Máquinas virtuales: de sistemas tradicionales a la ecosistema de blockchain

Disposiciones generales

• Las máquinas virtuales crean entornos de computación aislados, permitiendo que varios sistemas operativos trabajen simultáneamente en un único hardware físico.
• Las máquinas virtuales sirven como un entorno seguro para trabajar con software desconocido, probar y desarrollar sin el riesgo de dañar el sistema principal.
• En la blockchain, las máquinas virtuales funcionan como ejecutores de contratos inteligentes, asegurando la ejecución uniforme del código en toda la red de nodos.
• Las ventajas de VM ( flexibilidad, aislamiento ) se equilibran con desventajas: carga adicional en los recursos, configuración complicada y problemas de compatibilidad de código.

Introducción

Imagina una situación: necesitas probar otro sistema operativo, pero no quieres cambiar el actual en tu computadora o comprar un nuevo dispositivo. O necesitas probar una aplicación desconocida, pero temes a virus y fallos del sistema. Las máquinas virtuales resuelven ambos problemas, creando un entorno seguro dentro del sistema operativo principal.

En criptografía y redes descentralizadas, las VM han adquirido un significado diferente. Aquí sirven como la base sobre la cual se encuentran los contratos inteligentes y las aplicaciones descentralizadas, garantizando la ejecución confiable y transparente del código en múltiples computadoras independientes.

Definición y concepto básico

VM es una simulación de software de una computadora física. Funciona como una máquina independiente dentro de su dispositivo principal, con su propio sistema operativo, sistema de archivos, acceso a la red y aplicaciones instaladas. Todos los procesos permanecen completamente aislados del sistema anfitrión.

El ordenador físico (hospedaje) proporciona a la máquina virtual los recursos necesarios: ciclos de CPU, memoria RAM, espacio en disco. Gracias a esto, la VM funciona de manera independiente, pero no requiere hardware separado.

Mecanismo técnico: hipervisor y gestión de recursos

La organización del trabajo de las máquinas virtuales es responsabilidad de un software especializado: el hipervisor. Su tarea es distribuir los recursos físicos de la computadora de manera que varias VM puedan funcionar simultáneamente sin conflictos.

Los hipervisores se dividen en dos clases:

Hipervisores de primer tipo (Bare-metal) Se instalan directamente en el hardware físico, omitiendo el sistema operativo. Este enfoque proporciona la máxima eficiencia y rendimiento, por lo que los hipervisores de tipo uno son comunes en los centros de datos y la infraestructura en la nube.

Hipervisores de segundo tipo (Hosted) Funcionan como una aplicación normal sobre un sistema operativo existente. Son menos exigentes en recursos y son más adecuados para pruebas y desarrollo locales en una computadora personal.

Aplicación práctica: cinco escenarios principales

Experimentando con otros sistemas operativos

Las VM permiten explorar de manera segura sistemas operativos alternativos, ya sean otras versiones de Windows, macOS o diversas distribuciones de Linux, sin ninguna consecuencia para el sistema actual. Esto es ideal para los usuarios que desean expandir sus conocimientos.

Protección contra malware y programas desconocidos

Si es necesario abrir un archivo de origen dudoso o probar un programa de una fuente no confiable, ejecutar en una VM protegerá el dispositivo principal. Incluso si un virus infecta la máquina virtual, el sistema host permanecerá intacto.

Uso de aplicaciones obsoletas

Programas diseñados para sistemas operativos antiguos (Windows XP, versiones antiguas de Linux), se pueden ejecutar en una VM que recrea el entorno necesario. Esto permite mantener la operatividad del software legado crítico.

Desarrollo multiplataforma

Los desarrolladores utilizan VM para probar aplicaciones simultáneamente en diferentes sistemas operativos, verificando la compatibilidad y el comportamiento del código en diversos entornos.

Computación en la nube

Los grandes proveedores de nube implementan VM en centros de datos remotos. Los clientes obtienen máquinas virtuales para alojar sitios web, bases de datos, aplicaciones móviles, sin la necesidad de poseer y mantener hardware físico.

