EVM、ソラナのSVM、カルダノのプルタスなどのブロックチェーン仮想マシンのアーキテクチャと操作を探る
ブロックチェーン仮想マシン(BVM)は、さまざまなブロックチェーンネットワーク上でスマートコントラクトや分散型アプリケーション(dApps)を実行するための重要なコンポーネントであり、それらの基盤層として機能します。
これらをブロックチェーンの世界のオペレーティングシステムと考えてください。ブロックが一貫性があり安全な環境で処理されることを保証します。ブロックチェーンプロトコル、コンセンサスメカニズム、トランザクション処理の複雑さを抽象化することにより、仮想マシンは開発者がネットワークのインフラストラクチャの低レベルの詳細を心配することなくアプリケーションの構築に集中できるようにします。
ブロックチェーン仮想マシンは、スマートコントラクトのロジックのコンパクトな表現であるバイトコードを実行します。このバイトコードは、スマートコントラクトのロジックの低レベルの表現であり、仮想マシンによって解釈され実行され、契約の機能が正しく実装されることを保証します。各ブロックチェーンには、その特定のニーズ、パフォーマンスメトリクス、およびコンセンサスメカニズムに対応するために設計された独自の仮想マシンがあります。たとえば、イーサリアム仮想マシン(EVM)は、イーサリアムエコシステムにおける役割で広く認識されており、強力な機能セットを持つスマートコントラクトの展開と管理を可能にします。
ブロックチェーン仮想マシンの重要な利点は、異なるブロックチェーンネットワーク間で動作できる分散型アプリケーションの開発に不可欠なクロスチェーン互換性と相互運用性を向上させる能力です。これにより、アプリケーションの有用性とリーチが向上します。
ブロックチェーンエコシステムが進化し続ける中、開発者はますます多くのチェーンと相互作用できるソリューションを作成しており、適切に設計された仮想マシンはこのプロセスを大幅に効率化できます。共通の標準とプロトコルを利用することで、これらのVMはアプリケーションが繁栄し、異なるネットワーク間でシームレスに通信できる環境を促進します。
イーサリアム仮想マシン(EVM)、ソラナのSVM、カルダノのプルータスなど、さまざまなブロックチェーン仮想マシンを探求する中で、それらのアーキテクチャ、機能、および分散型アプリケーション開発に影響を与えるユニークな特徴を比較します。経験豊富な開発者であろうと、ブロックチェーンの旅を始めたばかりであろうと、これらの仮想マシンを理解することは、ブロックチェーン技術の複雑な世界をナビゲートするために重要です。
イーサリアム仮想マシン(EVM)は、イーサリアムブロックチェーンの強力で多用途なコンポーネントであり、スマートコントラクトと分散型アプリケーション(dApps)の実行を促進するように設計されています。EVMの核心は、バイトコードを実行するための環境として機能する分散型計算エンジンです。このバイトコードは、Solidityのような高水準プログラミング言語から生成され、開発者は仲介者なしでイーサリアムネットワーク上で実行できる複雑なアプリケーションを書くことができます。
EVMアーキテクチャ
EVMのアーキテクチャは、いくつかの重要なコンポーネントに基づいて構築されています:
EVMは、その仕様で定義された一連の命令(オペコード)を処理することによって動作します。これらのオペコードは、データがどのように操作され、算術計算、論理比較、データストレージなどの操作がどのように実行されるかを指示します。スマートコントラクトが実行されると、EVMは:
EVMの複雑さと洗練された設計は、Ethereumエコシステム内の機能性と革新にとって重要です。そのアーキテクチャと操作により、開発者はブロックチェーン技術のユニークな特性を活用した強力で分散型のアプリケーションを作成できます。EVMを理解することは、Ethereum開発に取り組む人にとって不可欠であり、分散型空間で革新的なソリューションを構築するための基盤を築きます。
スマートコントラクトがEthereumブロックチェーンにデプロイされると、高水準プログラミング言語から低水準の機械可読形式であるバイトコードにコンパイルされます。このバイトコードは、Ethereum仮想マシン(EVM)が直接実行できる命令のシーケンスです。
バイトコードは、Ethereum契約のポータビリティと相互運用性にとって不可欠であり、Ethereumクライアントを実行している任意のノードが同じコードを一貫して実行できるようにします。Ethereumクライアントを実行している任意のノードは、同じバイトコードを読み取り、実行できるため、スマートコントラクトがネットワーク全体で一貫して動作することを保証します。
EVMバイトコードの構造
EVMバイトコード
