Máy ảo: từ hệ thống truyền thống đến hệ sinh thái blockchain

Các điều khoản chính

• Máy ảo tạo ra các môi trường tính toán được cô lập, cho phép nhiều hệ điều hành hoạt động đồng thời trên một phần cứng vật lý duy nhất.
• VM là môi trường thử nghiệm an toàn để làm việc với phần mềm không rõ ràng, thử nghiệm và phát triển mà không có rủi ro làm hỏng hệ thống chính.
• Trong blockchain, các máy ảo hoạt động như những người thực thi hợp đồng thông minh, đảm bảo việc thực hiện mã đồng nhất trên toàn bộ mạng nút.
• Lợi ích của VM ( là tính linh hoạt, cách ly) được cân bằng với những nhược điểm: gánh nặng bổ sung lên tài nguyên, cấu hình phức tạp và các vấn đề tương thích mã.

Giới thiệu

Hãy tưởng tượng tình huống: bạn cần thử một hệ điều hành khác, nhưng không muốn thay đổi hệ điều hành hiện tại trên máy tính hoặc mua một thiết bị mới. Hoặc bạn cần thử nghiệm một ứng dụng chưa biết, nhưng lo ngại về virus và sự cố hệ thống. Các máy ảo giải quyết cả hai vấn đề, tạo ra một môi trường bảo vệ bên trong hệ điều hành chính.

Trong mật mã và các mạng phi tập trung, VM đã có một ý nghĩa khác. Tại đây, chúng phục vụ như nền tảng cho các hợp đồng thông minh và ứng dụng phi tập trung, đảm bảo việc thực hiện mã đáng tin cậy và minh bạch trên nhiều máy tính độc lập.

Định nghĩa và khái niệm cơ bản

VM — là một mô phỏng phần mềm của máy tính vật lý. Nó hoạt động như một máy độc lập bên trong thiết bị chính của bạn, có hệ điều hành riêng, hệ thống tệp, quyền truy cập mạng và các ứng dụng đã cài đặt. Tất cả các quá trình vẫn hoàn toàn được cách ly khỏi hệ thống host.

Máy tính vật lý (hệ thống) cung cấp cho máy ảo các tài nguyên cần thiết: chu kỳ bộ xử lý, bộ nhớ tạm thời, không gian đĩa. Nhờ đó, VM hoạt động độc lập nhưng không cần phần cứng riêng biệt.

Cơ chế kỹ thuật: siêu giám sát và quản lý tài nguyên

Phần mềm chuyên dụng - hypervisor - chịu trách nhiệm tổ chức công việc của các máy ảo. Nhiệm vụ của nó là phân bổ tài nguyên vật lý của máy tính sao cho nhiều VM có thể hoạt động đồng thời mà không xảy ra xung đột.

Hypervisors được chia thành hai loại:

Hypervisor loại 1 (Bare-metal) Được cài đặt trực tiếp trên phần cứng vật lý, bỏ qua hệ điều hành. Cách tiếp cận này đảm bảo hiệu quả và hiệu suất tối đa, vì vậy các hypervisor loại 1 rất phổ biến trong các trung tâm dữ liệu và cơ sở hạ tầng đám mây.

Hypervisor loại 2 (Hosted) Chạy như một ứng dụng thông thường trên nền tảng hệ điều hành hiện có. Chúng ít yêu cầu tài nguyên hơn và phù hợp hơn cho việc kiểm tra và phát triển cục bộ trên máy tính cá nhân.

Ứng dụng thực tiễn: năm kịch bản chính

Thử nghiệm với các hệ điều hành khác

VM cho phép nghiên cứu an toàn các hệ điều hành thay thế — dù là các phiên bản khác của Windows, macOS, các bản phân phối Linux khác nhau — mà không có bất kỳ hậu quả nào cho hệ thống hiện tại. Điều này hoàn hảo cho những người dùng muốn mở rộng kiến thức của mình.

Bảo vệ khỏi phần mềm độc hại và chương trình không rõ nguồn gốc

Nếu cần mở tệp có nguồn gốc không rõ ràng hoặc thử chương trình từ nguồn không đáng tin cậy, việc khởi động trong VM sẽ bảo vệ thiết bị chính. Ngay cả khi virus lây nhiễm vào máy ảo, hệ thống chủ sẽ vẫn không bị tổn hại.

Sử dụng các ứng dụng lỗi thời

Các chương trình được thiết kế cho các hệ điều hành cũ (Windows XP, các phiên bản Linux cũ), có thể được khởi chạy trong VM, tái tạo môi trường cần thiết. Điều này cho phép duy trì khả năng hoạt động của phần mềm kế thừa quan trọng.

Phát triển đa nền tảng

Các nhà phát triển sử dụng VM để kiểm tra đồng thời các ứng dụng trên các hệ điều hành khác nhau, kiểm tra tính tương thích và hành vi của mã trong các môi trường khác nhau.

