Una macchina virtuale blockchain è un ambiente di esecuzione definito via software che esegue le istruzioni degli smart contract secondo le regole condivise di una rete. Traduce il bytecode distribuito e gli input delle transazioni in cambiamenti di stato deterministici, così i nodi indipendenti possono calcolare gli stessi saldi, valori di archiviazione, log e risultato di successo o fallimento senza fidarsi di un singolo computer centrale.

La macchina virtuale crea un confine controllato tra il codice dell'applicazione e il sistema operativo fisico del validatore. Definisce le istruzioni disponibili, il comportamento della memoria, l'accesso allo storage, i limiti di risorse e la gestione degli errori. Una VM non decide da sola quale blocco diventa canonico. Il consenso ordina e finalizza le transazioni, mentre la VM esegue il lavoro ordinato e restituisce un nuovo stato secondo le regole del protocollo.

Che cos'è una macchina virtuale blockchain?

Una macchina virtuale blockchain è l'ambiente di esecuzione che esegue smart contract e altri programmi onchain. Gli sviluppatori scrivono codice nei linguaggi di programmazione supportati, lo compilano in un formato che la macchina virtuale può eseguire e lo distribuiscono sulla blockchain. Quando una transazione interagisce con quel programma, i nodi della rete eseguono le stesse istruzioni secondo le regole della blockchain.

La parola virtuale significa che l'ambiente di esecuzione è definito dal software anziché essere legato a un singolo computer fisico o sistema operativo. Esempi includono la Ethereum Virtual Machine (EVM) e la Solana Virtual Machine (SVM). VM blockchain diverse possono usare linguaggi di programmazione, modelli di account, sistemi di commissioni e metodi di esecuzione diversi, ma ciascuna fornisce un ambiente coerente per elaborare la logica applicativa attraverso la rete.

Come funziona una macchina virtuale blockchain?

Una VM blockchain funziona ricevendo una transazione ordinata, caricando lo stato dell'account o del contratto referenziato ed eseguendo il bytecode istruzione per istruzione oppure tramite una rappresentazione compilata equivalente. Ogni opcode svolge un compito definito, come aritmetica, accesso alla memoria, accesso allo storage, calcolo crittografico, logging o chiamata a un altro contratto. Il runtime tiene traccia del consumo di risorse e interrompe l'esecuzione quando la transazione viene completata, esegue un revert o supera un limite.

Se l'esecuzione riesce, il nodo produce una proposta di insieme di cambiamenti di stato e ricevute. Gli altri nodi validatori ripetono la stessa transizione e la confrontano con le regole del blocco. Il determinismo richiede che la VM limiti le fonti di variazione locale, come l'ora di sistema, l'input casuale del dispositivo o richieste internet arbitrarie. Le informazioni esterne normalmente entrano attraverso transazioni firmate o meccanismi di oracolo, anziché tramite accesso web diretto da un contratto. Questo processo di replay consente anche ai nodi di verificare l'esecuzione storica a partire dai dati del protocollo.

Quali sono i principali vantaggi e casi d'uso delle VM blockchain?

Una VM condivisa consente a molte applicazioni di usare le stesse regole di esecuzione, controlli di sicurezza, strumenti per sviluppatori e modello di componibilità. La proprietà utile è l'esecuzione riproducibile su nodi indipendenti, non semplicemente il fatto che i programmi girino in una sandbox.

1. L'esecuzione deterministica supporta la verifica. Ogni nodo conforme può rieseguire indipendentemente una transazione e confermare lo stato risultante, consentendo agli utenti di verificare il comportamento del contratto senza affidarsi al server privato di una singola applicazione.

2. Il sandboxing limita l'accesso diretto al sistema. Il codice del contratto riceve un set di istruzioni definito e interfacce controllate, invece di accesso illimitato a file, processi, memoria o reti esterne del validatore.

3. La misurazione delle risorse protegge la capacità condivisa. La contabilità in gas o unità di calcolo addebita il lavoro e impone limiti all'esecuzione, riducendo la capacità di una singola transazione di consumare risorse illimitate del validatore.

4. Una semantica comune migliora la componibilità. I contratti distribuiti per token, exchange, prestiti, identità, gaming e governance possono chiamare contratti compatibili e scambiare dati standardizzati all'interno di un unico ambiente di esecuzione.

Quali sono esempi di macchine virtuali blockchain?

Le VM blockchain fanno scelte diverse in materia di bytecode, organizzazione dello stato, parallelismo, linguaggi e compatibilità. Una rete può anche adattare una VM cambiando il consenso o il regolamento, quindi il nome del runtime non descrive l'intera architettura.

• Ethereum Virtual Machine (EVM). L'EVM esegue bytecode basato su stack per gli smart contract di Ethereum, misura le operazioni con il gas ed è diventata un obiettivo di compatibilità per molte reti indipendenti e rollup.

• Solana Virtual Machine (SVM). La SVM esegue programmi sBPF su account forniti separatamente e supporta la pianificazione parallela quando le transazioni non richiedono uno stato scrivibile in conflitto.

• Runtime basati su WebAssembly. Reti che includono parti degli ecosistemi Polkadot e Cosmos usano o supportano esecuzione derivata da WebAssembly per beneficiare di strumenti di compilazione consolidati e molteplici linguaggi sorgente.

• Macchine virtuali Move. Aptos e Sui usano ambienti di esecuzione basati su Move, costruiti attorno ad asset orientati alle risorse, sebbene i loro progetti di oggetti, account, consenso ed esecuzione parallela non siano identici.

Quali sono i limiti e i rischi delle VM blockchain?

Una VM vincola l'esecuzione ma non può rendere corretto il codice di un contratto non sicuro. Le sue specifiche, le implementazioni client, la tabella del gas, il processo di aggiornamento e il modello di stato circostante possono creare singolarmente rischi di sicurezza o compatibilità.

1. I bug dei contratti restano codice eseguibile. Una VM esegue fedelmente logiche difettose di autorizzazione, contabilità, aggiornamento o oracolo, il che può trasformare un errore dello sviluppatore in una perdita irreversibile o in uno stato applicativo bloccato.

2. Il determinismo limita le normali funzionalità software. I contratti non possono leggere liberamente siti web, chiamare servizi locali del sistema operativo o generare casualità affidabile, quindi le applicazioni dipendono da meccanismi crittografici e di oracolo progettati con attenzione.

3. Le regole di misurazione possono cambiare l'economia. Gli aggiornamenti del protocollo possono riprezzare le istruzioni o introdurre nuovi limiti, influenzando i costi dei contratti ed esponendo applicazioni che presupponevano che un'operazione rimanesse economica.

4. La divergenza dei client può minacciare il consenso. Se due implementazioni interpretano diversamente un caso limite, i nodi possono calcolare radici di stato in conflitto, rendendo test e specifiche precise essenziali per la sicurezza della rete.

In che modo una macchina virtuale è diversa da un nodo blockchain?

Una macchina virtuale è il componente che applica le regole di esecuzione, mentre un nodo blockchain è il sistema software più ampio che comunica con i peer, riceve blocchi e transazioni, archivia i dati del ledger, verifica il consenso e può esporre interfacce RPC. Un nodo di solito incorpora o chiama una VM, ma svolge anche molti compiti al di fuori dell'esecuzione dei contratti. La distinzione è importante perché migliorare la velocità della VM non migliora automaticamente networking, consenso, storage o disponibilità dei dati.

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