Спочатку блокчейни використовувалися як децентралізовані мережі для обробки транзакцій. Однак віртуальні машини сприяли розвитку розумних контрактів на основі блокчейнів, перетворюючи їх на фундаментальні компоненти для широкого спектру застосувань і сценаріїв використання. Основні приклади включають в себе віртуальну машину Solana (SVM) та віртуальну машину Ethereum (EVM).

Віртуальна машина Solana (SVM) - це програмна інфраструктура, що лежить в основі блокчейну Solana, що дозволяє здійснювати впровадження смарт-контрактів та досягати вищої пропускної здатності транзакцій. На відміну від Ethereum Virtual Machine (EVM), яка працює за послідовним парадигмою обробки та використовує мову Solidity, SVM використовує мову програмування Rust та паралельну обробку транзакцій.

Що таке віртуальна машина Solana (SVM)?

Віртуальна машина Solana (SVM) - це середовище виконання, яке обробляє транзакції, смарт-контракти та програми в мережі Solana. Віртуальна машина Solana покращує масштабованість мережі, оброблюючи тисячі транзакцій на секунду (TPS). Розробники стверджують, що SVM оптимізована для сценаріїв з високим попитом і побудована за допомогою мови програмування Rust для найефективнішого виконання транзакцій.

Ethereum був першим, хто розробив віртуальну машину блокчейну, EVM, яка в наступному стала стандартом для галузі. Архітектура EVM надихнула безліч блокчейнів, включаючи BNB Smart Chain, Avalanche і Tron, які впровадили системи, сумісні з або похідні від EVM.

Віртуальна машина Solana виросла у важкого конкурента для встановленого EVM. SVM працює як віртуалізований обчислювальний рушій, відповідальний за розгортання смарт-контрактів, обробку транзакцій та виконання інших запитів від цих контрактів.

Ці транзакції - запити на зміну стану, обчислені віртуальною машиною Solana та оновлюють загальний стан блокчейну після кожної ітерації. Загалом, середовище виконання блокчейну Solana - це SVM. Воно забезпечує динамічну мережу для розробки та функціонування веб-застосунків Web3, співпрацюючи з рівнем консенсусу в блокчейні Solana.

SVM може підтримувати різноманітні додатки з розумними контрактами, такі як DeFi, GameFi та інші децентралізовані додатки. Solana VM є модульною системою, яка схожа на EVM. Вона може бути розгорнута з іншими компонентами, такими як шар доступності даних або шар згоди, для побудови децентралізованих мереж з мінімальними або без змін у їхній початковій формі.

Джерело: протокол Squads

Що таке віртуальна машина (VM)?

Віртуальна машина (VM) - це програмний компонент, який виконує програми, які часто називають середовищем виконання, у контексті блокчейнів. Вона використовується для реалізації розумних контрактів для криптомережі. Віртуальна машина також може спростити процес розгортання для розробників на інших каналах, які використовують ту саму VM.

Коли транзакція надсилається, віртуальна машина мережі відповідає за її обробку та управління станом блокчейну, який є поточним станом всієї мережі, оскільки він змінюється в результаті виконання транзакції. ВМ встановлює точні правила для зміни стану мережі.

VM перетворює код розумного контракту в формат, який апаратне забезпечення валідаторів може виконати під час обробки транзакцій. Віртуальна машина Solana (SVM) компілює Rust, C та C++ в байт-код BPF, основну мову для написання розумних контрактів на Solana. Цей процес дозволяє вузлам мережі (валідаторам) ефективно виконувати транзакції.

У минулому користувачі використовували віртуальні машини (ВМ) як експериментальні середовища, повністю відокремлені від основної операційної системи комп'ютера. Віртуальні машини блокчейну служать виконавчим шаром мережі для децентралізованих додатків, на відміну від традиційних віртуальних машин, які є ізольованими пісочницями. Віртуальні машини блокчейну (ВМ) є децентралізованими, що дозволяє вузлам в мережі запускати екземпляр віртуальної машини блокчейну на своєму пристрої, обчислювати зміни стану і контролювати зміни стану, запропоновані іншими перевіряючими, для досягнення консенсусу. Це забезпечує правильне записування записів про транзакції в мережі.

Як працює віртуальна машина Solana (SVM)?

