://127.0.0.1:8899";
    let client = RpcClient::new(rpc_url);

    // 加载发送方密钥对
    let sender =
        read_keypair_file("/home/sol/.config/solana/wallet1.json").expect("无法读取密钥文件");

    // 接收方公钥
    let receiver_pubkey = Pubkey::from_str("65bUqQKj4Axew8Z7KpXGodFowdXbWBE4ne8ocUZMoKmz")
        .expect("Invalid public key");

    // 转账金额：1 SOL
    let amount = 1_000_000_000;

    // 创建转账指令
    let transfer_instruction =
        system_instruction::transfer(&sender.pubkey(), &receiver_pubkey, amount);

    // 获取最新区块哈希
    let recent_blockhash = client.get_latest_blockhash().expect("无法获取最新区块哈希");

    // 创建并签名交易
    let transaction = Transaction::new_signed_with_payer(
        &[transfer_instruction],
        Some(&sender.pubkey()),
        &[&sender],
        recent_blockhash,
    );

    // 发送并确认交易
    match client.send_and_confirm_transaction(&transaction) {
        Ok(signature) => println!("转账成功! 签名: {}", signature),
        Err(err) => eprintln!("转账失败: {}", err),
    }

    // 查询接收方余额
    match client.get_balance(&receiver_pubkey) {
        Ok(balance) => {
            println!("接收方账户余额: {} lamports", balance);
            println!("接收方账户余额: {} SOL", balance as f64 / 1_000_000_000.0);
        }
        Err(err) => eprintln!("获取余额失败: {}", err),
    }
}

7. 总结

  1. 账户是 Solana 的基础存储单元：所有数据都存储在账户中
  2. 账户具有统一的结构：所有账户共享相同的基础字段
  3. 所有权是关键：只有所有者程序可以修改账户数据
  4. 租金是可恢复的押金：不是真正的费用，关闭账户时可以收回
  5. 程序和数据分离：可执行代码和状态数据存储在不同的账户中
  6. System Program 是账户的创建者：所有新账户都由 System Program 创建

Hooray！Solana 账户模型学习完成！！！

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