Als nächste Generation hoch skalierbarer Blockchain hat Solana viel Aufmerksamkeit erregt. Dies liegt vor allem an seiner hervorragenden Leistung, die Tausende von Transaktionen pro Sekunde bei nahezu vernachlässigbaren Gaskosten abwickeln kann. Eines der Schlüsselelemente der fortschrittlichen Technologie von Solana ist die Ausführungsumgebung SVM, die die Sealevel-Parallelisierungs-Engine umfasst.
In diesem Artikel wird die Solana Virtual Machine (SVM) vorgestellt und wie diese innovative Infrastruktur es der Solana-Blockchain ermöglicht, eine höhere Leistung als herkömmliche EVM-Blockchains wie Ethereum zu liefern. Während EVM seit langem der dominierende Standard für virtuelle Maschinen in der Welt der Verschlüsselung ist, werden wir auch untersuchen, wie SVM schrittweise durch Rollup-Lösungen wie Nitro und Eclipse erweitert wird.
Solana Virtual Machine (SVM) und Sealevel
Die Solana Virtual Machine, kurz SVM, ist die Ausführungsumgebung zur Verarbeitung von Transaktionen und Smart Contracts/Programmen im Solana-Netzwerk. Um SVM besser zu verstehen, müssen wir zunächst verstehen, wie virtuelle Maschinen in einem verschlüsselten Netzwerk funktionieren.
Im Kontext der Blockchain ist eine virtuelle Maschine (VM) eine Software, die Programme ausführt, besser bekannt als Laufzeitumgebung, zur Ausführung intelligenter Verträge eines Kryptowährungsnetzwerks. Wenn eine Transaktion übermittelt wird, ist die virtuelle Maschine des Netzwerks dafür verantwortlich, diese zu verarbeiten und den Blockchain-Status (den aktuellen Status des gesamten Netzwerks) zu verwalten, der von der Ausführung dieser Transaktion betroffen ist. Die spezifischen Regeln zum Ändern des Netzwerkstatus werden von der virtuellen Maschine definiert.
Bei der Verarbeitung einer Transaktion wandelt die VM den Smart-Contract-Code in ein Format um, das die Validator-Hardware ausführen kann. Auf Solana sind die Hauptsprachen zum Schreiben intelligenter Verträge Rust, C und C++, die über die Solana Virtual Machine (SVM) in BPF-Bytecode kompiliert werden, sodass Transaktionen von Netzwerkknoten (Validatoren) effizient ausgeführt werden können.
Die Knoten des Solana-Netzwerks, sogenannte Validatoren, betreiben jeweils ihre eigene Solana Virtual Machine (SVM)-Isolationsumgebung, um den Konsens in der gesamten Blockchain aufrechtzuerhalten. Wenn ein Smart Contract bereitgestellt wird (den Netzwerkstatus ändert), kommuniziert er die erforderlichen Statusänderungen an die Laufzeit. Die Solana-Laufzeit leitet diese Zustandsänderungen dann an die SVM-Instanzen weiter, die in jedem Validatorsystem ausgeführt werden, und alle Validatorknoten erhalten eine Kopie und übersetzen sie, wodurch die Blockchain aktualisiert wird. Diese Verteilung der SVM-Instanzen auf die Validatoren führt zu einem dezentralen Netzwerk, wodurch das Risiko von DDoS-Angriffen oder -Abschaltungen verringert wird. Darüber hinaus stellt diese Isolierung sicher, dass potenzielle Fehler oder Schwachstellen in Smart Contracts die Sicherheit oder Stabilität des gesamten Solana-Netzwerks nicht gefährden.
Zusammenfassend kann man sich diese SVM-Instanzen als „Mikrocomputer“ vorstellen, die die notwendigen Vorgänge ausführen, um den Status des Solana-Netzwerks auf der Grundlage von Anweisungen zu aktualisieren, die von Transaktionen bereitgestellt werden. Während viele Blockchains heute auf der Ethereum Virtual Machine (EVM) basieren, hat Solana eine eigene virtuelle Maschine mit einzigartigen Funktionen entwickelt, die eine verbesserte Leistung bieten.