EVMバイトコードは、一連のオペコードで構成されており、特定の操作を定義する短い命令です。たとえば、オペコード0x60はスタックに値をプッシュし、0x01はスタックから2つの数を加算します。各オペコードは1バイトの16進数で表され、EVMが実行できる操作に対応しています。例えば:
0x60: スタックに値をプッシュする
0x01: スタックから2つの数を加算する
0xf3: 値を返す
契約が実行されると、EVMはこれらのオペコードを順次読み取り、対応する操作を実行します。
フェッチ: EVMはバイトコードシーケンスから次のオペコードを取得します。
デコード: 命令をデコードし、何をする必要があるかを決定します(例: 算術演算、データストレージ、または論理実行)。
実行: オペコードに基づいて、EVMは指定されたアクションを実行します。たとえば、オペコードがEVMに2つの数を加算するよう指示した場合、スタックからこれらの値を取得し、加算を行い、結果を再びスタックに保存します。
ストア: 特定のオペコードは、契約の永続的ストレージにデータを書き込むか、外部アプリケーションが後で取得できるイベントを発生させることを含みます。
バイトコード内の各オペコードには、特定の命令を実行するために必要な計算努力を測定する関連するガスコストがあります。データをストレージに書き込むことや暗号機能を実行するなどのより複雑な操作は、単純な算術タスクよりもはるかに多くのガスを消費します。この差別化されたガスコスト構造は、Ethereumネットワーク内での計算効率とトークンおよびリソースの配分を優先するのに役立ち、セキュリティと効率を維持するために重要です。悪意のあるユーザーが無限ループやリソース集約型の操作を実行するのを防ぎます。なぜなら、彼らはすぐにガスが尽き、トランザクションが失敗し、ブロックチェーンの状態に対する変更が元に戻されるからです。
バイトコードを理解することは、開発者や監査人にとって不可欠です。なぜなら、それはスマートコントラクトの「コード」が内部でどのように動作するかについての洞察を提供するからです。ほとんどの開発者はSolidityのような高水準言語を使用しますが、セキュリティ監査人はしばしばバイトコードを直接レビューして、高水準の抽象化に隠れている可能性のある脆弱性を特定し、徹底的なセキュリティ評価を確保します。
さらに、バイトコードは人間が読みやすいコードに逆コンパイルでき、契約の動作に対する透明性と理解を提供します。
EVMバイトコードは、Ethereum上でのスマートコントラクト実行の基本的な構成要素です。それは契約がネットワーク全体で一貫して動作できるようにし、すべてのノードによって解釈できることを保証し、EVM環境内での透明で安全な操作を促進します。バイトコードとその実行プロセスを理解することは、Ethereum上での分散型アプリケーションがどのように機能するかを理解するための鍵です。
EVMとSVMのトランザクション処理
Solana仮想マシン(SVM)は、Solanaブロックチェーン上での分散型アプリケーション(dApps)の高速かつスケーラブルな実行を可能にするための重要な要素であり、基本的にそのパフォーマンスの利点を推進しています。スタックベースのEthereum仮想マシン(EVM)とは異なり、SVMはSolanaのユニークなアーキテクチャに最適化されており、スループットを最大化し、レイテンシを最小化することに焦点を当てています。
Solanaブロックチェーンの際立った特徴の一つは、1秒あたり数千のトランザクションを処理できる能力であり、SVMはこれをサポートするように最適化されています。SVMのコアの強みは、スマートコントラクトとトランザクションの並列実行にあります。他の多くのブロックチェーンがトランザクションを逐次処理するのに対し、Solanaのアーキテクチャは並列実行モデルを活用しており、SVMは複数のコアで同時に複数のトランザクションを処理することができます。Solanaのアーキテクチャ、特にその Proof of History(PoH)コンセンサスメカニズムは、SVMが複数のコアでトランザクションを同時に実行できるようにします。この並列化は、Solanaがスケールする能力の鍵であり、ボトルネックを大幅に削減し、セキュリティを犠牲にすることなく高いスループットを実現します。
各スマートコントラクトが独自の永続的ストレージを維持するEVMとは対照的に、SVMのステートレス実行モデルは、状態管理の複雑さを最小限に抑えることでパフォーマンスを向上させ、全体的なトランザクション速度を向上させます。このモデルでは、スマートコントラクトは直接的に永続的ストレージを保持しません。代わりに、実行中に特定のアカウントを更新できるグローバルアカウントシステムと相互作用します。このアプローチは、コントラクト実行中の状態遷移管理の複雑さを制限することで、Solanaの速度をさらに向上させます。SVM上で実行されるスマートコントラクトは、これらのアカウントにデータを読み書きし、システム内で明確な所有権と権限が定義されています。
