Las cadenas de bloques se emplearon inicialmente como redes descentralizadas para el procesamiento de transacciones. Sin embargo, las máquinas virtuales han facilitado el desarrollo de contratos inteligentes sobre las cadenas de bloques, convirtiéndolas en componentes fundamentales para una amplia gama de aplicaciones y casos de uso. Ejemplos destacados incluyen la Máquina Virtual Solana (SVM) y la Máquina Virtual Ethereum (EVM).

La Máquina Virtual Solana (SVM) es la infraestructura de software que respalda la cadena de bloques Solana, permitiendo la implementación de contratos inteligentes y logrando un mayor rendimiento de transacciones. A diferencia de la Máquina Virtual Ethereum (EVM), que opera en un paradigma de procesamiento secuencial y utiliza Solidity, la SVM utiliza el lenguaje de programación Rust y un procesamiento paralelo de transacciones.

¿Qué es la Máquina Virtual Solana (SVM)?

La Máquina Virtual Solana (SVM) es el entorno de ejecución que procesa transacciones, contratos inteligentes y programas en la red Solana. La Máquina Virtual Solana mejora la escalabilidad de la red al procesar miles de transacciones por segundo (TPS). Los desarrolladores afirman que la SVM está optimizada para escenarios de alta demanda y está construida utilizando el lenguaje de programación Rust para ejecutar transacciones de la manera más eficiente.

Ethereum fue el primero en desarrollar una máquina virtual de blockchain, la EVM, que desde entonces se ha convertido en el estándar de la industria. La arquitectura de la EVM ha inspirado numerosas blockchains, incluyendo BNB Smart Chain, Avalanche y Tron, que han implementado sistemas compatibles o derivados de la EVM.

La Máquina Virtual Solana ha surgido como un competidor formidable para el EVM establecido. La SVM funciona como un motor de procesamiento virtualizado responsable de implementar contratos inteligentes, procesar transacciones y cumplir con otras solicitudes de estos contratos.

Estas transacciones son solicitudes de cambio de estado, calculadas por la SVM de Solana y actualizan el estado general del blockchain después de cada iteración. En conclusión, el entorno de ejecución de la blockchain de Solana es la SVM. Proporciona una red dinámica para el desarrollo y operación de aplicaciones Web3 al trabajar en conjunto con la capa de consenso de la blockchain de Solana.

El SVM puede admitir varias aplicaciones de contratos inteligentes, como DeFi, GameFi y otras aplicaciones descentralizadas. Solana VM es una máquina modular similar a EVM. Puede implementarse con otros componentes, como una capa de disponibilidad de datos o consenso, para construir redes descentralizadas con modificaciones mínimas o nulas a su forma original.

Fuente: protocolo de Squads

¿Qué es una Máquina Virtual (VM)?

Una máquina virtual (VM) es un componente de software que ejecuta programas, a menudo denominado entorno de ejecución, en el contexto de las cadenas de bloques. Se utiliza para implementar contratos inteligentes para una red criptográfica. Una máquina virtual también puede agilizar el proceso de implementación para los desarrolladores en otros canales que utilizan la misma VM.

Cuando se envía una transacción, la máquina virtual de la red es responsable de procesarla y gestionar el estado de la cadena de bloques, que es el estado actual de toda la red, ya que se ve afectado por la ejecución de la transacción. La VM establece las regulaciones precisas para alterar el estado de la red.

El VM convierte el código del contrato inteligente en un formato que el hardware de los validadores puede ejecutar durante el procesamiento de transacciones. La Máquina Virtual Solana (SVM) compila Rust, C y C++ en bytecode BPF, el lenguaje principal para escribir contratos inteligentes en Solana. Este proceso permite que los nodos de la red (validadores) ejecuten transacciones de manera eficiente.

En el pasado, los usuarios han utilizado máquinas virtuales (VM) como entornos experimentales completamente aislados de su sistema operativo informático principal. Las máquinas virtuales de blockchain sirven como la capa de ejecución de la red para aplicaciones descentralizadas, en contraste con las máquinas virtuales tradicionales, que son entornos aislados. Las máquinas virtuales de blockchain (VM) son descentralizadas, lo que permite a los nodos de la red ejecutar una instancia de la máquina virtual de la cadena de bloques en su dispositivo, calcular cambios de estado y supervisar los cambios de estado sugeridos por otros validadores para lograr consenso. Esto garantiza que los registros de transacciones se registren correctamente en la red.

¿Cómo funciona la Máquina Virtual Solana (SVM)?