Die Schlüsselkomponente von SVM ist Sealevel. Die Engine ermöglicht die gleichzeitige Ausführung mehrerer Smart Contracts, ohne sich gegenseitig in ihrer Leistung zu beeinträchtigen, und ermöglicht so eine „horizontale“ Skalierung innerhalb der Solana-Ausführungsumgebung, ein Konzept, das als Parallelverarbeitung bezeichnet wird. Dies ist möglich, weil die intelligenten Verträge von Solana beschreiben, welche Daten (Zustände) bei der Ausführung zur Laufzeit gelesen oder geschrieben werden. Dies ermöglicht die gleichzeitige Ausführung von Transaktionen ohne Konflikte sowie von Transaktionen, die nur die gleichen Informationen lesen. Sealevel ermöglicht es SVM daher, Zehntausende Transaktionen gleichzeitig zu verarbeiten, anstatt sie wie die Ethereum Virtual Machine (EVM) nacheinander abzuwickeln.
SVM und EVM (Ethereum Virtual Machine)
Obwohl EVM und SVM ähnliche Funktionen ausführen, ist Solana VM effizienter und schneller. Wenn bei EVM ein Smart Contract einen Dollar vom Guthaben eines Benutzers überweist, wird diese Transaktion im Speicher des jeweiligen Vertrags gespeichert. Dieses Design führt zu potenziellen Problemen, wenn die Ethereum Virtual Machine versucht, mehrere Transaktionen parallel zu verarbeiten. Beispielsweise könnten zwei verschiedene Smart Contracts versuchen, das Guthaben eines Benutzers gleichzeitig auszugeben, oder ein anderer Vertrag könnte während einer Aktualisierung das Guthaben desselben Benutzers lesen, was zu Inkonsistenzen und Konflikten führt.
Im Gegensatz dazu trennt das Solana-Kontomodell Daten wie Benutzerguthaben für eine bessere Organisation und Effizienz. Transaktionen auf Solana müssen außerdem explizit angeben, welche Daten sie lesen und ändern, bevor sie in der SVM ausgeführt werden. Wie bereits erwähnt, ermöglicht dies die gleichzeitige Ausführung von Programmen, die nicht mit denselben Daten interagieren, was dazu beiträgt, Überlastungen zu vermeiden und hohe Gebühren zu senken. Zum Beispiel kann Solana VM sowohl Tolys 1 $ an Raj als auch Armanis 3 $ an Chase verwalten.
Ein Grund dafür, dass die EVM Schwierigkeiten bei der gleichzeitigen Verarbeitung mehrerer Transaktionen hat, liegt unter anderem darin, dass es sich um eine „Single-Threaded“-Laufzeitumgebung handelt, die jeweils nur einen Vertrag verarbeiten kann. Daher nutzt das EVM-Design die Vorteile der Multi-Core-Hardware nicht aus, was bedeutet, dass nur ein Kern in der Validator-Hardware aktiv Transaktionen verarbeitet, während die anderen Kerne nicht ausgelastet bleiben. Dies führt häufig zu einer Überlastung des Netzwerks und höheren Transaktionsgebühren. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass neben dem Fehlen einer Multithread-Laufzeit auch andere Faktoren zu EVM-Einschränkungen führen können, beispielsweise der Wunsch, die Hardwareanforderungen auf den laufenden Knoten niedrig zu halten.