このステートレスアーキテクチャは、状態の膨張(保存データの継続的な増加)が時間とともにネットワークを遅くする可能性があるEthereumのようなブロックチェーンに典型的に関連する混雑問題を防ぐのにも役立ちます。
The SVMは WebAssembly(Wasm)サポートで構築されており、Solidityだけでなく、より多くのプログラミング言語を使用できる強力で柔軟な実行フレームワークです。Wasmは、開発者がRustやCなどの言語でコントラクトを書くことを可能にし、これらはSolanaのパフォーマンス要件に適しています。特にRustは、メモリ安全性とパフォーマンスのためにSolanaの開発者に好まれており、高速なトランザクション実行というSolanaの目標に合致しています。
Solanaのスケーラブルな設計のおかげで、SVMはEthereumのような他のネットワークと比較して、非常に低いトランザクション手数料でスマートコントラクトを実行することができます。Solanaの効率性は、PoH、高性能SVM、および複数のトランザクションを並列に実行する能力の組み合わせによって推進されています。その結果、ガス料金は最小限に抑えられ、頻繁なマイクロトランザクションを必要とするdAppsや、過度なコストをかけずにスケールで運営する必要があるdAppsにとって、より魅力的になります。
SolanaのSVMは独自のものでありますが、EVMを含む他の仮想マシンとの互換性を高めるための継続的な努力が行われています。このクロスチェーン相互運用性は、エコシステムの成長にとって重要であり、開発者がプラットフォーム間でdAppsを移植し、完全なコードの書き換えなしにSolanaの優れたパフォーマンスを活用できるようにします。
カルダノアーキテクチャ
プルータス仮想マシン(PVM)は、カルダノのスマートコントラクト実行環境の中心にあり、安全でスケーラブルなスマートコントラクトに興味を持つ投資家を惹きつけています。カルダノブロックチェーン専用に設計されたPVMは、Haskellの関数型プログラミングの力を活用した目的特化型言語であるプルータスで書かれたスマートコントラクトの実行を可能にします。PVMは、形式的手法、安全性、スケーラビリティに焦点を当てているため、EVMのような一般的に知られている仮想マシンとは異なります。これは、分散型アプリケーション(dApps)に対して安全で持続可能なプラットフォームを提供するというカルダノの長期的なビジョンに適合しています。
PVMの重要な側面の一つは、純粋な関数型プログラミング言語であるHaskellに基づくプルータスの使用です。これは、イーサリアムで使用されるSolidityのような命令型言語とは対照的です。Haskellのような関数型プログラミング言語は、不変性と数学的精度を強調しており、スマートコントラクトの安全性と信頼性に非常に有益です。
プルータスで書かれたスマートコントラクトは、PVM内で実行されるオンチェーンコードと、ブロックチェーンの外部で実行され、ユーザーや外部システムと相互作用するオフチェーンコードで構成されています。このアーキテクチャにより、開発者は効率を維持しながら複雑なロジックを作成でき、必要なコードの部分のみがオンチェーンで実行されます。
イーサリアムのアカウントベースのモデルとは異なり、カルダノは拡張UTXO(eUTXO)モデルを利用しており、スケーラビリティと安全性の面で大きな利点を提供します。PVMは、このeUTXOフレームワーク内でスマートコントラクトを実行するように設計されています。カルダノの各UTXO(未使用トランザクション出力)は、価値だけでなくデータも保持でき、より豊かで複雑なスマートコントラクトを可能にしますが、各UTXOは一度だけ使用できるため、慎重なトランザクション構造が必要です。
このモデルは、契約の実行を決定論的に定義するのにも役立ち、契約の実行結果が予測可能であり、ネットワークの状態やタイミングの問題に依存しないため、フロントランニングなどの潜在的な攻撃ベクトルを減少させます。
カルダノのPVMを通じたスマートコントラクトの安全性へのアプローチは特に注目に値します。プルータスは形式的検証をサポートしており、開発者が形式的検証を考慮して設計した場合、スマートコントラクトのコードの正確性を数学的に証明することができます。この検証により、スマートコントラクトが意図した通りに正確に動作することが保証され、バグや脆弱性のリスクが減少します。
プルータスフレームワークは、より高い保証を持つdAppsもサポートしており、安全性と正確性が重要な金融サービス、医療、その他の厳格なセキュリティ対策が必要な分野でのアプリケーションに最適です。