Máquinas virtuales en blockchain: redefiniendo el concepto

En el ecosistema blockchain, las máquinas virtuales adquieren un papel fundamentalmente diferente. Mientras que las VM tradicionales son entornos aislados para sistemas operativos, las VM en redes criptográficas son intérpretes y ejecutores de código de contratos inteligentes.

Máquina virtual de Ethereum (EVM)

EVM — uno de los ejemplos más reconocidos. Permite a los desarrolladores escribir contratos inteligentes en los lenguajes Solidity, Vyper y Yul, y luego desplegarlos en la red Ethereum u otras redes compatibles con EVM.

Un punto crítico: EVM garantiza que cada nodo de la red ejecute el mismo código de la misma manera. Esto crea las condiciones para una verdadera descentralización: ningún nodo individual puede cambiar el resultado del cálculo de acuerdo con sus propios intereses.

Diversidad de VM en blockchains alternativos

Diferentes redes eligen sus propias máquinas virtuales según sus prioridades:

• NEAR y Cosmos utilizan VM basadas en WebAssembly, que soportan el desarrollo de contratos inteligentes en varios lenguajes de programación
• Sui utiliza MoveVM para ejecutar contratos escritos en un lenguaje diseñado específicamente, Move, que garantiza la seguridad de las operaciones con activos.
• Solana implementa su propio entorno de ejecución (SVM), que procesa transacciones en paralelo y maneja cargas extremas de la red.

¿Cómo funcionan las máquinas virtuales en la interacción cotidiana del usuario?

Cuando interactúas con aplicaciones descentralizadas, las máquinas virtuales funcionan en segundo plano:

Al operar a través de protocolos DeFi Cuando realizas un intercambio de tokens en un intercambio descentralizado, los contratos inteligentes que funcionan dentro de EVM procesan la transacción, verifican los saldos, realizan el intercambio y actualizan el estado de la cadena de bloques.

Al trabajar con tokens no fungibles Cuando se crea o se transfiere un NFT, la máquina virtual ejecuta el código que gestiona los derechos de propiedad sobre el activo digital. La VM actualiza el registro, reflejando el cambio de propietario.

Al utilizar soluciones de segunda capa Los rollups de segundo nivel a menudo utilizan máquinas virtuales especializadas ( como zkEVM) para procesar múltiples transacciones fuera de la cadena principal, manteniendo garantías de seguridad a través de pruebas de cero conocimiento.

Limitaciones y desafíos de las máquinas virtuales

Reducción del rendimiento

VM agrega un nivel adicional de abstracción entre el hardware y el código ejecutable. Esto puede llevar a un aumento de la latencia o al consumo de más ciclos de CPU en comparación con la ejecución directa en una máquina física.

Dificultad de gestión

El despliegue, la configuración y el soporte de VM requieren conocimientos especializados. En una infraestructura a gran escala, este mantenimiento se convierte en un proceso intensivo en energía y costoso.

Problemas de portabilidad del código

Los contratos inteligentes generalmente se desarrollan para una VM específica. El código escrito para EVM no funcionará en SVM o MoveVM sin una reestructuración y adaptación significativa. Los desarrolladores tienen que crear versiones separadas para cada plataforma.

Conclusión

Las máquinas virtuales son una tecnología fundamental que desempeña un papel dual. En las computadoras tradicionales, proporcionan flexibilidad, seguridad y un uso eficiente del hardware. En la blockchain, se han transformado en ejecutores de contratos inteligentes, asegurando la ejecución uniforme y transparente del código en toda la red descentralizada.

Incluso si no eres programador, entender los principios sobre los que funcionan las máquinas virtuales ayuda a comprender mejor la arquitectura de los protocolos DeFi, el mecanismo de interacción con la blockchain y las razones detrás de la aparición de diversas soluciones de optimización en el ecosistema.