仮想マシン：従来のシステムからブロックチェーンエコシステムへ

基本情報

• 仮想マシンは、単一の物理ハードウェア上で複数のオペレーティングシステムが同時に動作できるように、隔離された計算環境を作成します。
• VMは、未知のソフトウェアでの安全な作業、テスト、開発のためのサンドボックスとして機能し、メインシステムを損傷するリスクを避けます。
• ブロックチェーンでは、仮想マシンがスマートコントラクトの実行者として機能し、ノードのネットワーク全体でコードの一貫した実行を保証します。
• VMの利点(柔軟性、隔離)は、資源への追加負荷、設定の複雑さ、コードの互換性の問題という欠点とバランスを取っています。

はじめに

状況を想像してください: 別のオペレーティングシステムを試してみたいけれど、現在のコンピュータを変更したくない、または新しいデバイスを購入したくない場合。あるいは、未知のアプリケーションをテストする必要があるが、ウイルスやシステムのクラッシュが心配な場合。仮想マシンは、メインのOS内に安全な環境を作成することで、両方の問題を解決します。

暗号学と分散型ネットワークにおいて、VMは別の意味を持つようになりました。ここでは、スマートコントラクトや分散型アプリケーションの基盤として機能し、多数の独立したコンピュータ上でのコードの信頼性の高い透明な実行を保証します。

定義と基本概念

VMは物理コンピュータのソフトウェアシミュレーションです。これは、ホストデバイス内に独立したマシンとして機能し、独自のオペレーティングシステム、ファイルシステム、ネットワークアクセス、およびインストールされたアプリケーションを持っています。このため、すべてのプロセスはホストシステムから完全に隔離されています。

物理コンピュータ(ホスト)は、仮想マシンに必要なリソースを提供します：プロセッササイクル、RAM、ディスクスペース。このおかげで、VMは独立して動作しますが、別個のハードウェアを必要としません。

テクニカルメカニズム：ハイパーバイザーとリソース管理

仮想マシンの運用を担当するのは、専用のソフトウェアであるハイパーバイザーです。その役割は、複数のVMが同時に競合することなく機能できるように、コンピュータの物理リソースを分配することです。

ハイパーバイザーは2つのクラスに分けられます:

第一種ハイパーバイザー (ベアメタル) 物理ハードウェアに直接インストールされ、オペレーティングシステムをバイパスします。このアプローチは最大の効率性とパフォーマンスを提供するため、タイプ1ハイパーバイザーはデータセンターやクラウドインフラストラクチャで広く使用されています。

第二種ハイパーバイザー (ホスティング) 既存のOSの上で通常のアプリケーションとして動作します。リソースの要求が少なく、個人用コンピュータでのローカルテストや開発により適しています。

実用的な応用：5つの主要シナリオ

他のオペレーティングシステムの実験

VMは、現在のシステムに影響を与えることなく、他のバージョンのWindows、macOS、さまざまなLinuxディストリビューションなど、代替OSを安全に学ぶことを可能にします。これは、知識を拡張したいユーザーに最適です。

マルウェアおよび未知のプログラムからの保護

不明な出所のファイルを開いたり、信頼できないソースのプログラムを試したりする必要がある場合、VMで実行することでホストデバイスを安全に保つことができます。ウイルスが仮想マシンに感染しても、ホストシステムは無傷のままです。

古いアプリケーションの使用

古いオペレーティングシステム(Windows XPや古いバージョンのLinux)向けに設計されたプログラムは、必要な環境を再現するVMで実行できます。これにより、重要なレガシーソフトウェアの機能を維持できます。

クロスプラットフォーム開発

開発者は、異なるOS上でアプリケーションを同時にテストし、さまざまな環境でのコードの互換性と動作を確認するためにVMを使用します。

クラウドコンピューティング

大手クラウドプロバイダーは、リモートデータセンターにVMを展開しています。顧客は、物理的なハードウェアを所有したり管理したりする必要なく、ウェブサイト、データベース、モバイルアプリケーションをホストするための仮想マシンを取得します。

ブロックチェーンにおける仮想マシン: 概念の再定義

ブロックチェーンのエコシステムにおいて、仮想マシンは全く異なる役割を担っています。従来のVMがオペレーティングシステムのための隔離された環境であるのに対し、暗号ネットワークにおけるVMはスマートコントラクトのコードの解釈者および実行者です。

イーサリアム仮想マシン (EVM)

EVMは最も認知されている例の1つです。これは、開発者がSolidity、Vyper、Yulの言語でスマートコントラクトを書くことを可能にし、それをEthereumネットワークやEVM互換の他のネットワークにデプロイすることができます。

重要なポイント：EVMは、ネットワークの各ノードが同じコードを同様に実行することを保証します。これにより、真の分散化の条件が生まれます — いかなる単独のノードも、自分の利益に従って計算結果を変更することはできません。

代替ブロックチェーンにおけるVMの多様性

さまざまなネットワークは、自身の優先事項に応じて独自の仮想マシンを選択します：

• NEARとCosmosは、複数のプログラミング言語でスマートコントラクトの開発をサポートするWebAssemblyベースのVMを採用しています。
• Suiは、資産操作の安全性を確保するために特別に設計されたMove言語で書かれた契約を実行するためにMoveVMを使用しています。
• Solana は独自の実行環境 (SVM) を実装し、トランザクションを並行して処理し、ネットワークの極端な負荷に対応します。

仮想マシンはユーザーの日常的なインタラクションでどのように機能するか

分散型アプリケーションと対話する際、仮想マシンはバックグラウンドで機能します:

DeFiプロトコルを通じた取引 分散型取引所でトークンスワップを行う際、EVM内で動作するスマートコントラクトがトランザクションを処理し、残高を確認し、交換を実行し、ブロックチェーンの状態を更新します。

非代替性トークンを扱う際 NFTが作成または転送されると、仮想マシンはデジタル資産の所有権を管理するコードを実行します。VMは所有者の変更を反映するレジストリを更新します。

第2層ソリューションを使用する場合 レイヤー2のロールアップは、通常、zkEVM(などの専門的な仮想マシンを使用して、基本チェーンの外で複数のトランザクションを処理し、ゼロ知識証明を通じてセキュリティ保証を保持します。

仮想マシンの制限と課題

) パフォーマンスの低下 VMは、ハードウェアと実行されるコードの間に追加の抽象化レベルを追加します。これにより、物理マシン上での直接実行と比較して、遅延の増加やプロセッササイクルの消費が増加する可能性があります。

管理の難しさ

VMの展開、構成、サポートには専門的な知識が必要です。大規模なインフラストラクチャでは、このメンテナンスはエネルギーを消費し、コストがかかるプロセスになります。

コードの移植性の問題

スマートコントラクトは通常特定のVM向けに開発されます。EVM用に書かれたコードは、SVMやMoveVMでは大幅な改修や適応なしには機能しません。開発者は各プラットフォームのために別々のバージョンを作成する必要があります。

まとめ

仮想マシンは、二重の役割を果たす基本的な技術です。従来のコンピュータでは、柔軟性、安全性、およびハードウェアの効率的な利用を提供します。ブロックチェーンでは、スマートコントラクトの実行者に変わり、分散型ネットワーク全体でコードの一貫した透明な実行を保証します。

プログラマーでなくても、仮想マシンが動作する原則を理解することで、DeFiプロトコルのアーキテクチャ、ブロックチェーンとの相互作用のメカニズム、エコシステム内でのさまざまな最適化ソリューションの出現理由をよりよく理解するのに役立ちます。