什麼是 program derived address (PDA)？

Program Derived Addresses（PDAs）是 Solana 區塊鏈上具有特殊屬性的帳戶。正確使用 PDA 可以讓 Solana dApp 開發變得快速且高效，因為它們有助於跨程式通訊。

本文將說明 PDA 是什麼、解決了哪些問題、如何運作，以及它們與Solana 帳戶模型中其他帳戶的差異。

什麼是 program derived address（pda）？

Program Derived Address 是 Solana 區塊鏈上一種沒有私鑰的帳戶。由於 PDA 不是公鑰，因此該帳戶的位址是透過程式 ID、SHA-512 雜湊函式、種子陣列（seed array）以及一個特殊的 bump seed 計算出來的。

什麼是 Solana 上的標準帳戶？

一個標準的 Solana 帳戶同時具有私鑰與公鑰（各 32 位元組），兩者共同組成一組金鑰對（keypair），長度為 64 位元組，並位於一條橢圓曲線（ED25519）上。金鑰對要有效，就必須位於此曲線上。

以下是 ED25519 橢圓曲線的示意圖：

程式位址是如何推導出來的？

PDA 需要三個主要元件：

1. Parent Program ID - 建立該 PDA 的父程式的 ID
2. Seeds - 一組字串陣列
3. Bump Seed - 確保該 PDA 不會有私鑰

要建立有效的 Program Derived Address，需要將父程式的 ID 與種子陣列一起輸入 SHA-512 雜湊函式進行運算。

然而，大約有 50% 的情況下，這個雜湊結果會落在 ED25519 橢圓曲線 上，形成一組金鑰對。由於 PDA 不能有私鑰，Program Derived Address 絕不能落在橢圓曲線上。為了防止 PDA 擁有私鑰，會使用一個特殊的 bump seed，把雜湊結果「彈」出曲線之外。

Bump seed 其實只是一個數字，從 255 開始。如果即使加上 bump seed，雜湊結果仍然落在曲線上，就會再次執行雜湊函式，這次 bump 改為 254、再來是 253，依此類推，直到得出的結果不在曲線上為止。

注意：種子可以是任意字串，但開發者通常會依父程式狀態變數的特定情境來使用它們，藉此建立類似雜湊表（hashmap）的結構。

PDA 解決了哪些問題？

Program derived address 透過以程式化方式產生交易簽章，簡化了交易確認流程，讓 DeFi 帳戶等去信任化服務得以順暢運作。

以下是一個 PDA 使用情境的假設範例。

假設有一個 Solana 程式，讓使用者可以將某個 NFT 設定為預設大頭貼（PFP）。這個程式會由兩個程式組成：

1. PFP 程式 - 建立帳戶來儲存使用者所選擇的大頭貼
2. Core 程式 - 作為使用者輸入與 PFP 程式之間的代理

若要讓 PFP 程式更新使用者選擇的大頭貼，它需要用自己的私鑰來簽署變更大頭貼的交易。但這也代表該程式必須將私鑰儲存在鏈上。

Solana 程式無法用自己的私鑰為自己簽署交易，因為該金鑰本身會儲存在鏈上，所有人都看得到。若真是如此，該私鑰就可能被用來代表該程式簽署交易，進而更改任何使用者的大頭貼。

試想，如果這個 PFP 程式管理著數百萬顆 SOL token，這樣的漏洞將會演變成一場重大的駭客事件。Program Derived Address 正是為了解決這個問題而存在。

為什麼 PDA 很重要？

Program Derived Address 在 Solana 程式設計中扮演關鍵角色，因為它們有助於不同程式之間的通訊（Cross Program Invocation），也可以作為雜湊表，用來儲存父程式能輕鬆更新與變更的特定資料。

1. 儲存程式的狀態變數

PDA 讓 Solana 開發者能夠儲存並追蹤與特定使用者相關的變數或一組變數。PDA 最典型的用途，就是為其父程式儲存狀態變數或資料，因為它預設就已授權父程式代表它進行變更。

