As blockchains foram inicialmente utilizadas como redes descentralizadas para processamento de transações. No entanto, as máquinas virtuais facilitaram o desenvolvimento de contratos inteligentes em cima de blockchains, transformando-as em componentes fundamentais para uma ampla gama de aplicações e casos de uso. Exemplos principais incluem a Máquina Virtual Solana (SVM) e a Máquina Virtual Ethereum (EVM).

A Máquina Virtual Solana (SVM) é a infraestrutura de software que sustenta a blockchain Solana, permitindo a implementação de contratos inteligentes e maior taxa de transações. Ao contrário da Máquina Virtual Ethereum (EVM), que opera em um paradigma de processamento sequencial e utiliza Solidity, a SVM utiliza a linguagem de programação Rust e o processamento paralelo de transações.

O que é a Máquina Virtual Solana (SVM)?

A Máquina Virtual Solana (SVM) é o ambiente de execução que processa transações, contratos inteligentes e programas na rede Solana. A Máquina Virtual Solana melhora a escalabilidade da rede, processando milhares de transações por segundo (TPS). Os desenvolvedores afirmam que a SVM é otimizada para cenários de alta demanda e é construída usando a linguagem de programação Rust para executar as transações de forma mais eficiente.

O Ethereum foi o primeiro a desenvolver uma máquina virtual blockchain, a EVM, que desde então se tornou o padrão da indústria. A arquitetura da EVM inspirou inúmeras blockchains, incluindo a BNB Smart Chain, Avalanche e Tron, que implementaram sistemas compatíveis com ou derivados da EVM.

A Máquina Virtual Solana emergiu como um concorrente formidável para a EVM estabelecida. A SVM funciona como um mecanismo de processamento virtualizado responsável por implantar contratos inteligentes, processar transações e atender a outras solicitações desses contratos.

Essas transações são solicitações de mudança de estado, computadas pela SVM Solana e atualizam o estado geral do blockchain após cada iteração. Em conclusão, o ambiente de execução do blockchain Solana é a SVM. Ele fornece uma rede dinâmica para o desenvolvimento e operação de aplicativos Web3, trabalhando em conjunto com a camada de consenso do blockchain Solana.

A SVM pode suportar várias aplicações de contratos inteligentes, como DeFi, GameFi e outras aplicações descentralizadas. A Solana VM é uma máquina modular semelhante à EVM. Pode ser implantada com outros componentes, como uma camada de disponibilidade de dados ou consenso, para construir redes descentralizadas com modificações mínimas ou nenhuma em sua forma original.

Fonte: protocolo Squads

O que é uma Máquina Virtual (VM)?

Uma máquina virtual (VM) é um componente de software que executa programas, frequentemente referido como um ambiente de tempo de execução, no contexto de blockchains. É usado para implementar contratos inteligentes para uma rede criptográfica. Uma máquina virtual também pode simplificar o processo de implantação para desenvolvedores em outros canais que utilizam a mesma VM.

Quando uma transação é submetida, a máquina virtual da rede é responsável por processá-la e gerenciar o estado do blockchain, que é o status atual de toda a rede, conforme afetado pela execução da transação. A VM estabelece as regulamentações precisas para alterar o estado da rede.

A VM converte o código do contrato inteligente em um formato que o hardware dos validadores pode executar durante o processamento de transações. A Máquina Virtual Solana (SVM) compila Rust, C e C++ em bytecode BPF, a linguagem principal para escrever contratos inteligentes na Solana. Esse processo permite que os nós da rede (validadores) executem transações de forma eficiente.

No passado, os usuários utilizavam máquinas virtuais (VMs) como ambientes experimentais totalmente isolados de seu sistema operacional principal. Máquinas virtuais de blockchain servem como a camada de execução da rede para aplicativos descentralizados, ao contrário das máquinas virtuais tradicionais, que são ambientes isolados. Máquinas virtuais de blockchain (VMs) são descentralizadas, permitindo que nós na rede executem uma instância da máquina virtual da blockchain em seus dispositivos, computem mudanças de estado e monitorem as mudanças de estado sugeridas por outros validadores para alcançar consenso. Isso garante que os registros das transações sejam corretamente registrados na rede.

Como funciona a Máquina Virtual Solana (SVM)?