Sealevel hingegen optimiert die Leistung der Solana-Laufzeitumgebung durch effiziente Nutzung verfügbarer Hardwareressourcen. SVM ist eine Multithread-Laufzeitumgebung, die darauf ausgelegt ist, mehrere Transaktionen parallel zu verarbeiten, indem alle verfügbaren Kerne der Validierungsmaschine genutzt werden. Dadurch kann Solana effizienter skalieren, da sich die Validator-Hardware weiter verbessert. Dank seiner Architektur kann Solana VM auch Transaktionsgebühren besser verwalten. Dies hat zur Entwicklung lokalisierter Gebührenmärkte geführt, die die Zuteilung von Gebühren auf der Grundlage intelligenter Verträge ermöglichen. Im Gegensatz dazu ist die EVM-Kette auf einen globalen Gebührenmarkt angewiesen, was bedeutet, dass NFT-Mints Swaps oder DeFi-Transaktionen beeinflussen können, auch wenn diese Transaktionen nicht miteinander verbunden sind.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die parallelen Verarbeitungsfähigkeiten von SVM es Solana ermöglichen, höhere TPS zu erreichen, was zu schnelleren Transaktionsgeschwindigkeiten führt, und die Kosten sind im Vergleich zur EVM-Architektur nahezu vernachlässigbar. SVM ist als Blockchain-Umgebung der nächsten Generation mit höherer Effizienz und höherer Leistung positioniert. Je mehr Entwickler dies erkennen, desto mehr wird SVM als Ausführungsumgebung für Smart Contracts eingesetzt, und es entsteht ein neues SVM-Aggregations-Ökosystem.
Das aufstrebende Ökosystem von SVM-Rollups
Aggregation ist eine Blockchain-Skalierungslösung, die Transaktionen außerhalb einer Layer-1-Blockchain (z. B. Solana) verarbeitet und die Daten dann rückwirkend auf Layer 1 veröffentlicht. Rollups sollen Netzwerküberlastungen und Transaktionsgebühren reduzieren, indem mehrere Transaktionen gebündelt werden, um einen „Beweis“ zu bilden, der dann an die Hauptkette übermittelt wird. Der größte Vorteil beim Erstellen eines Rollups ist die Möglichkeit, die Kette vollständig anzupassen. Diese Anpassung ermöglicht eine Vielzahl von Anwendungsfällen, wie zum Beispiel angepasste Auftragsbücher, kryptografische Mempools zur Minimierung des MEV (Miner Extractable Value) oder autorisierte Anwendungen, die auf bestimmte Anforderungen zugeschnitten sind.
Virtuelle Maschinen können auch verwendet werden, um den Bereitstellungsprozess für Entwickler in anderen Ketten zu vereinfachen, die dieselbe VM verwenden. Dieser Netzwerkeffekt kommt Ethereum und seiner VM sehr zugute, da es sich um die erste Laufzeitumgebung für kryptografische Smart Contracts handelt. Daher war die EVM die primäre Ausführungsumgebung für den Aufbau aggregierter Blockchains. Unter den beiden Arten von Rollups, Optimistic und Zk, sind optimistische Rollups wie Arbitrum am häufigsten. In letzter Zeit gab es viele Fortschritte bei SVM, die darauf abzielen, Solana-Entwicklern Rollup-Technologie zur Verfügung zu stellen. Die wichtigsten Projekte, die für Solana entwickelt werden, sind Nitro und Eclipse.
Nitro ist eine optimistische Rollup-Lösung, ähnlich wie Arbitrum oder Optimism, die die Solana Virtual Machine (SVM) nutzt, um Solana-Entwicklern die Portierung ihrer dApps auf verschiedene Ökosysteme zu ermöglichen. Nitro plant, zunächst auf Sei, einer branchenspezifischen Transaktionskette auf Basis von Cosmos, zu starten, bevor es auf andere Ketten expandiert. Es verwendet SVM, um Transaktionen parallel auszuführen, was bedeutet, dass Benutzer die Ausführung wie bei Solana durchführen können, während Nitro Sei für die Abwicklung und den Konsens verwendet. Wenn Sei Teil des Cosmos-Ökosystems wird, können Nitros Projekte und ihre Benutzer außerdem von der IBC-Interoperabilitätstechnologie profitieren und auf die Vermögenswerte und Liquidität von Cosmos zugreifen.
Eine weitere in der Entwicklung befindliche SVM-Rollup-Lösung ist Eclipse, die die Bereitstellung anpassbarer Rollups erleichtern soll. Die optimistischen Rollups von Eclipse ermöglichen es Projekten, ihre eigenen einzigartigen Anwendungsketten zu erstellen und gleichzeitig von der Sicherheit etablierter Netzwerke (z. B. Cosmos Application Chain, Polygon, Ethereum) und der Nutzung der Solana Virtual Machine (SVM) zu profitieren. Die SVM fungiert als Ausführungsumgebung, und Eclipse übernimmt die Abrechnung, den Konsens und die Datenverfügbarkeit (DA) mit dem vom Entwickler gewählten Layer-1-Netzwerkmanagement. Derzeit bietet Eclipse eine Optimistic-Rollup-Lösung an, arbeitet aber auch an der Einführung von zk-Rollups.
