Блокчейны изначально использовались в качестве децентрализованных сетей для обработки транзакций. Однако виртуальные машины способствовали развитию смарт-контрактов поверх блокчейнов, превратив их в фундаментальные компоненты для широкого спектра приложений и случаев использования. Основными примерами являются Виртуальная Машина Solana (SVM) и Виртуальная Машина Ethereum (EVM).

Виртуальная машина Solana (SVM) - это программная инфраструктура, которая лежит в основе блокчейна Solana, позволяющая осуществлять реализацию смарт-контрактов и достигать более высокой пропускной способности транзакций. В отличие от Ethereum Virtual Machine (EVM), которая работает по последовательной обработке и использует Solidity, SVM использует язык программирования Rust и параллельную обработку транзакций.

Что такое виртуальная машина Solana (SVM)?

Виртуальная машина Solana (SVM) - это среда выполнения, которая обрабатывает транзакции, смарт-контракты и программы в сети Solana. Виртуальная машина Solana улучшает масштабируемость сети за счет обработки тысяч транзакций в секунду (TPS). Разработчики утверждают, что SVM оптимизирована для сценариев с высоким спросом и построена с использованием языка программирования Rust для наиболее эффективного выполнения транзакций.

Ethereum был первым, кто разработал виртуальную машину блокчейна - EVM, которая впоследствии стала отраслевым стандартом. Архитектура EVM вдохновила множество блокчейнов, включая BNB Smart Chain, Avalanche и Tron, которые реализовали системы, совместимые с EVM или производные от нее.

Виртуальная машина Solana выступает как серьезный конкурент установленной EVM. SVM работает как виртуализированный процессор, отвечающий за развертывание смарт-контрактов, обработку транзакций и выполнение других запросов от этих контрактов.

Эти транзакции являются запросами на изменение состояния, вычисляемыми виртуальной машиной Solana и обновляющими общее состояние блокчейна после каждой итерации. В заключение, среда выполнения блокчейна Solana - это SVM. Он обеспечивает динамичную сеть для разработки и функционирования веб-приложений Web3 путем взаимодействия с уровнем консенсуса блокчейна Solana.

SVM (Solana Virtual Machine) может поддерживать различные приложения для смарт-контрактов, такие как DeFi, GameFi и другие децентрализованные приложения. Solana VM – модульная машина, похожая на EVM. Ее можно развернуть с другими компонентами, такими как слой доступности данных или слой согласования, для создания децентрализованных сетей с минимальными или без каких-либо изменений их исходной формы.

Источник: протокол Squads

Что такое виртуальная машина (VM)?

Виртуальная машина (ВМ) — это программный компонент, который выполняет программы, часто называемые средой выполнения, в контексте блокчейнов. Он используется для реализации смарт-контрактов для криптосети. Виртуальная машина также может упростить процесс развертывания для разработчиков в других каналах, использующих ту же виртуальную машину.

Когда транзакция отправляется, виртуальная машина сети отвечает за ее обработку и управление состоянием блокчейна, которое является текущим состоянием всей сети, так как оно изменяется после выполнения транзакции. ВМ устанавливает точные правила для изменения состояния сети.

Виртуальная машина (VM) преобразует код смарт-контракта в формат, который аппаратное обеспечение валидаторов может выполнять во время обработки транзакций. Виртуальная машина Solana (SVM) компилирует Rust, C и C++ в BPF-байткод, основной язык написания смарт-контрактов на Solana. Этот процесс позволяет сетевым узлам (валидаторам) эффективно выполнять транзакции.

В прошлом пользователи использовали виртуальные машины (ВМ) в качестве экспериментальных сред, полностью изолированных от основной операционной системы компьютера. Виртуальные машины блокчейна служат уровнем исполнения сети для децентрализованных приложений, в отличие от традиционных виртуальных машин, которые представляют собой изолированные песочницы. Виртуальные машины блокчейна (ВМ) децентрализованы, что позволяет узлам сети запускать экземпляр виртуальной машины блокчейна на своем устройстве, вычислять изменения состояния и отслеживать изменения состояния, предложенные другими валидаторами, для достижения консенсуса. Это гарантирует, что записи о транзакциях корректно записываются в сеть.

Как работает виртуальная машина Solana (SVM)?