2. 將 PDA 當作雜湊表使用

Mapping 代表一組鍵值對（key-value pairs），用來透過鍵快速找到相關聯的資訊。在 Solana 開發中，透過 PDA 的種子與正確的字串，也能達成同樣的效果。

讓我們回到前面提到的錢包大頭貼範例。

當使用者選定他們錢包的 PFP 後，PFP 程式會拿選定的圖片與使用者的位址，將這兩者作為「種子」來建立一個 PDA，用來儲存使用者的選擇。

一旦雜湊演算法成功找到這個 Program Derived Address，其公鑰就會「對應」到使用者的位址與所選的 NFT 頭像。

如果再多提供一個 PDA 作為第三個種子，這個雜湊表功能還能發揮得更好。我們可以將所有可選的大頭貼收集起來，儲存在另一個獨立的 PDA 中，並把每一張大頭貼作為它的種子，最終得到一個儲存所有大頭貼的 PDA。

這樣一來，當使用者來選擇他們的大頭貼時，這個 PDA 看起來就會像一個雜湊表，因為透過這些種子，你可以看出：從一組大頭貼選項（PFP 群組 PDA）中，某個作為第一個種子傳入的使用者位址，選擇了作為第二個種子傳入的那張大頭貼。

這個範例可以進一步延伸，建構出更深層的雜湊表結構。

3. 跨程式呼叫（Cross program invocations）

Cross Program Invocation（CPI）是指一個程式呼叫另一個程式中函式的過程。CPI 之所以有用，是因為它們讓程式碼有更好的組合性（composability）。

回到我們的範例，假設某位使用者想把他的大頭貼從 Degen Ape 換成 Solana Monkey Business 頭像。

以下是背後實際發生的流程：

當使用者登入錢包時，core 合約會取得使用者的位址（公鑰），並尋找一個已經建立、種子中包含該使用者公鑰的 PDA。

找到之後，core 程式會呼叫 PFP 程式中一個名為「changePFP()」的函式（這就是一次 Cross-Program Invocation），並將 core 程式已經「選定」的那個 PDA 作為參數傳入。

一旦這個函式被呼叫，被選定的 PDA 會檢查「要求」進行變更的帳戶是否為其父程式。如果 PDA 不相符，交易就會被拒絕，因為只有父程式才能修改該 PDA 的資料。

由於 PFP 程式是這個被選定的 PDA 的父程式，因此它有權將使用者選定的大頭貼從 Degen Ape 改為 SMB 頭像。

Program Derived Address 讓其父程式能夠代表它進行簽署，並可用於儲存程式的狀態、建立雜湊表，以及進行跨程式呼叫。PDA 是 Solana 程式設計領域中的基礎主題，能讓 dApp 開發變得快速且高效。

Program derived address 常見問題

在處理 Program Derived Address 時，了解 Solana 如何處理交易與資料會很有幫助。帳戶主要有兩種類型：可執行（executable）與不可執行（non-executable）。

什麼是可執行帳戶？

可執行帳戶，也稱為 程式（programs），類似於 Ethereum 的智能合約——一段程式碼，當某個帳戶與它互動時，會改變其狀態。

什麼是不可執行帳戶？

不可執行的資料帳戶單純用來儲存資料（例如帳戶擁有的 SOL 數量、NFT、token 餘額等），基本上就是程式的狀態變數。

Solana 程式的資料儲存方式與 Ethereum 智能合約有何不同？

Ethereum 與 Solana 之間一個根本性的差異，在於可執行程式碼的儲存方式。Ethereum 上的智能合約本身就「內建」了儲存所有狀態變數的 storage。相較之下，Solana 上的程式並沒有內建的 storage，而是擁有各自獨立的資料帳戶，用來持有並參照它們想要儲存的各種狀態變數。