Solana (Blockchain Platform)

Solana 中有个 Epoch 的概念。 The lifetime of a leader schedule is called an epoch. 也就是说，在一个 Epoch 内，Leader Schedule 不会变。Leader Schedule 就是即轮流当 Leader 的方案，比如某个 Epoch 内确定了由验证节点 A,B,C 轮流当 Leader，那么这个 Epoch 内这个方案就不再改变了。假设有新 Validator 加入，那么在后续的 Epoch 中才可能成为 Leader。

Epoch 由 432,000 个 Slots（即 Blocks）组成， 目前一个 Slot 约 400 ms，也就是说一个 Epoch 约 2-3 天。

Solana 中原生币被称为 SOL，而原生币的最小单位为 Lamport，它们之间的关系是：1 SOL = 1,000,000,000 Lamports（数字 1 后面有 9 个零）。

注：在计算 Prioritization Fee 场景中，我们也会看到 Micro Lamports 单位，它是比 Lamport 更小的单位，1 Lamports = 1,000,000 Micro Lamports。不过，这个单位仅是临时采用，计算完成后，还是会四舍五入到最接近的 Lamports。

Solana 中签名算法为 Ed25519，而 帐户地址就是 Ed25519 公钥的 base58 编码。

Solana 节点所支持的 RPC 方法可参考 https://solana.com/docs/rpc/http 和 https://solana.com/docs/rpc/websocket 。

Solana Devnet 的测试币可通过 RPC requestAirdrop 获得，或者通过网站 https://faucet.solana.com/ 在线获得。

通过 RPC getAccountInfo 可以查看一个帐户的相关信息，如查询帐户地址 7VHUFJHWu2CuExkJcJrzhQPJ2oygupTWkL2A2For4BmE 所关联的信息：

$ curl -X POST -H "Content-Type: application/json" -d '
{"jsonrpc":"2.0", "id":1, "method":"getAccountInfo", "params":["7VHUFJHWu2CuExkJcJrzhQPJ2oygupTWkL2A2For4BmE"]}
' https://api.mainnet-beta.solana.com
{
  "jsonrpc": "2.0",
  "result": {
    "context": {
      "apiVersion": "1.18.21",
      "slot": 289922222
    },
    "value": {
      "data": [
        "",
        "base58"
      ],
      "executable": false,
      "lamports": 848526228310,
      "owner": "11111111111111111111111111111111",
      "rentEpoch": 18446744073709551615,
      "space": 0
    }
  },
  "id": 1
}

下面查询一个 Data 有数据的帐户，比如这个 3emsAVdmGKERbHjmGfQ6oZ1e35dkf5iYcS6U4CPKFVaa（注：这个地址是 7VHUFJHWu2CuExkJcJrzhQPJ2oygupTWkL2A2For4BmE 的 USDC 的 Token Account，但它是并不是 PDA 地址）如：

$ curl -X POST -H "Content-Type: application/json" -d '
{"jsonrpc":"2.0","id":1, "method":"getAccountInfo","params":["3emsAVdmGKERbHjmGfQ6oZ1e35dkf5iYcS6U4CPKFVaa", {"encoding": "base64"}]}
' https://api.mainnet-beta.solana.com

{
  "jsonrpc": "2.0",
  "result": {
    "context": {
      "apiVersion": "1.18.23",
      "slot": 289922587
    },
    "value": {
      "data": [
        "xvp6877brTo9ZfNqq8l0MbG75MLS9uDkfKYCA0UvXWFgZQGzAuGAGJL4Cil59YX4hV0PIDR5CiRV90T6xQPXtcQiotUrbQEAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAQAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA",
        "base64"
      ],
      "executable": false,
      "lamports": 2040720,
      "owner": "TokenkegQfeZyiNwAJbNbGKPFXCWuBvf9Ss623VQ5DA",
      "rentEpoch": 18446744073709551615,
      "space": 165
    }
  },
  "id": 1
}

