As blockchains foram inicialmente empregadas como redes descentralizadas para processamento de transações. No entanto, as máquinas virtuais facilitaram o desenvolvimento de contratos inteligentes em cima das 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-lhe facilitar a implementação de contratos inteligentes e alcançar maior débito de transações. Ao contrário da Máquina Virtual Ethereum (EVM), que opera numa abordagem de processamento sequencial e emprega o Solidity, a SVM emprega a linguagem de programação Rust e o processamento de transações em paralelo.

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 ao processar 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 transações de forma mais eficiente.

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 BNB Smart Chain, Avalanche e Tron, que implementaram sistemas compatíveis ou derivados da EVM.

A Máquina Virtual Solana emergiu como um concorrente formidável para o estabelecido EVM. A SVM funciona como um motor de processamento virtualizado responsável por implantar contratos inteligentes, processar transações e atender a outros pedidos desses contratos.

Estas transações são pedidos de alteração de estado, calculados pelo Solana VM e atualizam o estado geral da blockchain após cada iteração. Em conclusão, o ambiente de execução da blockchain Solana é o SVM. Ele fornece uma rede dinâmica para o desenvolvimento e operação de aplicações Web3, trabalhando em conjunto com a camada de consenso da blockchain Solana.

O SVM pode suportar vários aplicativos de contrato inteligente, como DeFi, GameFi e outros aplicativos descentralizados. Solana VM é uma máquina modular que é semelhante ao EVM. Ele pode ser implantado com outros componentes, como uma camada de disponibilidade de dados ou consenso, para construir redes descentralizadas com poucas ou nenhuma modificação em sua forma original.

Origem: Protocolo de esquadrões

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 das blockchains. É usado para implementar contratos inteligentes para uma rede cripto. Uma máquina virtual também pode agilizar 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 é 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 para um formato que o hardware dos validadores pode executar durante o processamento da transação. 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 utilizadores utilizaram máquinas virtuais (VMs) como ambientes experimentais completamente isolados do seu sistema operativo de computador principal. As máquinas virtuais blockchain servem como camada de execução da rede para aplicações descentralizadas, em contraste com as máquinas virtuais tradicionais, que são caixas de areia isoladas. As máquinas virtuais blockchain (VMs) são descentralizadas, permitindo que os nós na rede executem uma instância da máquina virtual blockchain no seu dispositivo, calculem as alterações de estado e monitorem as alterações de estado sugeridas por outros validadores para alcançar o consenso. Isto garante que os registos das transações sejam registados corretamente na rede.

Como opera a Máquina Virtual Solana (SVM)?

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

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

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

Os mecanismos de funcionamento do SVM podem ser interrompidos através de uma série de processos distintos. Incluem:

• Nó Validador: A Solana dispersou inúmeros nós validadores em todo o mundo. Cada versão do SVM é executada de forma independente, permitindo a conclusão 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.
• Execução de Contratos Inteligentes: O contrato inteligente é executado uma vez que está devidamente formatado. O contrato inteligente atualiza dados específicos da blockchain na versão SVM em execução no nó específico.
• Alcançar Consenso: Esta blockchain revisada é distribuída para todos os outros nós da rede para alcançar um consenso.

Processamento Paralelo de Transações do Nível do Mar

SeaLevel é um componente crítico da 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 atinja uma maior capacidade de processamento e escalabilidade melhorada. Isso facilita a escalabilidade "horizontal" dentro do ambiente de execução da Solana, permitindo a implementação simultânea de vários contratos inteligentes sem afetar seu desempenho respectivo. Os contratos inteligentes da Solana facilitam isso ao especificar os dados (estado) que serão lidos ou escritos durante a execução.

Isso permite a execução paralela de transações livres de conflitos e o acesso simples à mesma informação. O Sealevel permite que a SVM processe dezenas de milhares de transações simultaneamente em vez de individualmente, como faz a Máquina Virtual Ethereum (EVM).

A Sealevel utiliza controlo de concorrência otimista, um método que permite a execução de transações em paralelo, presumindo que a maioria delas não entrará em conflito. Se for detetado um conflito durante a execução, a Sealevel volta a tentar sequencialmente as transações em conflito. É implementado um rollback.