Узлы блокчейна (валидаторы) работают как отдельные автономные экземпляры виртуальной машины Solana. Каждый валидатор обрабатывает транзакции в изолированной локальной среде SVM на своем оборудовании. Однако SVM должен сначала преобразовать смарт-контракт в формат, который может обрабатывать аппаратное обеспечение валидатора, прежде чем валидатор сможет выполнить смарт-контракт.

Состояние блокчейна изменяется, когда смарт-контракт успешно развертывается. Это изменение должно быть сообщено рантайму Slana, который пересылает изменения в SVM, позволяя всем узлам-валидаторам обновить блокчейн с изменением состояния.

Использование параллельной обработки транзакций SeaLevel является важным компонентом виртуальной машины Solana, которая представляет собой значительный контраст с виртуальной машиной Ethereum. Существует множество причин, почему SVM может обрабатывать транзакции быстрее, чем EVM, однако основным фактором является разница в времени выполнения двух блокчейнов. В заключение, EVM может обрабатывать только один контракт одновременно из-за своего "однопоточного" времени выполнения. С другой стороны, SVM использует "многопоточное" время выполнения, которое может параллельно обрабатывать множество контрактов.

Механизмы работы SVM могут быть нарушены через ряд отдельных процессов. Они включают в себя;

• Узел валидатора: Solana разбросала многочисленные узлы валидаторов по всему миру. Каждая версия SVM выполняется независимо, что позволяет выполнять отдельные задачи.
• Подготовленные контракты: первый шаг SVM - перевести смарт-контракт на язык, который может понимать узел. Это гарантирует точное выполнение смарт-контракта.
• Выполнение смарт-контрактов: Смарт-контракт выполняется после правильного форматирования. Смарт-контракт обновляет конкретные данные блокчейна на версии SVM, работающей на определенном узле.
• Достижение консенсуса: Этот пересмотренный блокчейн распределяется на все другие узлы сети для достижения консенсуса.

Обработка параллельных транзакций на уровне моря

SeaLevel - это критически важный компонент виртуальной машины Solana, поскольку он позволяет виртуальной машине выполнять транзакции параллельно. Модель параллельной обработки транзакций позволяет обрабатывать транзакции одновременно валидаторами по всей сети, в отличие от последовательной модели выполнения. Это позволяет сети достигать более высокой пропускной способности и улучшенной масштабируемости. Это облегчает «горизонтальное» масштабирование в среде выполнения Solana, позволяя одновременную реализацию нескольких смарт-контрактов без влияния на их соответственную производительность. Смарт-контракты Solana облегчают это, указывая данные (состояние), которые будут считываться или записываться во время выполнения.

Это позволяет параллельное выполнение транзакций без конфликтов и простой доступ к одной и той же информации. Sealevel позволяет SVM обрабатывать десятки тысяч транзакций одновременно, а не по отдельности, как делает Ethereum Virtual Machine (EVM).

Sealevel использует оптимистический контроль параллелизма, метод, позволяющий выполнять транзакции параллельно, предполагая, что большинство из них не будут конфликтовать. Если конфликт обнаружен во время выполнения, Sealevel последовательно повторяет конфликтующие транзакции. Происходит откат.

SeaLevel оптимизирует выполнение смарт-контрактов, позволяя одновременно выполнять множество транзакций на различных узлах сети Solana. Это достигается путем идентификации и сегрегации транзакций, которые могут быть обработаны параллельно без риска вмешательства на основе данных, к которым они обращаются или которые они изменяют для достижения этой цели. SeaLevel интеллектуально упорядочивает транзакции, которые могут конфликтовать, чтобы гарантировать точное и упорядоченное выполнение.

Преимущества SeaLevel

Основное преимущество подхода параллельной обработки - масштабируемость. Сеть Solana может эффективно масштабироваться без препятствий, обычно наблюдаемых в традиционных последовательных системах обработки, используемых другими блокчейнами, такими как Ethereum. Возможность SeaLevel обрабатывать параллельные увеличения увеличивается вместе с объемами транзакций. Это приводит к сокращению периодов обработки и увеличению скорости транзакций, что является важным для приложений, требующих реального времени.