如果想知道上面 data 的具体含义，可以传入参数 {"encoding": "jsonParsed"} ，如：

curl -X POST -H "Content-Type: application/json" -d '
{"jsonrpc":"2.0","id":1, "method":"getAccountInfo","params":["3emsAVdmGKERbHjmGfQ6oZ1e35dkf5iYcS6U4CPKFVaa", {"encoding": "jsonParsed"}]}
' https://api.mainnet-beta.solana.com
{
  "jsonrpc": "2.0",
  "result": {
    "context": {
      "apiVersion": "1.18.23",
      "slot": 290056928
    },
    "value": {
      "data": {
        "parsed": {
          "info": {
            "isNative": false,
            "mint": "EPjFWdd5AufqSSqeM2qN1xzybapC8G4wEGGkZwyTDt1v",
            "owner": "7VHUFJHWu2CuExkJcJrzhQPJ2oygupTWkL2A2For4BmE",
            "state": "initialized",
            "tokenAmount": {
              "amount": "396428511904708",
              "decimals": 6,
              "uiAmount": 396428511.904708,
              "uiAmountString": "396428511.904708"
            }
          },
          "type": "account"
        },
        "program": "spl-token",
        "space": 165
      },
      "executable": false,
      "lamports": 2040720,
      "owner": "TokenkegQfeZyiNwAJbNbGKPFXCWuBvf9Ss623VQ5DA",
      "rentEpoch": 18446744073709551615,
      "space": 165
    }
  },
  "id": 1
}

每个 Account 都会关联 owner 这个非常重要的属性。

只有 Account 的 owner 才能修改 Account 的 data，也只有 Owner 才能减少 Account 的余额（即减小 lamports 字段值）。 不过有个例外：增加 Account 的余额是没有限制的，即任何 Account 都可以增加某个 Account 的余额（即增大 lamports 字段值）。

每个 Account 都会关联 executable 这个非常重要的属性。 在 Solana 中，一个合约要么是代码（executable 为 true），要么是数据（executable 为 false）。代码和数据是严格分开的。

目前，Solana 支持两种代币标准：Token Program 和 Token-2022 Program。

下面以 catwifhat（它是一种 Token-2022 代币）为例，介绍一下它涉及到的 Account。

注 1：Token-2022 的 Data 为 t64jZkgVt8M3MK2Y94VAPovTGpUa8F5fPpP1Kv4LghVqNe8a，对应的 hex 为 02000000be3391c30f4586abc6079d9d9debe74e17c9ec7363f26e63fd9b6ea9be6e5633。其中 02000000 表示是 UpgradeableLoaderState 枚举索引为 2 的选项，即 Program(programdata_address)，而 be3391c30f4586abc6079d9d9debe74e17c9ec7363f26e63fd9b6ea9be6e5633 的 base58 编码为 DoU57AYuPFu2QU514RktNPG22QhApEjnKxnBcu4BHDTY。
注 2：上面例子中可知，帐户 H6RD8Q7qxoCD3YcjQJQvZFCgHSUxy9PhRg1FSJErnnJS 对应的 catwifhat 的 Associated Token Account 为 8ZsPBaafiapXPPWwiqMLtxvBWUJg4gii2YDCRBk6AYEk，它是一个 PDA（不在 Ed25519 曲线上，没有对应私钥）地址，通过 associatedTokenAccountAddress 可以计算出来。不过，需要说明的是，尽管 Associated Token Account 推荐采用 PDA 地址，但这并不是强制的，如 7VHUFJHWu2CuExkJcJrzhQPJ2oygupTWkL2A2For4BmE 的 USDC（是 Token Program，不是 Token-2022 Program）的 Associated Token Account 就不是 PDA，而是一个有私钥的地址 3emsAVdmGKERbHjmGfQ6oZ1e35dkf5iYcS6U4CPKFVaa。