Вузли блокчейну (валідатори) працюють як відокремлені, автономні екземпляри віртуальної машини Solana. Кожен валідатор обробляє транзакції в ізольованому локальному середовищі SVM на своєму обладнанні. Тим не менш, СВМ повинна спочатку перетворити смарт-контракт в формат, який обладнання валідатора може обробляти, перед тим як валідатор може виконати смарт-контракт.

Стан блокчейну змінюється, коли ефективно розгортається смарт-контракт. Цю зміну необхідно повідомити робочому оточенню Slana, яке пересилає зміни до SVM, що дозволяє всім валідаторним вузлам оновити блокчейн із зміною стану.

Використання обробки транзакцій SeaLevel Parallel є важливою складовою віртуальної машини Solana, яка відмінно відрізняється від віртуальної машини Ethereum. Існує безліч причин, чому SVM може обробляти транзакції швидше, ніж EVM; однак, основний фактор - це розбіжність у часі виконання двох блокчейнів. Узагальнюючи, EVM може обробляти лише один контракт одночасно через свій «однопотоковий» час виконання. З іншого боку, SVM використовує «багатопотоковий» час виконання, який може одночасно обробляти безліч контрактів.

Механізми роботи методу опорних векторів можуть бути порушені через низку відмінних процесів. Вони включають в себе;

• Валідаторний вузол: Solana розповсюдила численні валідаторні вузли по всьому світу. Кожна версія SVM виконується незалежно, що дозволяє виконати різноманітні обов'язки.
• Підготовлені розумні контракти: Першим кроком SVM є переклад розумного контракту на мову, яку може розуміти вузол. Це забезпечує точне виконання розумного контракту.
• Виконання розумних контрактів: Розумний контракт виконується після правильного форматування. Розумний контракт оновлює конкретні дані блокчейну на версії SVM, що працює на певному вузлі.
• Досягнення консенсусу: Цей переглянутий блокчейн розподіляється на всі інші мережеві вузли для досягнення консенсусу.

Обробка транзакцій на рівні рівня моря

SeaLevel є критично важливим компонентом віртуальної машини Solana, оскільки він дозволяє віртуальній машині виконувати транзакції в тандемі. Модель паралельної обробки транзакцій обробляє транзакції одночасно валідаторами по всій мережі, на відміну від моделі послідовного виконання. Це дозволяє мережі досягати більш високої пропускної здатності та покращеної масштабованості. Це полегшує «горизонтальне» масштабування в середовищі виконання Solana, дозволяючи одночасно реалізовувати кілька смарт-контрактів, не впливаючи на їх відповідну продуктивність. Смарт-контракти Solana полегшують це, вказуючи дані (стан), які будуть зчитуватися або записуватися під час виконання.

Це дозволяє паралельне виконання транзакцій без конфліктів і просто доступ до тієї ж інформації. Sealevel дозволяє SVM обробляти десятки тисяч транзакцій одночасно, а не поодиноко, як це робить Ethereum Virtual Machine (EVM).

Sealevel використовує оптимістичний контроль конкуренції, метод, який дозволяє виконання транзакцій паралельно, припускаючи, що більшість з них не буде конфліктувати. Якщо конфлікт виявляється під час виконання, Sealevel послідовно повторює конфліктні транзакції. Реалізовано відкат.

SeaLevel оптимізує виконання смарт-контрактів, дозволяючи одночасне виконання численних транзакцій на різних вузлах мережі Solana. Це досягається шляхом ідентифікації та відокремлення транзакцій, які можуть бути оброблені паралельно без ризику втручання на основі даних, до яких вони звертаються або які модифікують для досягнення цього. SeaLevel розумно послідовно впорядковує транзакції, які можуть конфліктувати, щоб гарантувати точне та впорядковане виконання.

Переваги рівня моря

Основною перевагою підходу паралельної обробки є масштабованість. Мережа Solana може ефективно масштабуватися без перешкод, які зазвичай спостерігаються в традиційних послідовних системах обробки, що використовуються іншими блокчейнами, такими як Ethereum. Можливість SeaLevel обробляти збільшення паралельно зростає разом з обсягами транзакцій. Це призводить до скорочення періодів обробки та швидкості транзакцій, що є важливим для додатків, які вимагають реального часу.

Конфлікт між паралельними та послідовними моделями виконання

Паралельне виконання - це складне рішення, яке дозволяє одночасне виконання та незалежну класифікацію транзакцій. Паралельне виконання, на відміну від звичайного методу послідовного виконання, дозволяє одночасно обробляти кілька транзакцій, покращуючи масштабованість та продуктивність мережі.