Контрасты между параллельными и последовательными моделями выполнения

Параллельное выполнение - это сложное решение, которое позволяет одновременное выполнение и независимую классификацию транзакций. В отличие от обычного метода последовательного выполнения, параллельное выполнение позволяет одновременно обрабатывать несколько транзакций, улучшая масштабируемость и производительность сети.

Фундаментальный подход - основной момент дифференциации. Вся сеть должна проверять каждую транзакцию с последовательным выполнением. Это приводит к значительному потреблению энергии и увеличению усилий для майнеров или валидаторов. В отличие от этого, параллельное выполнение улучшает скорость транзакций. Оно снижает связанные затраты, оптимизируя возможности сети, при этом обеспечивая совместимость с Ethereum Virtual Machine (EVM) окружением.

Различия между виртуальной машиной Solana (SVM) и виртуальной машиной Ethereum (EVM)

SVM и EVM: различие клиента

Ethereum и Solana являются отличительными блокчейнами тем, что для проверки транзакций используются различные клиенты-валидаторы. Если определенный клиент испытывает трудности, несколько клиентов-валидаторов могут помочь предотвратить нарушения работы сети. Клиенты Execution Layer (EL) и Consensus Layer (CL) - это две категории клиентов-валидаторов.

Клиенты исполнения несут ответственность за следующее:

• получение новых транзакций, распространенных в сети
• выполнение их на EVM
• поддержание текущего состояния и базы данных всех данных Ethereum

Источник: Банк AMINA

С другой стороны, клиенты консенсуса реализуют алгоритм консенсуса PoS и достигают согласия в сети, используя проверенные данные от клиентов исполнения.

Узлы валидаторов Ethereum обычно работают как с клиентами выполнения, так и с клиентами согласования, поскольку эти две категории клиентов выполняют различные функции. В отличие от этого, Solana интегрирует обе возможности в единый клиент. Solana Labs была первой организацией, разработавшей первый валидаторский клиент на Solana.

Источник: Банк AMINA

С тех пор было множество независимых попыток создать дополнительных полноценных или легковесных валидаторов на сети Solana:

Jito Labs

В августе 2022 года Jito Labs опубликовала второго клиента-валидатора на основном сети. Jito отвечает за поддержку, модификацию и развертывание этой ветки кода Solana Labs, которую он разрабатывает независимо. Тем не менее, у этого клиента есть недостаток в клиенте Solana Labs, так как он является форком существующего клиента.

Firedancer

В августе 2022 года Jump Crypto объявила о намерении разработать новый клиент-валидатор на платформе Solana. Этот клиент-валидатор создан полностью на языке C++ и продемонстрировал значительное улучшение производительности. Firedancer обрабатывает до одного миллиона транзакций в секунду в тестовых средах. В сравнении, оригинальный клиент Solana Labs обрабатывает около 55 000 транзакций в секунду в подобных тестовых средах.

Sig

В июле 2023 года Syndica объявила о создании Sig, клиента-валидатора для сети Solana, написанного на языке программирования Zig. Команда валидаторов в Syndica изначально реализовала протокол обсуждения для Sig в сентябре 2023 года.

TinyDancer

TinyDancer, легкий клиент для Solana, в настоящее время находится в стадии активной разработки наряду с этими четырьмя валидаторскими клиентами. TinyDancer и другие легкие клиенты не формируют блоки или участвуют в консенсусе; вместо этого они облегчают проверку состояния блокчейна без необходимости работы полного узла.

SVM против EVM: количество узлов

Блокчейны, в которых больше число валидаторов, обычно более устойчивы. Пользователь должен быть уверен, что его передача будет записана при выполнении контракта на блокчейне. Идеально, каждое добавление в блокчейн записывается на каждом валидаторе этой цепочки, поэтому большое число валидаторов крайне важно. Разнообразный набор валидаторов защищает от катастрофических событий, таких как выход из строя центра обработки данных.

Числа узлов EVM

Ethereum категоризирует узлы на три категории на основе их участия в консенсусе и объема их хранения данных:

Полный узел: Полные узлы получают и проверяют данные для каждого блока в блокчейне, проверяя его блок за блоком. Существует множество полных узлов, некоторые из которых начинают с блока генезиса и проверяют все записи во всей истории блокчейна. Другие начинают проверку с самых недавно доверенных блоков, обычно поддерживая локальную копию самых последних 128 блоков и периодически удаляя старые данные, чтобы экономить дисковое пространство. Старые данные могут быть восстановлены по мере необходимости.

