什么是程序派生地址（PDA）？

Program Derived Addresses（PDAs）是 Solana 区块链上具有特殊属性的账户。正确使用 PDA 能让Solana dApp 开发变得快速且高效，因为它们有助于跨程序通信。

本文将解释什么是 PDA、它们解决了哪些问题、其工作原理，以及它们与Solana 账户模型中其他账户的区别。

什么是程序派生地址（pda）？

Program Derived Address 是 Solana 区块链上没有私钥的账户。由于 PDA 不是公钥，其账户地址是通过程序 ID、SHA-512 哈希函数、种子数组和一个特殊的 bump seed 计算得出的。

Solana 上的标准账户是什么？

一个标准的 Solana 账户同时拥有私钥和公钥（各 32 字节），两者共同组成一个密钥对，长度为 64 字节，位于椭圆曲线（ED25519）上。密钥对要有效，必须位于这条曲线上。

以下是 ED25519 椭圆曲线的示意图：

程序地址是如何派生的？

PDA 需要三个主要组成部分：

1. 父程序 ID - 创建该 PDA 的父程序的 ID
2. 种子（Seeds） - 一个字符串数组
3. Bump Seed - 确保该 PDA 没有私钥

要生成一个有效的 Program Derived Address，需要将父程序的 ID 和种子数组一起输入 SHA-512 哈希函数运算。

然而，大约有 50% 的情况下，该哈希运算的结果会落在 ED25519 椭圆曲线 上，形成一个密钥对。由于 PDA 不能有私钥，Program Derived Address 不能落在椭圆曲线上。为防止 PDA 拥有私钥，会使用一个特殊的 bump seed 将哈希结果“撞”离曲线。

bump seed 本质上只是一个数字，从 255 开始。如果即便加上 bump seed，哈希结果仍然落在曲线上，就会再次运行哈希函数，将 bump 依次改为 254、253，以此类推，直到生成的结果不在曲线上为止。

注意：种子可以是任意字符串，但开发者通常会结合父程序的状态变量来使用它们，以此构建出类似哈希表的结构。

PDA 解决了什么问题？

Program Derived Address 通过以编程方式生成交易签名来简化交易确认流程，从而帮助 DeFi 账户等去信任化服务顺畅运行。

以下是一个假设的 PDA 使用场景。

设想一个 Solana 程序，允许用户将某个 NFT 设置为默认头像（PFP）。该程序由两个部分组成：

1. PFP 程序 - 创建账户以存储用户选择的头像
2. 核心程序 - 充当用户输入和 PFP 程序之间的代理

若要让 PFP 程序更新用户所选的头像，它需要用自己的私钥对交易签名以完成头像的更改。但这也意味着该程序需要将其私钥存储在链上。

Solana 程序不能用自己的私钥代表自己对交易签名，因为该密钥本身会被存储在链上，对所有人可见。如果这样做，该私钥就可能被用来代表该程序签署交易，从而更改任意用户的头像。

设想 PFP 程序管理着数百万枚 SOL 代币。这样的漏洞会演变成一场重大黑客攻击。Program Derived Address 正是为解决这一问题而生。

PDA 为什么重要？

Program Derived Address 在 Solana 编程中扮演着重要角色，因为它们有助于不同程序之间的通信（跨程序调用），并且可以充当哈希表，用于存储特定数据，而其父程序可以轻松更新和修改这些数据。

1. 存储程序的状态变量

PDA 让 Solana 开发者能够存储并追踪与特定用户相关的一个或一组变量。PDA 最适合的用途是为其父程序存储状态变量或数据，因为默认情况下它已授权父程序代表自己进行修改。

2. 将 PDA 用作哈希表

映射（Mapping）表示一组键值对，用于根据某个键便捷地查找与之关联的信息。在 Solana 开发中，可以利用 PDA 的种子和相应字符串实现同样的效果。

让我们回到之前钱包头像的例子。

一旦用户选定了钱包的 PFP，PFP 程序会取用所选图片和用户的地址作为“种子”，创建一个用于存储用户选择的 PDA。

一旦哈希算法成功找到该 Program Derived Address，其公钥就会“映射”到用户的地址和所选的 NFT 头像上。

通过再提供一个 PDA 作为第三个种子，这种哈希表功能可以得到更好的利用。我们可以把所有可用的头像存储在一个单独的 PDA 中，将每张头像作为其种子传入，最终得到一个存储了所有头像的 PDA。

这样一来，当用户前来选择头像时，这个 PDA 看起来就像一个哈希表，因为通过传入的种子，你可以看出：在众多头像中（PFP 组 PDA），我们作为第一个种子传入的用户地址，选择了我们作为第二个种子传入的那张头像。

在此基础上，还可以进一步构建更深层次的哈希表结构。

3. 跨程序调用

跨程序调用（Cross Program Invocations，CPI）是指一个程序调用另一个程序中函数的过程。CPI 之所以有用，是因为它们让代码具备更好的可组合性。

回到我们的例子，假设某用户想把头像从 Degen Ape 换成 Solana Monkey Business 头像。

其底层运作方式如下：

用户登录钱包后，核心程序会取用户的地址（公钥），并查找一个已经创建的、其种子中包含该用户公钥的 PDA。

找到之后，核心程序会调用 PFP 程序中名为 changePFP() 的函数（这就是一次跨程序调用），并将核心程序已经“选定”的 PDA 作为参数传入。

函数被调用后，被选中的 PDA 会检查“请求”该变更的账户是否为其父程序。如果不匹配，交易将被拒绝，因为只有父程序才能修改 PDA 的数据。

由于 PFP 程序正是该 PDA 的父程序，因此它被允许将用户所选的头像从 Degen Ape 更改为 SMB 头像。

Program Derived Address 让其父程序能够代表自己签名，并可用于存储程序状态、构建哈希表，以及用于跨程序调用。PDA 是 Solana 编程领域中的一个基础性主题，它使快速、高效的 dApp 开发成为可能。

Program Derived Address 常见问题

在使用 Program Derived Address 时，了解 Solana 如何处理交易和数据会很有帮助。账户主要分为两种类型：可执行账户和不可执行账户。

什么是可执行账户？

可执行账户，也被称为程序（programs），类似于 Ethereum 智能合约——一段在账户与其交互时会改变自身状态的代码。

什么是不可执行账户？

不可执行的数据账户仅用于存储数据（例如账户持有的 SOL 数量、NFT、代币余额等），本质上就是某个程序的状态变量。

Solana 的程序数据存储方式与 Ethereum 智能合约有何不同？

Ethereum 与 Solana 之间一个根本性的区别在于可执行代码的存储组织方式。Ethereum 上的智能合约自带“预建”的存储，智能合约会将其所有状态变量存储在其中。相比之下，Solana 上的程序没有预建的存储，而是拥有独立的数据账户，用于存放它们想要存储和引用的各种状态变量。