Основний підхід - це основна точка відмінності. Вся мережа повинна підтверджувати кожну транзакцію послідовним виконанням. Це призводить до значного споживання енергії та збільшення зусиль для рударів або валідаторів. Натомість паралельне виконання покращує швидкість транзакцій. Це зменшує пов'язані витрати за рахунок оптимізації можливостей мережі, забезпечуючи сумісність з оточенням віртуальної машини Ethereum (EVM).

Відмінності між віртуальною машиною Solana (SVM) та віртуальною машиною Ethereum (EVM)

SVM та EVM: відмінності клієнта

Ethereum та Solana є відмінними блокчейнами тим, що використовуються різні клієнти-валідатори для підтвердження транзакцій. Якщо певний клієнт зазнає труднощів, кілька клієнтів-валідаторів можуть допомогти запобігти порушенням в мережі. Клієнти Виконавчого Шару (EL) та Клієнти Консенсусного Шару (CL) - це дві категорії клієнтів-валідаторів.

Клієнти виконання несуть відповідальність за наступне:

• отримання нових транзакцій, поширених в мережі
• виконання їх на EVM
• збереження поточного стану та бази даних всіх даних Ethereum

Джерело: Банк AMINA

З іншого боку, клієнти згоди реалізують алгоритм згоди PoS та досягають згоди в мережі, використовуючи перевірені дані від клієнтів виконання.

Вузли-валідатори Ethereum зазвичай працюють з клієнтами виконання та клієнтами консенсусу, оскільки ці дві категорії клієнтів виконують відмінні функції. Зворотньо, Solana поєднує обидві можливості в одному клієнті. Solana Labs була першою організацією, що розробила перший валідаторний клієнт на Solana.

Джерело: Банк АМІНА

З того часу було зроблено безліч незалежних спроб створити додаткові повні або полегшені клієнти-валідатори в мережі Solana:

Jito Labs

У серпні 2022 року компанія Jito Labs опублікувала другий валідаторний клієнт на основній мережі. Jito відповідає за підтримку, модифікацію та розгортання цієї версії коду Solana Labs, яку він розробляє незалежно. Тим не менш, у цьому клієнті є помилка в клієнті Solana Labs, оскільки він є форком існуючого клієнта.

Огнетворець

У серпні 2022 року Jump Crypto оголосила про намір розробити новий клієнт-валідатор на платформі Solana. Цей клієнт-валідатор був повністю створений на C++ та продемонстрував значні покращення продуктивності. Firedancer обробляв до одного мільйона транзакцій на секунду в тестових середовищах. В порівнянні з оригінальним клієнтом Solana Labs, який обробляє близько 55 000 транзакцій на секунду в подібних тестових середовищах.

Sig

У липні 2023 року Syndica опублікувала створення Sig, клієнта валідатора для мережі Solana, написаного мовою програмування Zig. Команда валідатора в Syndica спочатку реалізувала протокол сплетення для Sig у вересні 2023 року.

TinyDancer

TinyDancer, легкий клієнт для Solana, в даний момент перебуває в активній стадії розробки, на додаток до цих чотирьох клієнтів-валідаторів. TinyDancer та інші легкі клієнти не будують блоки або не беруть участь у консенсусі; замість цього вони сприяють підтвердженню статусу блокчейну, не потребуючи роботи повного вузла.

SVM проти EVM: Кількість вузлів

Блокчейни, які мають більшу кількість валідаторів, як правило, більш стійкі. Користувач повинен бути впевнений, що його передача буде записана під час виконання контракту в блокчейні. В ідеалі, кожне додавання до блокчейну записується на кожному валідаторі в цьому ланцюжку, тому більш значна кількість валідаторів має вирішальне значення. Різноманітний набір валідаторів захищає від катастрофічних подій, таких як збій у роботі центру обробки даних.

Номери вузлів EVM

Ethereum категоризує вузли на три категорії на основі їх участі в консенсусі та обсягу зберігання їх даних:

Повний вузол: Повні вузли отримують і перевіряють дані для кожного блоку в блокчейні, перевіряючи їх блок за блоком. Існує різноманітні повні вузли, деякі з яких починаються з генезис-блоку та перевіряють всі записи в усій історії блокчейну. Інші ініціюють перевірку з найбільш довірених блоків, зазвичай зберігаючи локальну копію останніх 128 блоків та періодично видаляючи старі дані, щоб зекономити місце на диску. Старі дані можна відновити за потреби.