Архивный узел: Архивные узлы проверяют и поддерживают все блоки, начиная с блока Genesis, гарантируя, что никакие данные не будут удалены. Они необходимы для запроса тестовых наборов данных без необходимости надежной добычи и услуг, таких как исследователи блоков, провайдеры кошельков и анализ цепочек.

Легкий узел: В отличие от полной блокчейна, легкие узлы получают только заголовки блоков. Полные узлы запрашиваются для предоставления дополнительной информации о потребностях легких узлов. После получения данных легкие узлы могут независимо проверить их по отношению к корню состояния заголовков блоков. Они не требуют высокой пропускной способности или сложного оборудования, что позволяет участвовать в сети Ethereum с мобильных телефонов или встроенных устройств. Легкие узлы не могут стать майнерами или валидаторами, поскольку они не участвуют в консенсусе. Однако они могут получить доступ к блокчейну Ethereum и обеспечивать ту же безопасность и функциональность, что и полные узлы.

Числа узлов SVM

Узлы в Solana классифицируются на две категории в зависимости от их участия в консенсусе:

• Узлы консенсуса: Узлы консенсуса являются неотъемлемой частью сети, поскольку они генерируют и предлагают новые блоки, а также голосуют за допустимость новых блоков, предложенных другими узлами. Они необходимы для работы сети.

• Узлы RPC (Удаленные узлы вызова процедур): Узлы RCP являются неотъемлемыми для dApps, построенных на блокчейне Solana, поскольку они служат шлюзами для блокчейн-данных. Они независимо проверяют все новые блоки и модификации сети, аналогично узлам консенсуса, но не участвуют в голосовании.

С самого начала Solana различает узлы RPC и узлы консенсуса. Однако узлы RPC не проводят опросы. Узлы RPC Ethereum обычно создаются из полных узлов или архивных узлов. Абсолютное количество узлов Solana относительно высоко по сравнению с другими блокчейнами, основанными на доказательстве доли. Фонд планирует в ближайшее время модифицировать свои программы, чтобы продвигать не только количество узлов, но и их качество.

Общее количество узлов консенсуса сократилось с примерно 2200 до 1700 в марте 2023 года. Это сокращение произошло из-за значительного количества стейка, перераспределенного от узлов, взимающих комиссию в размере 100%. Сторонники признали проблему и переназначили свои делегирования более активным валидаторам. В результате этого снижения узлы консенсуса постепенно и последовательно увеличивались, достигнув общего числа в 1961 узел консенсуса и 2874 узла валидатора на 13 сентября.

Резюме различий между SVM и EVM

В заключение, ниже приведено сравнение между узлами SVM и узлами EVM:

Модель управления транзакциями: SVM использует параллельную модель обработки, что позволяет выполнять несколько транзакций одновременно, тем самым увеличивая пропускную способность и снижая задержку. В отличие от EVM, который обрабатывает транзакции последовательно, что может привести к сетевой перегрузке в периоды повышенного использования.

Язык программирования: SVM поддерживает Rust, язык, известный своей эффективностью. Этот язык особенно хорошо подходит для приложений, которые требуют высокой производительности и безопасности. В отличие от этого, EVM использует Solidity, язык программирования, разработанный для создания смарт-контрактов.

Реализация смарт-контрактов: Каждый валидатор независимо выполняет смарт-контракты на SVM, обеспечивая более эффективную сетевую работу. В отличие от этого, EVM требует, чтобы все узлы достигли консенсуса относительно результатов выполнения смарт-контрактов, что может замедлить время обработки.

Заключение

SVM - это среда выполнения на блокчейне Solana, которая приоритизирует эффективную реализацию смарт-контрактов и обработку транзакций. Он повышает масштабируемость и пропускную способность транзакций с использованием языка программирования Rust и параллельной обработки транзакций. SVM сталкивается с препятствиями, включая врожденные недостатки параллельной модели выполнения и крутой кривой обучения языка Rust. Тем не менее, предполагается, что будущее использование и принятие SVM будут увеличиваться из-за его интеграции с новейшими технологиями искусственного интеллекта.