Os nós (validadores) da blockchain operam como instâncias distintas e autônomas da Máquina Virtual Solana. Cada validador processa transações em um ambiente local SVM isolado em seu hardware. No entanto, a SVM deve primeiro converter o contrato inteligente em um formato que o hardware do validador possa processar antes que um validador possa executar o contrato inteligente.

O estado do blockchain é alterado quando um contrato inteligente é efetivamente implantado. Essa alteração deve ser relatada ao tempo de execução do Slana, que encaminha as alterações para o SVM, permitindo que todos os nós validadores atualizem o blockchain com a alteração de estado.

A utilização do Processamento Paralelo SeaLevel é um componente crítico da máquina virtual Solana, que apresenta um contraste significativo com a máquina virtual Ethereum. Há inúmeras razões pelas quais a SVM pode processar transações mais rapidamente que a EVM; no entanto, o fator primário é a disparidade nos tempos de execução das duas blockchains. Em resumo, a EVM só pode processar um contrato simultaneamente devido ao seu tempo de execução “single-threaded”. Por outro lado, a SVM emprega um tempo de execução “multi-threaded” que pode processar simultaneamente inúmeros contratos.

Os mecanismos de funcionamento do SVM podem ser interrompidos por meio de uma série de processos distintos. Eles incluem;

• Nó validador: Solana dispersou vários nós validadores em todo o mundo. Cada versão do SVM é executada de forma independente, permitindo a realização de tarefas distintas.
• Contratos Inteligentes Preparados: O primeiro passo do SVM é traduzir o contrato inteligente para uma linguagem que o nó possa compreender. Isso garante que o contrato inteligente seja executado com precisão.
• Executando Contratos Inteligentes: O contrato inteligente é executado uma vez que está devidamente formatado. O contrato inteligente atualiza dados específicos do blockchain na versão SVM em execução no nó específico.
• Alcançando consenso: Este blockchain revisado é distribuído para todos os outros nós da rede para alcançar um consenso.

Processamento Paralelo de Transações de Nível do Mar

SeaLevel é um componente crítico do Solana VM, pois permite que a máquina virtual execute transações em conjunto. O modelo de processamento de transações paralelas processa transações simultaneamente por validadores em toda a rede, ao contrário do modelo de execução sequencial. Isso permite que a rede alcance maior throughput e escalabilidade aprimorada. Isso facilita a escalabilidade 'horizontal' dentro do ambiente de execução Solana, permitindo a implementação simultânea de vários contratos inteligentes sem afetar seu desempenho respectivo. Os contratos inteligentes do Solana facilitam isso especificando os dados (estado) que serão lidos ou gravados durante a execução.

Isso permite a execução paralela de transações livres de conflitos e simplesmente acessando as mesmas informações. Sealevel permite que o SVM processe dezenas de milhares de transações simultaneamente, em vez de individualmente, como faz a Máquina Virtual Ethereum (EVM).

O Sealevel utiliza controle de concorrência otimista, um método que permite a execução de transações em paralelo, presumindo que a maioria delas não entrará em conflito. Se um conflito for detectado durante a execução, o Sealevel tentará novamente em sequência as transações conflitantes. Um rollback é implementado.

SeaLevel otimiza a execução de contratos inteligentes, permitindo a execução simultânea de inúmeras transações em vários nós na rede Solana. Isso é feito identificando e segregando transações que podem ser processadas em paralelo sem risco de interferência com base nos dados que acessam ou modificam para alcançar isso. SeaLevel sequencia inteligentemente transações que podem conflitar para garantir uma execução precisa e ordenada.

Benefícios do SeaLevel

O principal benefício da abordagem de processamento paralelo é a escalabilidade. A rede Solana pode escalar de forma eficiente sem os obstáculos normalmente observados nos sistemas de processamento sequencial tradicionais usados por outras blockchains, como o Ethereum. A capacidade do SeaLevel de lidar com aumentos paralelos aumenta junto com os volumes de transação. Isso leva a períodos de processamento reduzidos e velocidades de transação mais rápidas, essenciais para aplicativos que requerem desempenho em tempo real.

Contrastes entre os Modelos de Execução Paralela e Sequencial

A execução paralela é uma solução sofisticada que permite a execução simultânea e classificação independente de transações. A execução paralela, ao contrário do método convencional de Execução Sequencial, permite processar simultaneamente várias transações, melhorando a escalabilidade e o desempenho da rede.