SeaLevel otimiza a execução de contratos inteligentes, permitindo a execução simultânea de inúmeras transações em vários nodos na rede Solana. Isto é conseguido identificando e segregando transações que podem ser processadas em paralelo sem risco de interferência com base nos dados a que acedem ou modificam para atingir este objetivo. O SeaLevel sequencia inteligentemente as transações que possam 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 eficientemente sem os obstáculos normalmente observados em sistemas tradicionais de processamento sequencial usados por outras blockchains, como o Ethereum. A capacidade do SeaLevel de lidar com aumentos em paralelo aumenta junto com os volumes de transações. Isso leva a períodos de processamento reduzidos e velocidades de transação mais rápidas, essenciais para aplicações que exigem desempenho em tempo real.

Contrastes entre 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 o processamento simultâneo de várias transações, aumentando a escalabilidade e o desempenho da rede.

A abordagem fundamental é o principal ponto 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 as velocidades de transação. 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 do Cliente

Ethereum e Solana são blockchains distintos no sentido em que vários clientes validadores são usados para verificar transações. Se um cliente em particular enfrentar dificuldades, vários clientes validadores podem ajudar a prevenir 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:

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

Origem: Banco AMINA

Por outro lado, os clientes de consenso implementam o algoritmo de consenso PoS e alcançam o consenso na rede utilizando dados verificados dos 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, têm surgido inúmeras tentativas independentes de 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 este fork do código da Solana Labs, que ele desenvolve de forma independente. No entanto, este cliente possui uma falha no cliente da Solana Labs, pois é um fork do cliente existente.

Firedancer

Em agosto de 2022, a Jump Crypto revelou sua intenção de desenvolver um novo cliente validador na Solana. Este cliente validador foi criado completamente 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 gossip para o 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 nem participam do consenso; em vez disso, eles facilitam a verificação do status de uma blockchain sem a necessidade de operar um nó completo.

SVM vs. EVM: Número de Nós

As blockchains que têm um maior número de validadores são geralmente mais resilientes. Um usuário deve ter a garantia de que sua transmissão será gravada quando executar um contrato em um blockchain. Idealmente, cada adição a um blockchain é registrada em cada validador nessa cadeia, e é por isso que um número mais significativo de validadores é crucial. Uma gama diversificada de validadores protege contra eventos catastróficos, como uma interrupção do data center.

Números de Nós EVM

O Ethereum categoriza os 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 a bloco. Existem vários nós completos, alguns dos quais começam no bloco de gênese e validam todas as entradas em toda a história da blockchain. Outros iniciam a validação a partir dos blocos confiáveis mais recentes, geralmente mantendo uma cópia local dos 128 blocos mais recentes e excluindo periodicamente dados mais antigos para conservar o espaço em disco. Dados mais antigos podem ser regenerados conforme necessário.

Nó de arquivamento: Os nós de arquivo 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 confiável e serviços como exploradores de blocos, provedores de carteira e análise de cadeia.

Nó Leve: Ao contrário da blockchain completa, os nós leves apenas recuperam os 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 verificá-los independentemente em relação à raiz de estado dos cabeçalhos de bloco. Eles não necessitam de largura de banda alta ou hardware sofisticado, o que permite a participação na rede Ethereum a partir de telefones móveis ou dispositivos embutidos. Os nós leves não podem se tornar mineradores ou validadores, pois não participam do consenso. No entanto, eles podem acessar a 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.

• Nós RPC (Nós de Chamada de Procedimento Remoto): os nós RCP são indispensáveis para dApps construídos na blockchain Solana, já que funcionam como portais para dados de blockchain. Eles verificam independentemente todos os novos blocos e modificações de rede, semelhantes aos nós de consenso, mas não participam da votação.

Desde o início, a Solana diferencia entre nós RPC e nós de consenso. No entanto, os nós RPC não realizam votações. Os nós RPC do Ethereum normalmente são 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 seus programas em breve 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 para 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 em 13 de setembro.

Resumo da Diferença Entre SVM e EVM

Em conclusão, o seguinte é uma comparação entre os nós SVM e os nós EVM:

Modelo de Gestão de Transações: O SVM utiliza um modelo de processamento paralelo, o que permite a execução de múltiplas transações simultaneamente, melhorando assim o rendimento e reduzindo a latência. Em contraste, o EVM processa as 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 utiliza Solidity, uma linguagem de programação projetada para desenvolver contratos inteligentes.

Implementação de Contratos Inteligentes: Cada validador executa contratos inteligentes no SVM de forma independente, facilitando operações de rede mais eficientes. Por outro lado, o EVM necessita que todos os nós alcancem 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 o throughput 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 íngreme da linguagem Rust. No entanto, espera-se que a utilização e adoção futuras do SVM aumentem devido à sua integração com tecnologias emergentes de IA.