PVMはカルダノの分散型フレームワーク内で動作し、ネットワークのプルーフ・オブ・ステーク(PoS)コンセンサスメカニズム、特にそのオロボロスプロトコルの恩恵を受けています。PVM内でのスマートコントラクトの実行は持続可能でスケーラブルであるように設計されており、ネットワークが成長するにつれて、ボトルネックなしで増加する需要に対応できるようになっています。
ADA保有者が意思決定プロセスに参加できるカルダノのガバナンスモデルは、PVMとプルータスエコシステムの将来の開発がユーザーとコミュニティのニーズに合致することを保証し、dAppsのための持続可能でコミュニティ主導のプラットフォームを作成します。
全体として、カルダノのプルータス仮想マシン(PVM)は、スマートコントラクトを実行するための非常に安全でスケーラブル、かつ数学的に堅牢な環境を提供します。形式的手法と関数型プログラミングに重点を置くことで、特に正確性の強い保証を持つアプリケーションの作成に焦点を当てる開発者にとって、ブロックチェーン分野で際立っています。これにより、PVMはEVMのような他の仮想マシンとは異なり、カルダノを高保証ブロックチェーンアプリケーションのリーダーとして位置づけています。
ポルカドットは、仮想マシン環境の基盤としてWebAssembly(Wasm)を利用しています。Wasmは、さまざまなプラットフォームで安全かつ迅速、かつポータブルな方法でコードを実行することを可能にする非常に多用途で効率的な標準です。Wasmを活用することで、ポルカドットはそのブロックチェーンが多様なアプリケーションを処理できることを保証し、異なるチェーン間での強力なパフォーマンスと相互運用性を維持します。
各パラチェーンのコアにあるWebAssembly(Wasm)
Wasmは、幅広いプログラミング言語をサポートしているため、ブロックチェーン技術の文脈で多様なアプリの開発を可能にするため、Polkadotに選ばれました。Rustは主にSubstrateベースの開発に使用され、開発者はRust、C++、またはGoなどの言語でスマートコントラクトを書くことができ、それをWasmバイトコードにコンパイルできます。この柔軟性は、Solidityのようなブロックチェーン特有の言語を超えた広範な開発者コミュニティへの扉を開きます。
Polkadotのスマートコントラクト実行へのアプローチは、開発者がカスタムブロックチェーンを作成できるモジュラーなフレームワークであるSubstrateフレームワークに基づいています。これらのカスタムブロックチェーンはパラチェーンとして知られています。各パラチェーンは独自のロジックとランタイムを定義でき、それがWasmベースの環境で実行されます。このランタイムロジックをカスタマイズできる能力が、Polkadotをより厳格な単一ブロックチェーンシステムから際立たせています。
PolkadotのWasm環境は、スマートコントラクトだけでなく、ブロックチェーン全体のランタイムもサポートしており、ブロックチェーンの操作を支配するすべてのロジックがWasmサンドボックス内で実行されます。これにはいくつかの利点があります:
Polkadotの設計の中心には、フォークなしのアップグレードの概念があります。これは、Polkadotを含むSubstrateベースのブロックチェーンがハードフォークを必要とせずにランタイムをアップグレードできるため可能です。PolkadotのWasmベースのランタイムは、オンチェーンガバナンスと組み合わさることで、ハードフォークなしでランタイムのアップグレードを可能にし、変更はコミュニティによって投票され承認されます。
Wasm環境は、異なるパラチェーンが契約を実行し、シームレスに通信できることを保証することで、Polkadotのクロスチェーン相互運用性を強化します。たとえそれらが全く異なるアーキテクチャやコンセンサスモデルに基づいていてもです。
Avalancheのプラットフォームは、プライマリネットワーク上で動作するAvalanche仮想マシン(AVM)をそのコアコンポーネントの1つとしてサポートしており、X-Chain、P-Chain、C-Chainの3つのブロックチェーンで構成されています。これらのチェーンはネットワーク内で異なる役割を持ち、特にC-Chainはスマートコントラクトのサポートで際立っています。これはEthereum仮想マシン(EVM)との互換性によるものです。
EVM互換のC-Chain:AvalancheのC-Chainは、完全なEVM互換性のおかげで、開発者がAvalancheネットワーク上でEthereumスマートコントラクトコードを変更なしにデプロイおよび実行できるようにします。これにより、Ethereumの開発者は、ネットワークの高いスループットと低い取引手数料の恩恵を受けながら、分散型アプリケーション(dApps)をAvalancheにシームレスに移植できます。