Tx 结构中 Message 部分的 Message Header 由 3 个 uint8 整数构成，它们的其含义分别为：

1. The number of required signatures for the transaction.
   
2. The number of read-only account addresses that require signatures.
   
3. The number of read-only account addresses that do not require signatures.
   

Tx 结构中 Message 部分的 Accoout Addresses 是按照重要程度来排序的，这些地址按重要性从高到低一共可以分为 4 组：

1. Accounts that are writable and signers
   
2. Accounts that are read-only and signers
   
3. Accounts that are writable and not signers
   
4. Accounts that are read-only and not signers
   

结合 Message Header 中的信息（即 3 个 uint8），可以确定 Accoout Addresses 中每个地址分别属于哪一组，如图 3 所示。

Solana 的交易手续费由 3 部分组成：

1. 每个签名固定收取 5000 Lamports；
   
2. 交易执行时所消耗的计算资源；
   
3. 小费（它是可选的）。
   

注 1：关于第 1 部分和第 2 部分的手续费可以通过 RPC getFeeForMessage 得知，这两部分是自动扣取的，并不需要在提交交易时指定。
注 2：如果想在交易中设置小费来加快交易的打包上链过程，则可以在交易中使用 Compute Budget 指令，它有两个主要选项，即 SetComputeUnitPrice 和 SetComputeUnitLimit。例如，交易 23cHBWBcgfBYtA4Zimyky9wxdEeoZgqWqewQAyHQYa4EbRKh7b85CrifGZ4wshRr9jr3U2kfr1a5QNN5xhf4XbPV 使用了 Compute Budget 指令（这个交易只使用了 SetComputeUnitPrice，没有使用 SetComputeUnitLimit）设置小费来加快打包上链。

参考：https://solana.com/docs/intro/transaction_fees#calculating-transaction-fees

使用 solana-keygen new 可以创建钱包。创建第 1 个钱包：

$ solana-keygen new
Generating a new keypair

For added security, enter a BIP39 passphrase

NOTE! This passphrase improves security of the recovery seed phrase NOT the
keypair file itself, which is stored as insecure plain text

BIP39 Passphrase (empty for none):

Wrote new keypair to /Users/user1/.config/solana/id.json
=========================================================================
pubkey: AT42Zu5kD6V27rgXdkoTpE4mqvsDxsitzWYDr1iStu3r                         # Solana 中，钱包地址就是 Ed25519 公钥的 base58 编码
=========================================================================
Save this seed phrase and your BIP39 passphrase to recover your new keypair:
click amateur flip company best wet bar unhappy child jealous when nephew    # 需要保密的 12 个助记词
=========================================================================

我们可以看看 keypair 文件的具体内容：

$ cat /Users/user1/.config/solana/id.json
[170,94,113,29,19,58,202,69,214,236,151,17,109,229,74,36,164,33,168,35,56,95,196,47,211,66,213,236,177,124,231,208,140,101,180,190,206,4,237,141,9,174,84,82,252,86,223,173,233,148,105,192,129,85,20,137,151,117,134,90,247,120,63,157]

这个 json 文件的内容是字节数组（64 个元素），它其实就是 ed25519 的私钥和公钥（字节数组的前 32 字节是私钥，后 32 字节是公钥），参考：https://mattmazur.com/2021/11/19/splitting-a-solana-keypair-into-a-public-and-private-keys/ ，相关源码在 https://github.com/solana-labs/solana/blob/550ca7bf92db57d309fa91479b414786da968fa7/sdk/src/signer/keypair.rs#L119

通过 faucet，往第 1 个钱包转入 1 个 SOL 测试币：

$ solana airdrop 1 AT42Zu5kD6V27rgXdkoTpE4mqvsDxsitzWYDr1iStu3r --url https://api.devnet.solana.com
Requesting airdrop of 1 SOL