Los nodos (validadores) de la blockchain operan como instancias distintas y autónomas de la Máquina Virtual Solana. Cada validador procesa transacciones en un entorno local SVM aislado en su hardware. No obstante, la SVM debe convertir primero el contrato inteligente en un formato que el hardware del validador pueda procesar antes de que este pueda ejecutar el contrato inteligente.

El estado de la cadena de bloques se altera cuando un contrato inteligente se implementa efectivamente. Este cambio debe ser reportado al tiempo de ejecución de Solana, que reenvía los cambios al SVM, permitiendo que todos los nodos validadores actualicen la cadena de bloques con el cambio de estado.

La utilización del Procesamiento Paralelo de Transacciones SeaLevel es un componente crítico de la máquina virtual Solana, que contrasta significativamente con la máquina virtual Ethereum. Hay numerosas razones por las cuales SVM puede procesar transacciones más rápidamente que EVM; sin embargo, el factor principal es la disparidad en los tiempos de ejecución de las dos blockchains. En resumen, EVM solo puede procesar un contrato simultáneamente debido a su tiempo de ejecución “de un solo hilo”. Por otro lado, SVM emplea un tiempo de ejecución “multihilo” que puede procesar simultáneamente numerosos contratos.

Los mecanismos de trabajo del SVM pueden ser interrumpidos a través de una serie de procesos distintos. Incluyen;

• Nodo validador: Solana ha dispersado numerosos nodos validadores en todo el mundo. Cada versión del SVM se ejecuta de forma independiente, lo que permite completar tareas distintas.
• Contratos inteligentes preparados: El primer paso del SVM es traducir el contrato inteligente a un lenguaje que el nodo pueda comprender. Esto garantiza que el contrato inteligente se ejecute con precisión.
• Ejecución de contratos inteligentes: El contrato inteligente se ejecuta una vez que está correctamente formateado. El contrato inteligente actualiza datos específicos de la cadena de bloques en la versión SVM que se ejecuta en el nodo particular.
• Lograr consenso: Esta blockchain revisada se distribuye a todos los demás nodos de la red para alcanzar un consenso.

Procesamiento paralelo de transacciones a nivel del mar

SeaLevel es un componente crítico de Solana VM, ya que permite que la máquina virtual ejecute transacciones en tándem. El modelo de procesamiento de transacciones paralelas procesa transacciones simultáneamente por validadores en toda la red, a diferencia del modelo de ejecución secuencial. Esto permite que la red alcance un mayor rendimiento y una mejor escalabilidad. Esto facilita la escalabilidad 'horizontal' dentro del entorno de ejecución de Solana al permitir la implementación concurrente de múltiples contratos inteligentes sin afectar su rendimiento respectivo. Los contratos inteligentes de Solana facilitan esto al especificar los datos (estado) que se leerán o escribirán durante la ejecución.

Esto permite la ejecución paralela de transacciones sin conflictos y simplemente accediendo a la misma información. Sealevel permite que el SVM procese decenas de miles de transacciones simultáneamente en lugar de individualmente, como lo hace la Máquina Virtual Ethereum (EVM).

Sealevel emplea el control de concurrencia optimista, un método que permite la ejecución de transacciones en paralelo presumiendo que la mayoría de ellas no entrarán en conflicto. Si se detecta un conflicto durante la ejecución, Sealevel reintenta secuencialmente las transacciones conflictivas. Se implementa un rollback.

SeaLevel optimiza la ejecución de contratos inteligentes permitiendo la ejecución simultánea de numerosas transacciones a través de varios nodos en la red Solana. Esto se logra identificando y segregando transacciones que pueden ser procesadas en paralelo sin riesgo de interferencia basado en los datos a los que acceden o modifican para lograr esto. SeaLevel secuencia inteligentemente las transacciones que pueden entrar en conflicto para garantizar una ejecución precisa y ordenada.

Beneficios de SeaLevel

El principal beneficio del enfoque de procesamiento paralelo es la escalabilidad. La red Solana puede escalar eficientemente sin los obstáculos típicamente observados en los sistemas de procesamiento secuencial tradicionales utilizados por otras blockchains, como Ethereum. La capacidad de SeaLevel para manejar aumentos en paralelo aumenta junto con los volúmenes de transacciones. Esto conduce a períodos de procesamiento reducidos y velocidades de transacción más rápidas, esenciales para aplicaciones que requieren un rendimiento en tiempo real.