カスタム仮想マシン:Avalancheの特徴の1つは、カスタム仮想マシンのサポートです。開発者は、Avalanche Subnetアーキテクチャを使用して、特定のニーズに合わせた独自のVMをAvalanche上に作成できますが、これは深い技術的知識を必要とし、通常は専門的なユースケースのために行われます。この柔軟性により、標準のEVMセットアップを超えた全く異なるコンセンサスメカニズムやデータモデルの展開が可能になります。
Avalancheコンセンサス:AVMの基盤には、Avalancheコンセンサスプロトコルがあり、迅速な確定性(取引は数秒以内に確認される)とスケーラビリティ(ネットワークは1秒あたり数千の取引を処理できる)を可能にします。これは、Ethereum 1.0のような従来のプルーフ・オブ・ワークシステムに対する重要な改善です。
X-ChainのAVM:AvalancheのX-Chainも独自のAvalanche仮想マシン(AVM)で動作しており、資産の作成と取引に最適化されています。X-Chainは、新しいデジタル資産の発行、移転、管理をカスタマイズ可能なルールで可能にし、分散型金融(DeFi)やその他のユースケースのための柔軟なプラットフォームを提供します。
開発者はAvalanche上に顧客の仮想マシンを作成できます
パフォーマンス:アバランチは、独自のコンセンサスメカニズムと複数のサブネットおよび仮想マシンにわたる並列処理により、多くのブロックチェーンプラットフォームよりも高いスループットと低いレイテンシを誇ります。
柔軟性:アバランチのカスタム仮想マシンのサポートにより、開発者は特定の機能を持つ分散型アプリケーションを作成でき、単一のVMタイプに制限されたプラットフォームでは実現できないユースケースに対応できます。これらの仮想マシンのサンドボックス環境は、コード実行中のセキュリティを確保し、攻撃や無限ループを防ぎます。
相互運用性:CチェーンのEVM互換性により、アバランチはイーサリアムおよびそのdAppや開発ツール(MetaMask、Remix、Truffleなど)と完全に相互運用可能です。これにより、アバランチとイーサリアム間の移行がスムーズで簡単になります。
アバランチのAVMは、特にDeFi分野において成長するエコシステムに不可欠であり、ブロックチェーン技術に興味を持つ投資家を引き付けています。Aave、Curve、SushiSwapなどの人気プロジェクトは、高いスループットとコスト効率の良いインフラストラクチャのためにアバランチに展開されています。さらに、アバランチのカスタマイズ可能なVMアーキテクチャは、標準的なEVM実装を超えて革新を求める開発者を惹きつけます。
要約すると、アバランチの仮想マシンアーキテクチャは、スケーラビリティ、柔軟性、相互運用性を考慮して設計されており、EVM互換のCチェーンがイーサリアム開発者からの採用を促進する中心的な役割を果たしています。カスタムVMをホストする能力は、特化したブロックチェーン実装の扉を開き、DeFiやそれ以外の分野で急速に成長するエコシステムに貢献しています。
ブロックチェーン技術の進化は、実行の最適化、スケーラビリティの向上、そして増え続ける分散型アプリケーション(dApp)をサポートするために設計された多様な仮想マシンをもたらしました。この記事では、さまざまなブロックチェーン仮想マシンの概要を提供し、それぞれの主な特徴と革新を要約しています。しかし、進化する相互運用性基準やスケーリングソリューションなどの継続的な課題は、ブロックチェーンエコシステムの未来を形作り続けるでしょう。イーサリアム仮想マシン(EVM)は、スマートコントラクト開発のための最も広く使用されているプラットフォームとして強固な基盤を築いています。そのアーキテクチャ、操作、およびバイトコード実行メカニズムは、他の仮想マシンの標準を設定しています。
ソラナの仮想マシン(SVM)は、並列トランザクション処理機能を備えたスケーラビリティにおける革新を示しており、高いスループットと低いレイテンシを実現しています。一方、カルダノのプルタス仮想マシンは、セキュリティと正確性を高める関数型プログラミングパラダイムを導入し、堅牢なdAppフレームワークを求める開発者にアピールしています。ポルカドットのWasmベースの仮想マシンは相互運用性を強調し、開発者がクロスチェーンアプリケーションを作成できるようにしますが、アバランチの仮想マシンはトランザクションの実行における速度と効率の重要性を強調しています。
ブロックチェーンの風景が成熟し続ける中、これらの仮想マシン間の相互作用が分散型エコシステムの未来を形作るかもしれません。各仮想マシンの強みと能力を理解することで、開発者はこれらの技術をより効果的に活用し、現実の課題に対処するスケーラブルで効率的かつ革新的なソリューションを作成できます。最終的に、ブロックチェーン仮想マシンの進展は、分散型技術の明るい未来を示し、さまざまな業界における採用の増加と変革的なアプリケーションの道を開いています。