Signature: rCioafR3y873N5X6gritMhAJSFJdLVXR1EV6LJHLqCzMdP5A8tqANM9kF6Y3ubTwMyZd5XcasEcZnU3STbXECUy

1 SOL

上面命令输出的 Signature 后的字段就是 tx，在区块浏览器上可以查看它的信息，如：https://solscan.io/tx/rCioafR3y873N5X6gritMhAJSFJdLVXR1EV6LJHLqCzMdP5A8tqANM9kF6Y3ubTwMyZd5XcasEcZnU3STbXECUy?cluster=devnet

在测试转账前，我们先创建第 2 个钱包，以作为接收地址：

$ solana-keygen new --outfile my_solana_wallet.json
Generating a new keypair

For added security, enter a BIP39 passphrase

NOTE! This passphrase improves security of the recovery seed phrase NOT the
keypair file itself, which is stored as insecure plain text

BIP39 Passphrase (empty for none):

Wrote new keypair to my_solana_wallet.json
=============================================================================
pubkey: TkPgkcDQYDUSDBfwTokwkZpn8spz94u4fvXii9U7CWY
=============================================================================
Save this seed phrase and your BIP39 passphrase to recover your new keypair:
witness magnet rail absent modify harsh name coin endorse stem position green
=============================================================================

使用 solana transfer 可以往另一个地址转账，如：

$ solana transfer TkPgkcDQYDUSDBfwTokwkZpn8spz94u4fvXii9U7CWY 0.1 --allow-unfunded-recipient --url https://api.devnet.solana.com

Signature: 2Z3a9hLA1rprRpUbwvPWVNtKytr9k8y7PzHunxoJG25Qes6pXaubarshG2fJj5bwGndYudnTT4U3H8UMVxYhx3ec

注：当往一个新地址转账时，需要指定 --allow-unfunded-recipient 参数。

可在区块浏览器中查看上面的转账：https://solscan.io/tx/2Z3a9hLA1rprRpUbwvPWVNtKytr9k8y7PzHunxoJG25Qes6pXaubarshG2fJj5bwGndYudnTT4U3H8UMVxYhx3ec?cluster=devnet

通过 RPC getBalance 可以查看余额。在命令行中，使用 solana balance 可以查看某帐户的余额，如：

$ solana balance TkPgkcDQYDUSDBfwTokwkZpn8spz94u4fvXii9U7CWY --url https://api.devnet.solana.com
0.1 SOL
$ solana balance TkPgkcDQYDUSDBfwTokwkZpn8spz94u4fvXii9U7CWY --lamports --url https://api.devnet.solana.com
100000000 lamports

内置程序（Native Programs）直接部署在 Solana 区块链的节点代码中。

下面是内置程序（Native Programs）的例子：

1. System Program
   
2. BPF Loader Program
   
3. Vote program
   

目前 Solana 支持 Rust 和 C/C++ 编写链上程序，它们会被 LLVM 编译为 BPF 字节码提交到链上执行。

下面是 Hello World 链上程序的示例：

use solana_program::{
    account_info::AccountInfo,
    entrypoint,
    entrypoint::ProgramResult,
    pubkey::Pubkey,
    msg,
};

// declare and export the program's entrypoint
entrypoint!(process_instruction);

// program entrypoint's implementation
pub fn process_instruction(
    program_id: &Pubkey,
    accounts: &[AccountInfo],
    instruction_data: &[u8]
) -> ProgramResult {
    // log a message to the blockchain
    msg!("Hello, world!");

    // gracefully exit the program
    Ok(())
}

参考：https://solana.com/developers/guides/getstarted/hello-world-in-your-browser

可以把 Solana 的内存模型看作是一个巨大的 Heap。链上的所有状态都保存在这个堆里。每个内存区域都有一个管理它的程序（有时称为“所有者”）。使用术语 Account 来标记某个内存区域。如图 4 所示。

参考：https://github.com/solana-developers/program-examples/tree/main/basics/counter