Điện toán đám mây

Các nhà cung cấp đám mây lớn triển khai VM tại các trung tâm dữ liệu từ xa. Khách hàng nhận được máy ảo để lưu trữ trang web, cơ sở dữ liệu, ứng dụng di động — mà không cần sở hữu và bảo trì phần cứng vật lý.

Máy ảo trong blockchain: định nghĩa lại khái niệm

Trong hệ sinh thái blockchain, máy ảo đang đảm nhận một vai trò hoàn toàn khác. Nếu như VM truyền thống là những môi trường tách biệt cho hệ điều hành, thì VM trong mạng crypto là những trình diễn và thực thi mã hợp đồng thông minh.

Máy ảo Ethereum (EVM)

EVM — một trong những ví dụ được công nhận nhất. Nó cho phép các nhà phát triển viết hợp đồng thông minh bằng các ngôn ngữ Solidity, Vyper và Yul, sau đó triển khai chúng trên mạng Ethereum hoặc các mạng khác tương thích với EVM.

Điểm quan trọng: EVM đảm bảo rằng mỗi nút trong mạng thực hiện cùng một mã một cách đồng nhất. Điều này tạo ra các điều kiện cho sự phi tập trung thực sự - không có nút nào có thể thay đổi kết quả tính toán theo lợi ích của riêng mình.

Sự đa dạng của VM trong các blockchain thay thế

Các mạng khác nhau chọn máy ảo của riêng mình tùy thuộc vào ưu tiên của họ:

• NEAR và Cosmos sử dụng VM dựa trên WebAssembly, hỗ trợ phát triển hợp đồng thông minh bằng nhiều ngôn ngữ lập trình.
• Sui sử dụng MoveVM để thực thi các hợp đồng được viết bằng ngôn ngữ Move được phát triển đặc biệt, đảm bảo an toàn cho các giao dịch tài sản.
• Solana triển khai môi trường thực thi riêng của mình (SVM), xử lý các giao dịch song song và đối phó với tải cực lớn của mạng.

Cách các máy ảo hoạt động trong tương tác hàng ngày của người dùng

Khi bạn tương tác với các ứng dụng phi tập trung, các máy ảo hoạt động trong nền:

Khi giao dịch qua các giao thức DeFi Khi bạn thực hiện hoán đổi token trên sàn giao dịch phi tập trung, các hợp đồng thông minh hoạt động bên trong EVM xử lý giao dịch, kiểm tra số dư, thực hiện trao đổi và cập nhật trạng thái của blockchain.

Khi làm việc với các token không thể thay thế Khi NFT được tạo hoặc chuyển nhượng, máy ảo thực thi mã điều khiển quyền sở hữu tài sản kỹ thuật số. VM cập nhật sổ cái, phản ánh sự thay đổi chủ sở hữu.

Khi sử dụng các giải pháp lớp hai Các rollup cấp hai thường được áp dụng cho các máy ảo chuyên dụng ( chẳng hạn như zkEVM) để xử lý nhiều giao dịch ngoài chuỗi chính mà vẫn giữ được các đảm bảo an toàn thông qua các chứng minh không có thông tin.

Giới hạn và thách thức của máy ảo

Giảm hiệu suất

VM thêm một lớp trừu tượng bổ sung giữa phần cứng và mã thực thi. Điều này có thể dẫn đến việc tăng độ trễ hoặc tiêu tốn nhiều chu kỳ CPU hơn so với việc thực thi trực tiếp trên máy vật lý.

Độ khó quản lý

Việc triển khai, cấu hình và hỗ trợ VM yêu cầu kiến thức chuyên môn. Trong hạ tầng quy mô lớn, việc bảo trì này trở thành một quá trình tiêu tốn nhiều năng lượng và tốn kém.

Vấn đề khả năng di động của mã

Hợp đồng thông minh thường được phát triển cho một VM cụ thể. Mã được viết cho EVM sẽ không hoạt động trên SVM hoặc MoveVM mà không cần sửa đổi và thích ứng đáng kể. Các nhà phát triển phải tạo ra các phiên bản riêng biệt cho mỗi nền tảng.

Kết luận

Máy ảo là một công nghệ cơ bản, đóng vai trò kép. Trên các máy tính truyền thống, chúng cung cấp sự linh hoạt, an toàn và sử dụng hiệu quả phần cứng. Trong blockchain, chúng đã chuyển mình thành những thực thi của hợp đồng thông minh, đảm bảo việc thực hiện mã một cách đồng nhất và minh bạch trên toàn bộ mạng lưới phi tập trung.

Ngay cả khi bạn không phải là lập trình viên, việc hiểu các nguyên tắc mà máy ảo hoạt động sẽ giúp bạn nắm rõ hơn về kiến trúc của các giao thức DeFi, cơ chế tương tác với blockchain và nguyên nhân xuất hiện của các giải pháp tối ưu hóa khác nhau trong hệ sinh thái.