Архівний вузол: архівні вузли перевіряють і зберігають всі блоки від блоку Genesis і надалі, забезпечуючи відсутність видалення даних. Вони є незамінними для запитування тестових наборів без необхідності надійного майнінгу та послуг, таких як дослідження блоків, постачальники гаманців та аналіз ланцюжка.

Легкий вузол: На відміну від повної блокчейн, легкі вузли отримують лише заголовки блоків. Вони запитують повноцінні вузли, щоб надати додаткову інформацію, яку потребують легкі вузли. Після отримання даних легкі вузли можуть незалежно перевіряти їх на відповідність кореню стану заголовків блоків. Їм не потрібна велика пропускна здатність або складне обладнання, що дозволяє брати участь у мережі Ethereum з мобільних телефонів або вбудованих пристроїв. Легкі вузли не можуть стати майнерами або валідаторами, оскільки вони не беруть участь у консенсусі. Однак вони можуть отримувати доступ до блокчейн Ethereum і забезпечувати таку ж безпеку та функціональність, як повноцінні вузли.

Числа вузлів SVM

Вузли в Solana класифікуються на дві категорії в залежності від їх участі в консенсусі:

• Вузли консенсусу: Вузли консенсусу є невід'ємним елементом мережі, оскільки вони генерують і пропонують нові блоки, а також голосують за правильність нових блоків, запропонованих іншими вузлами. Вони є незамінними для роботи мережі.

• Вузли RPC (віддалені вузли виклику процедури): Вузли RCP є невід'ємними для додатків, побудованих на блокчейні Solana, оскільки вони працюють як шлюзи для даних блокчейну. Вони незалежно перевіряють всі нові блоки та мережеві модифікації, подібно до вузлів консенсусу, але вони не беруть участь у голосуванні.

З самого початку Solana робить розрізнення між вузлами RPC та вузлами консенсусу. Однак, вузли RPC Solana не проводять опитування. Вузли RPC Ethereum, як правило, складаються з повних вузлів або архівних вузлів. Абсолютна кількість вузлів Solana відносно висока порівняно з іншими блокчейнами з механізмом підтвердження частки. Фонд планує незабаром модифікувати свої програми для просування якості вузлів, а не тільки кількості вузлів.

Загальна кількість вузлів консенсусу зменшилася з приблизно 2200 до 1700 у березні 2023 року. Це зменшення було наслідком значної кількості стейку, що була перерозподілена з вузлів, які брали комісію 100%. Учасник визнав проблему і перерозподілив свою делегацію на більш активних валідаторів. Внаслідок цього спаду кількість вузлів консенсусу поступово й послідовно збільшувалася, на даний момент складає 1 961 вузол консенсусу і 2 874 вузли валідаторів на 13 вересня.

Опис різниці між SVM та EVM

У висновку, наведено порівняння між вузлами SVM та вузлами EVM:

Модель управління транзакціями: SVM використовує модель паралельної обробки, що дозволяє виконання кількох транзакцій одночасно, тим самим покращуючи продуктивність та зменшуючи латентність. У порівнянні з цим, EVM обробляє транзакції послідовно, що може призвести до заторів в мережі під час періодів високого використання.

Мова програмування: SVM підтримує Rust, мову, яка відома своєю ефективністю. Ця мова особливо підходить для застосунків, які вимагають високої продуктивності та безпеки. У порівнянні з цим, EVM використовує Solidity, мову програмування, розроблену для створення смарт-контрактів.

Впровадження смарт-контрактів: Кожен валідатор виконує смарт-контракти на SVM незалежно, сприяючи більш ефективним мережевим операціям. І навпаки, EVM вимагає, щоб усі вузли досягли консенсусу щодо результатів виконання смарт-контрактів, що може затримати час обробки.

Висновок

SVM - це середовище виконання на блокчейні Solana, яке надає пріоритет ефективній реалізації смарт-контрактів та обробці транзакцій. Воно підвищує масштабованість та пропускну здатність транзакцій, використовуючи мову програмування Rust та паралельну обробку транзакцій. SVM стикається з перешкодами, включаючи вроджені недоліки паралельної моделі виконання та стрімку криву вивчення мови Rust. Тим не менш, очікується, що майбутнє використання та прийняття SVM зростуть завдяки його інтеграції з новітніми технологіями штучного інтелекту.