Contrastes entre modelos de ejecución paralela y secuencial

La ejecución paralela es una solución sofisticada que permite la ejecución simultánea y clasificación independiente de transacciones. A diferencia del método convencional de ejecución secuencial, la ejecución paralela permite el procesamiento simultáneo de múltiples transacciones, mejorando la escalabilidad y el rendimiento de la red.

El enfoque fundamental es el punto principal de diferenciación. Toda la red debe validar cada transacción con Ejecución Secuencial. Esto resulta en un consumo significativo de energía y un mayor esfuerzo para los mineros o validadores. En contraste, la Ejecución Paralela mejora la velocidad de las transacciones. Reduce los costos asociados al optimizar las capacidades de la red, al tiempo que garantiza la compatibilidad con el entorno de la Máquina Virtual Ethereum (EVM).

Diferencias entre la Máquina Virtual Solana (SVM) y la Máquina Virtual Ethereum (EVM)

SVM y EVM: Distinción del Cliente

Ethereum y Solana son blockchains distintivos en el sentido de que se utilizan varios clientes validadores para verificar transacciones. Si un cliente en particular experimenta dificultades, varios clientes validadores pueden ayudar a prevenir interrupciones en la red. Los clientes de la Capa de Ejecución (EL) y los clientes de la Capa de Consenso (CL) son las dos categorías de clientes validadores.

Los clientes de ejecución son responsables de lo siguiente:

• recibiendo nuevas transacciones diseminadas en la red
• ejecutándolos en el EVM
• mantener el estado actual y la base de datos de todos los datos de Ethereum

Fuente: AMINA Bank

Por otro lado, los clientes de consenso implementan el algoritmo de consenso PoS y llegan a un consenso en la red utilizando datos verificados de los clientes de ejecución.

Los nodos validadores de Ethereum típicamente operan con clientes de ejecución y consenso, ya que estas dos categorías de clientes cumplen funciones distintas. Por el contrario, Solana integra ambas capacidades en un único cliente. Solana Labs fue la primera organización en desarrollar el primer cliente validador en Solana.

Fuente: AMINA Bank

Desde entonces, ha habido numerosos esfuerzos independientes para crear clientes de validación completos o lite adicionales en la red Solana:

Jito Labs

En agosto de 2022, Jito Labs publicó un segundo cliente validador en la mainnet. Jito es responsable de mantener, modificar e implementar esta bifurcación del código de Solana Labs, que él desarrolla de forma independiente. Sin embargo, este cliente tiene una falla en el cliente de Solana Labs, ya que es una bifurcación del cliente existente.

Firedancer

En agosto de 2022, Jump Crypto reveló su intención de desarrollar un nuevo cliente validador en Solana. Este cliente validador fue creado completamente en C++ y ha demostrado mejoras sustanciales en el rendimiento. Firedancer ha procesado hasta un millón de transacciones por segundo en entornos de prueba. En comparación, el cliente original de Solana Labs procesa alrededor de 55.000 transacciones por segundo en entornos de prueba similares.

Sig

En julio de 2023, Syndica reveló la creación de Sig, un cliente validador para la red Solana escrito en el lenguaje de programación Zig. El equipo de validadores en Syndica implementó inicialmente el protocolo de gossip para Sig en septiembre de 2023.

TinyDancer

TinyDancer, un cliente ligero para Solana, está actualmente en desarrollo activo además de estos cuatro clientes validadores. TinyDancer y otros clientes ligeros no construyen bloques ni participan en el consenso; en su lugar, facilitan la verificación del estado de una cadena de bloques sin necesidad de operar un nodo completo.

SVM vs. EVM: Número de Nodos

Las blockchains que tienen un mayor número de validadores son generalmente más resistentes. Un usuario debe tener la seguridad de que su transmisión será registrada cuando ejecute un contrato en una blockchain. Idealmente, cada adición a una blockchain se registra en cada validador en esa cadena, por lo que un número más significativo de validadores es crucial. Una variedad diversa de validadores protege contra eventos catastróficos como un apagón del centro de datos.

Números de Nodos EVM

Ethereum categoriza los nodos en tres categorías según su participación en el consenso y la extensión de su almacenamiento de datos:

Nodo completo: Los nodos completos adquieren y verifican los datos de cada bloque en la cadena de bloques, validándolos bloque por bloque. Existen diferentes tipos de nodos completos, algunos de los cuales comienzan en el bloque génesis y validan todas las entradas en toda la historia de la cadena de bloques. Otros inician la validación a partir de los bloques confiables más recientes, manteniendo típicamente una copia local de los 128 bloques más recientes y eliminando periódicamente datos antiguos para conservar espacio en disco. Los datos antiguos pueden regenerarse según sea necesario.