A abordagem fundamental é o ponto principal de diferenciação. Toda a rede deve validar cada transação com Execução Sequencial. Isso resulta em um consumo significativo de energia e um esforço maior para mineradores ou validadores. Em contraste, a Execução Paralela melhora a velocidade das transações. Reduz os custos associados otimizando as capacidades da rede, tudo isso garantindo compatibilidade com o ambiente da Máquina Virtual Ethereum (EVM).

Diferenças entre a Máquina Virtual Solana (SVM) e a Máquina Virtual Ethereum (EVM)

SVM e EVM: Distinção de Cliente

Ethereum e Solana são blockchains distintos no sentido de que vários clientes validadores são usados para verificar transações. Se um cliente específico enfrentar dificuldades, vários clientes validadores podem ajudar a evitar interrupções na rede. Os clientes da Camada de Execução (EL) e da Camada de Consenso (CL) são as duas categorias de clientes validadores.

Os clientes de execução são responsáveis pelo seguinte:

• recebendo novas transações disseminadas na rede
• executando-os no EVM
• mantendo o estado atual e o banco de dados de todos os dados do Ethereum

Fonte: Banco AMINA

Por outro lado, os clientes de consenso implementam o algoritmo de consenso PoS e alcançam consenso na rede utilizando dados verificados pelos clientes de execução.

Os nós validadores do Ethereum normalmente operam com clientes de execução e consenso, pois essas duas categorias de clientes desempenham funções distintas. Por outro lado, a Solana integra ambas as capacidades em um único cliente. A Solana Labs foi a primeira organização a desenvolver o primeiro cliente validador na Solana.

Origem: Banco AMINA

Desde então, houve inúmeras iniciativas independentes para criar clientes validadores completos ou leves adicionais na rede Solana:

Jito Labs

Em agosto de 2022, a Jito Labs publicou um segundo cliente validador na mainnet. A Jito é responsável por manter, modificar e implantar esse fork do código da Solana Labs, que ele desenvolve independentemente. No entanto, esse cliente tem uma falha no cliente da Solana Labs, pois é um fork do cliente existente.

Firedancer

Em agosto de 2022, a Jump Crypto divulgou sua intenção de desenvolver um novo cliente validador na Solana. Este cliente validador foi criado inteiramente em C++ e demonstrou melhorias substanciais de desempenho. O Firedancer processou até um milhão de transações por segundo em ambientes de teste. Em comparação, o cliente original da Solana Labs processa cerca de 55.000 transações por segundo em ambientes de teste semelhantes.

Sig

Em julho de 2023, a Syndica divulgou a criação do Sig, um cliente validador para a rede Solana escrito na linguagem de programação Zig. A equipe validadora da Syndica implementou inicialmente o protocolo de fofoca para Sig em setembro de 2023.

TinyDancer

TinyDancer, um cliente leve para Solana, está atualmente em desenvolvimento ativo, além desses quatro clientes validadores. TinyDancer e outros clientes leves não constroem blocos ou participam de consenso; em vez disso, eles facilitam a verificação do estado de uma blockchain sem necessitar da operação de um nó completo.

SVM vs. EVM: Número de nós

Blockchains que possuem um maior número de validadores são geralmente mais resilientes. Um usuário deve ter a garantia de que sua transmissão será registrada quando executar um contrato em uma blockchain. Idealmente, cada adição a uma blockchain é registrada em todos os validadores dessa cadeia, o que é por que um número maior de validadores é crucial. Uma ampla variedade de validadores protege contra eventos catastróficos, como uma interrupção do centro de dados.

Números de Nó EVM

O Ethereum categoriza nós em três categorias com base em sua participação no consenso e na extensão de seu armazenamento de dados:

Nó Completo: Os nós completos adquirem e verificam os dados de cada bloco na blockchain, validando-o bloco por bloco. Existem vários nós completos, alguns dos quais começam no bloco gênesis e validam todas as entradas em toda a história da blockchain. Outros iniciam a validação a partir dos blocos confiáveis mais recentes, normalmente mantendo uma cópia local dos 128 blocos mais recentes e excluindo periodicamente dados mais antigos para conservar espaço em disco. Dados mais antigos podem ser regenerados conforme necessário.

