Solana 指令自省

指令内省（Instruction introspection）使 Solana 程序能够在同一笔交易中读取除自身以外的指令。

通常，一个程序只能读取以自身为目标的指令。Solana 运行时将每条指令路由到指令中指定的程序。

一个 Solana 交易可以包含多条指令，每条指令都以不同的程序为目标。例如，程序 A 可能收到指令 Ax，而程序 B 在同一交易中收到指令 Bx。通过内省，程序 B 可以读取指令 Ax 和 Bx 的内容。

例如，假设你希望确保与你的 DeFi 程序的任何交互都必须首先在同一交易中向你的 treasury 转账 0.5 SOL。你可以通过内省指令来执行此规则，如果所需的 0.5 SOL 转账指令未包含在与你的程序交互的指令之前，则拒绝整个交易。

在本文中，我们将学习内省的工作原理以及如何在你的 Solana 程序中实现它。

交易和指令

在我们了解指令内省之前，让我们详细回顾一下交易和指令。

Solana 交易是一个具有两个字段的结构体：一个消息（message）和签署它的签名（signatures）。该消息包含一个按顺序执行的指令(instructions)数组。

下面的代码（直接来自 Solana SDK）显示了一个交易的结构体表示：

pub struct Transaction {
    pub signatures: Vec<Signature>,
    pub message: Message,
}

交易消息

交易消息（transaction message）包含指令列表，以及指令将共同访问的所有帐户密钥的并集。它还包含运行时需要的一些附加数据，例如最近的区块哈希（recent block hash）和消息头（message header）。

pub struct Message {
    pub instructions: Vec<Instruction>,
    pub account_keys: Vec<Address>,
    pub recent_blockhash: Hash,
    pub header: MessageHeader,
}

以下是每个组件的详细分解：

• 指令（Instructions）：每个指令是对链上程序的一次调用。一个指令包含三个组件：

  • 程序 ID（Program ID）：具有被调用指令的业务逻辑的程序的地址。
  • 帐户（Accounts）：进入交易 帐户密钥（account keys） 的索引。这些索引将指令映射到它需要读取或写入的特定帐户。
  • 指令数据（Instruction data）：一个字节数组，用于指定要在程序上调用的函数以及指令所需的任何参数。
• 帐户密钥（Account keys）：这是每个指令中列出的所有帐户的并集。
• 最近的区块哈希（Recent blockhash）：一个最近的区块哈希，将交易与一个短时间窗口的插槽（slots）绑定并防止重放。
• 消息头（Message header）：它指定有多少帐户签署了交易，以及哪些帐户是只读的，哪些是可写的。

指令结构体（Instruction struct）

以下是 Instruction 结构体定义，来自 GitHub 上的 Solana 源代码：

pub struct Instruction {
    /// Pubkey of the program that executes this instruction.
    pub program_id: Pubkey,
    /// Metadata describing accounts that should be passed to the program.
    pub accounts: Vec<AccountMeta>,
    /// Opaque data passed to the program for its own interpretation.
    pub data: Vec<u8>,
}

pub struct AccountMeta {
    /// An account's public key.
    pub pubkey: Pubkey,
    // True if the instruction requires a signature for this pubkey
    /// in the transaction's signatures list.
    pub is_signer: bool,
    /// True if the account data or metadata may be mutated during program execution.
    pub is_writable: bool,
}

指令使用的每个帐户都由 AccountMeta 类型表示，它存储帐户的公钥以及签名者和可写标志。

交易和指令之间关系的总结

为了将所有内容放在一起，下图显示了一个交易、一个消息和指令之间的关系。

一个 交易（Transaction） 包含一个签名列表和一个消息。一个 消息（Message） 包含一个头部、帐户密钥列表、一个最近的区块哈希和一个指令列表。一个 指令（Instruction） 包含一个程序 ID，它使用的帐户（这索引到消息结构体中的 帐户密钥（account keys） 列表）和指令数据。

使用指令 Sysvar 进行指令内省

让我们首先检查 Solana Sysvar 帐户，来讨论内省是如何工作的。

一个 sysvar 是一个特殊的只读帐户，它包含由 Solana 运行时维护的动态更新的数据，并将内部网络状态暴露给程序。我们实际上是从这个帐户读取数据——我们没有对一个程序进行 CPI 调用。

我们在本系列的前一篇文章中讨论了不同类型的 Sysvar。要了解更多关于它们的信息，请阅读文章“Solana Sysvars Explained”。

指令内省使用指令 Sysvar 帐户来访问当前交易的序列化指令向量（program_id、帐户和数据）。例如，在一个包含多个指令的交易中，一个程序可以读取和分析任何指令，而不仅仅是当前指令。

这个动画展示了一个指令内省场景，其中，当指令 1 正在执行时，程序可以读取指令 2 和指令 3 的内容。

与 Solana 中的常规帐户不同，指令 Sysvar 帐户不存储数据；它仅在交易的生命周期内填充，并在执行完成后清除。

指令 Sysvar 帐户地址是 Sysvar1nstructions1111111111111111111111111。它包含当前交易中所有指令的序列化列表。每个条目都包含程序 ID、帐户和指令数据，就像我们之前看到的那样。以下是每个反序列化指令的 Rust 结构体，与之前重现的相同：

pub struct Instruction {
    /// Pubkey of the program that executes this instruction
    pub program_id: Pubkey,

    /// Metadata describing accounts that should be passed to the program
    pub accounts: Vec<AccountMeta>,

    /// Opaque data passed to the program for its own interpretation
    pub data: Vec<u8>,
}

Solana Rust SDK 提供了几个辅助函数来访问指令 sysvar 帐户中的序列化指令。但是，SDK 没有提供返回所有指令的单个函数；相反，它只提供反序列化特定索引处的单个指令的函数。

你仍然可以手动读取和反序列化 sysvar 帐户中的指令列表，但是这样做容易出错，因此，应该使用 SDK 反序列化指令。

以下是 Solana Rust SDK 为内省提供的两个关键辅助函数：

1. load_current_index_checked – 程序可以使用此辅助函数来了解它们在交易列表中的索引，然后通过它们的相对位置查找另一个指令。
2. load_instruction_at_checked – 加载特定索引处的指令，并将其反序列化为一个 Instruction 结构体。一旦你使用 load_current_index_checked 函数获得了当前索引，你就可以使用此函数来内省较早或较晚的指令。我们将在本文后面的章节中看到如何做到这一点。

首先，要理解这些辅助函数是如何工作的，让我们看看指令 sysvar 帐户的布局。它被组织成三个区域：

1. 头部（header）
2. 指令（instructions）
3. 当前正在执行的指令的索引（index）

1. 头部区域

头部指定了交易中的指令数量和指令偏移量（指向指令开始的位置）。下图显示了一个具有 2 个指令的头部，因此有两个偏移量：一个从内存位置 6 开始，另一个从内存位置 20 开始。

2. 指令区域

指令区域从偏移量指示的字节位置开始（下图中的红色框只是偏移量的视觉标记，而不是实际的内存位置）。从该位置开始，它包含帐户元数据、程序 ID、指令数据的长度，最后是指令数据本身。如果我们有多个指令，则每个指令都会重复此结构。

![一个图表，显示了来自 Solana 指令 Sysvar 帐户的指令区域的示例布局。它使用一个红色框来视觉上指示偏移量指向的位置，标记指令的开始。然后布局显示了帐户信息字段（包含 num_accounts、account.meta 和 account.pubkey），然后是 program_id、data_len 和数据本身...