Nodo de archivo: los nodos de archivo verifican y mantienen todos los bloques desde el bloque Génesis en adelante, asegurando que no se elimine ningún dato. Son indispensables para consultar conjuntos de pruebas sin necesidad de minería confiable y servicios como exploradores de bloques, proveedores de billeteras y análisis de cadenas.

Nodo Ligero: A diferencia del blockchain completo, los nodos ligeros solo recuperan los encabezados de bloque. Se solicita a los nodos completos que proporcionen información adicional sobre las necesidades de los nodos ligeros. Cuando se recibe la información, los nodos ligeros pueden verificarla de manera independiente contra la raíz de estado de los encabezados de bloque. No necesitan un ancho de banda alto o hardware sofisticado, lo que permite la participación en la red Ethereum desde teléfonos móviles o dispositivos integrados. Los nodos ligeros no pueden convertirse en mineros o validadores, ya que no participan en el consenso. Sin embargo, pueden acceder al blockchain de Ethereum y proporcionar la misma seguridad y funcionalidad que los nodos completos.

Números de nodo SVM

Los nodos en Solana se clasifican en dos categorías según su participación en el consenso:

• Nodos de consenso: Los nodos de consenso son esenciales para la red, ya que generan y sugieren nuevos bloques y votan sobre la validez de los nuevos bloques propuestos por otros nodos. Son indispensables para el funcionamiento de la red.

• Nodos RPC (Nodos de Llamada de Procedimiento Remoto): Los nodos RCP son indispensables para las dApps construidas en la cadena de bloques Solana, ya que funcionan como puertas de enlace para los datos de la cadena de bloques. Verifican de forma independiente todos los bloques nuevos y las modificaciones de la red, similares a los nodos de consenso, pero no participan en la votación.

Desde el principio, Solana diferencia entre nodos RPC y nodos de consenso. Sin embargo, los nodos RPC no llevan a cabo encuestas. Los nodos RPC de Ethereum suelen construirse a partir de nodos completos o nodos de archivo. El número absoluto de nodos de Solana es relativamente alto en comparación con otras blockchains de prueba de participación. La Fundación tiene la intención de modificar sus programas en breve para promover la calidad de los nodos en lugar de simplemente la cantidad de nodos.

El número total de nodos de consenso disminuyó de aproximadamente 2200 a 1700 en marzo de 2023. Esta disminución se debió a una cantidad significativa de participación que se redistribuyó de nodos que cobraban una comisión del 100%. El stakeholder reconoció el problema y reasignó su delegación a validadores más activos. A raíz de esta disminución, los nodos de consenso han aumentado gradual y consistentemente, totalizando 1,961 nodos de consenso y 2,874 nodos validadores hasta el 13 de septiembre.

Resumen de las diferencias entre SVM y EVM

En conclusión, lo siguiente es una comparación entre los nodos SVM y los nodos EVM:

Modelo para la gestión de transacciones: El SVM utiliza un modelo de procesamiento paralelo, lo que permite la ejecución de múltiples transacciones simultáneamente, mejorando así la capacidad de procesamiento y reduciendo la latencia. En contraste, el EVM procesa las transacciones de manera secuencial, lo que puede resultar en congestión de la red durante períodos de alto uso.

Lenguaje de programación: El SVM admite Rust, un lenguaje reconocido por su eficiencia. Este lenguaje es particularmente adecuado para aplicaciones que requieren alto rendimiento y seguridad. En contraste, el EVM utiliza Solidity, un lenguaje de programación diseñado para desarrollar contratos inteligentes.

Implementación de Contratos Inteligentes: Cada validador ejecuta contratos inteligentes en el SVM de forma independiente, facilitando operaciones de red más eficientes. Por el contrario, el EVM requiere que todos los nodos alcancen un consenso con respecto a los resultados de las ejecuciones de contratos inteligentes, lo que puede retrasar los tiempos de procesamiento.

Conclusión

El SVM es un entorno de ejecución en la cadena de bloques de Solana que prioriza la implementación eficiente de contratos inteligentes y el procesamiento de transacciones. Mejora la escalabilidad y el rendimiento de las transacciones utilizando el lenguaje de programación Rust y el procesamiento paralelo de transacciones. El SVM enfrenta obstáculos, incluidos los inconvenientes inherentes del modelo de ejecución paralela y la pronunciada curva de aprendizaje del lenguaje Rust. Sin embargo, se espera que la utilización y adopción futuras del SVM aumenten debido a su integración con las tecnologías emergentes de IA.