Nó de arquivamento: os nós de arquivamento verificam e mantêm todos os blocos do bloco Genesis para frente, garantindo que nenhum dado seja excluído. Eles são indispensáveis para consultar conjuntos de teste sem precisar de mineração e serviços confiáveis, como exploradores de blocos, provedores de carteira e análise de cadeia.

Nó leve: Ao contrário do blockchain completo, os nós leves apenas recuperam cabeçalhos de bloco. Os nós completos são solicitados a fornecer informações adicionais sobre as necessidades dos nós leves. Quando os dados são recebidos, os nós leves podem verificar independentemente em relação ao estado raiz dos cabeçalhos de bloco. Eles não necessitam de largura de banda alta ou hardware sofisticado, o que permite a participação na rede Ethereum de telefones celulares ou dispositivos embutidos. Os nós leves não podem se tornar mineradores ou validadores, pois não participam do consenso. No entanto, eles podem acessar o blockchain Ethereum e fornecer a mesma segurança e funcionalidade que os nós completos.

Números de Nó SVM

Os nós na Solana são classificados em duas categorias de acordo com seu envolvimento no consenso:

• Nós de Consenso: Os nós de consenso são essenciais para a rede, pois geram e sugerem novos blocos e votam na validade dos novos blocos propostos por outros nós. Eles são indispensáveis para a operação da rede.

• Nodes RPC (Nodes de Chamada de Procedimento Remoto): Os Nodes RCP são indispensáveis para dApps construídos na blockchain Solana, pois funcionam como Portões para dados da blockchain. Eles verificam independentemente todos os novos blocos e modificações na rede, semelhante aos nós de consenso, mas não participam de votações.

Desde o início, Solana diferencia entre nós RPC e nós de consenso. No entanto, os nós RPC não realizam a realização de pesquisas. Os nós RPC do Ethereum são tipicamente construídos a partir de nós completos ou nós de arquivo. O número absoluto de nós da Solana é relativamente alto em comparação com outras blockchains de prova de participação. A Fundação pretende modificar em breve seus programas para promover a qualidade dos nós, em vez de apenas a quantidade de nós.

O número total de nós de consenso diminuiu de aproximadamente 2200 para 1700 em março de 2023. Essa diminuição resultou de uma quantidade significativa de participação sendo redistribuída de nós que cobravam uma comissão de 100%. O stakeholder reconheceu o problema e reatribuiu sua delegação a validadores mais ativos. Após essa queda, os nós de consenso aumentaram gradual e consistentemente, totalizando 1.961 nós de consenso e 2.874 nós validadores até 13 de setembro.

Resumo da Diferença Entre SVM e EVM

Em conclusão, a seguir está uma comparação entre os nós SVM e os nós EVM:

Modelo de Gerenciamento de Transações: O SVM utiliza um modelo de processamento paralelo, que permite a execução de múltiplas transações simultaneamente, melhorando assim a capacidade de processamento e reduzindo a latência. Em contraste, o EVM processa transações de forma sequencial, o que pode resultar em congestionamento de rede durante períodos de uso intenso.

Linguagem de Programação: O SVM suporta Rust, uma linguagem renomada por sua eficiência. Esta linguagem é particularmente adequada para aplicações que necessitam de alto desempenho e segurança. Em contraste, o EVM emprega Solidity, uma linguagem de programação projetada para desenvolver contratos inteligentes.

Implementação de Contratos Inteligentes: Cada validador executa contratos inteligentes no SVM independentemente, facilitando operações de rede mais eficientes. Por outro lado, o EVM exige que todos os nós cheguem a um consenso sobre os resultados das execuções de contratos inteligentes, o que pode atrasar os tempos de processamento.

Conclusão

O SVM é um ambiente de execução na blockchain Solana que prioriza a implementação eficiente de contratos inteligentes e processamento de transações. Ele melhora a escalabilidade e a taxa de transações usando a linguagem de programação Rust e processamento paralelo de transações. O SVM enfrenta obstáculos, incluindo as desvantagens inerentes do modelo de execução paralela e a curva de aprendizado acentuada da linguagem Rust. No entanto, espera-se que a utilização e adoção futura do SVM aumentem devido à sua integração com tecnologias emergentes de IA.