Eclipse hat zwei Rollup-Lösungen veröffentlicht, die auf SVM basieren:
Polygon SVM: Mit diesem Rollup kann jedes auf Solana erstellte Projekt problemlos im Polygon-Netzwerk bereitgestellt werden;
Cascade: Cascade wurde von Injective und Eclipse eingeführt und ist ein SVM-Rollup, das für das IBC-Ökosystem optimiert ist. Dadurch können Solana-Projekte mühelos in Cascade implementiert werden und auf die Vermögenswerte und die Liquidität der Cosmos AppChain zugreifen. Darüber hinaus können Projekte auf Injective jetzt die Vorteile der parallelisierten SVM von Cascade nutzen.
Alle diese Lösungen vereinfachen die Nutzung von Solana VM und erweitern ihre Reichweite. Benutzer aus anderen Ketten können auch die Parallelisierungserfahrung von Solana ohne Hindernisse „kosten“, was dazu führen kann, dass mehr Menschen die Vorteile von SVM erkennen und mehr Projekte ihre dApps von der Architektur nach Solana verlagern und mehr Benutzer hinzufügen können .
SVM ist die Blockchain-Umgebung der nächsten Generation für Entwickler
Obwohl Solana erst drei Jahre alt ist, hat es bereits eine beeindruckende Leistung und die Entwicklung von Erweiterungslösungen wie Nitro und Eclipse zusätzlich zu seinen VMs unter Beweis gestellt, was den Erfolg seiner innovativen Ausführungsarchitektur unterstreicht. Solana konnte aus den Herausforderungen lernen, mit denen ältere Netzwerke wie Bitcoin und Ethereum konfrontiert waren. Bitcoin war nicht für intelligente Verträge konzipiert, was zur Entstehung von Ethereum führte. Ebenso war Ethereum nicht bereit für die Masseneinführung und Hochgeschwindigkeitstransaktionen, was den Weg für Solana und die Parallelverarbeitung ebnete. Darüber hinaus wird es für Entwickler immer einfacher, auf SVM-Umgebungen zuzugreifen, da Neon Labs die Solidity-Kompatibilität mit der Solana-Laufzeitumgebung einführt, sowie das bevorstehende Runtime v2-Upgrade, das Entwicklern die Verwendung mehrerer Programmiersprachen (z. B. Move) ermöglichen soll. Build SVM- kompatible dApps.
Es ist klar, dass Solana VM eine fortschrittlichere Umgebung für die Entwicklung von Anwendungen der nächsten Generation bietet. Die parallele Verarbeitung von Transaktionen ermöglicht einen höheren Durchsatz. Ähnlich wie es im traditionellen Finanzwesen möglich ist, können Entwickler jede Art von Produkt entwickeln, ohne sich Gedanken über Geschwindigkeitsbegrenzungen oder Gebühren machen zu müssen. Der Aufbau einer On-Chain mit TPS 15 wird nicht zu einer Masseneinführung von Krypto führen. Dank SVM und Sealevel kann Solana (bereits) Tausende von Transaktionen ohne Überlastung oder erhebliche Gasgebühren verarbeiten, was es zur perfekten Umgebung für die Entwicklung dieser neuen Anwendungen macht. Mit der Verbesserung der Validator-Hardware wird die Sealevel-Laufzeitumgebung von Solana in der Lage sein, mehr Transaktionen parallel zu verarbeiten, was die Kluft zwischen SVM und EVM vergrößert und gleichzeitig mehr Benutzer anzieht.
Squads werden Erweiterungen der Solana Virtual Machine (SVM) unterstützen und Multi-Signatur-Funktionen (Multisig) in das gesamte SVM-Ökosystem einführen, sodass jeder die Kette mithilfe der besten Blockchain-Ausführungsumgebung und dem besten Selbsthosting-Erlebnis für Assets verwalten kann.