區塊鏈最初被用作去中心化的交易處理網絡，但虛擬機器促進了智能合約在區塊鏈上的開發，將它們轉變為廣泛應用和用例的基本組件。其中一些主要的例子包括Solana虛擬機器（SVM）和以太坊虛擬機器（EVM）。

Solana虛擬機器（SVM）是支撐Solana區塊鏈的軟件基礎設施，使其能夠實現智能合約的實施並實現更高的交易吞吐量。與以順序處理範式並使用Solidity的以太坊虛擬機器（EVM）不同，SVM採用Rust編程語言和並行事務處理。

什麼是 Solana 虛擬機 (SVM)？

Solana虛擬機器（SVM）是處理Solana網絡上的交易、智能合約和程式的執行環境。Solana虛擬機器通過每秒處理數千筆交易（TPS）來增強網絡的可擴展性。開發人員聲稱SVM經過優化，適用於高需求場景，並且是使用Rust編程語言構建，以最有效地執行交易。

Ethereum 是第一個開發區塊鏈虛擬機器（EVM）的項目，EVM 後來成為了行業標準。EVM 的架構啟發了許多區塊鏈項目，包括 BNB Smart Chain、Avalanche 和 Tron，它們實現了與 EVM 兼容或衍生的系統。

Solana虛擬機（SVM）已成為已建立的EVM（以太坊虛擬機）的一個強大競爭對手。SVM作為一個虛擬化的處理引擎，負責部署智能合約、處理交易以及滿足這些合約的其他請求。

這些交易是狀態變更請求，由 Solana VM 計算並在每次迭代後更新區塊鏈的整體狀態。總之，Solana 區塊鏈的執行環境是 SVM，它與 Solana 區塊鏈的共識層一起工作，為 Web3 應用的開發和運營提供了一個動態網絡。

SVM 可以支持各種智能合約應用，如 DeFi、GameFi 和其他去中心化應用。Solana VM 是一種模塊化機器，類似於 EVM。它可以與其他組件（如數據可用性或共識層）一起部署，以構建去中心化網絡，最小化或不修改其原始形式。

來源：Squads協議

什麼是虛擬機器（VM）？

虛擬機（VM）是在區塊鏈上下文中執行程式（通常稱為運行時環境）的軟體元件。它用於實現加密網路的智能合約。虛擬機還可以簡化開發人員在使用同一 VM 的其他通道上的部署過程。

當交易提交時，網絡的虛擬機器負責處理並管理區塊鏈的狀態，該狀態是整個網絡的當前狀態，在交易執行時會受到影響。虛擬機器確定了改變網絡狀態的具體規定。

虛擬機將智能合約代碼轉換為驗證器硬體在交易處理期間可以執行的格式。Solana虛擬機（SVM）將Rust、C和C++編譯為BPF字節碼，這是在Solana上編寫智能合約的主要語言。這個過程使網絡節點（驗證器）能夠高效執行交易。

過去，使用者曾經將虛擬機器（VMs）作為與其主要計算機操作系統完全隔離的實驗環境。區塊鏈虛擬機器作為去中心化應用程式的網絡執行層，與傳統虛擬機器形成對比，後者是隔離的沙盒。區塊鏈虛擬機器（VMs）是去中心化的，允許網絡上的節點在其設備上運行區塊鏈虛擬機器的實例，計算狀態變化，並監控其他驗證者建議的狀態變化以實現共識。這確保了交易記錄正確記錄在網絡上。

Solana虛擬機器（SVM）如何操作？

區塊鏈節點（驗證者）作為 Solana 虛擬機器的獨立、自治實例運作。每個驗證者在其硬體上以隔離的 SVM 區域環境中處理交易。然而，驗證者在執行智能合約之前，SVM 必須先將智能合約轉換為驗證者的硬體可處理的格式。

當智能合約有效部署時，區塊鏈的狀態會被改變。必須將此更改報告給Solana的運行時，後者將更改轉發給SVM，從而使所有驗證節點能夠更新區塊鏈的狀態。

SeaLevel平行交易處理的利用是Solana虛擬機的重要組成部分，這與以太坊虛擬機有顯著對比。有許多原因解釋SVM為何能比EVM更快處理交易，但主要因素是兩個區塊鏈運行時間的差異。總而言之，EVM因其“單線程”運行時僅能同時處理一個合約。另一方面，SVM採用“多線程”運行時，能同時處理眾多合約。

SVM的工作機制可以通過一系列不同的過程被破壞。它們包括；

• 驗證節點：Solana在全球範圍內分散許多驗證節點。每個SVM版本都是獨立執行的，可以完成不同的任務。
• 預備智能合約：SVM的初始步驟是將智能合約轉換為節點能夠理解的語言。這確保智能合約能夠準確執行。
• 執行智能合約：一旦智能合約格式正確，智能合約就會被執行。該智能合約會在運行在特定節點上的SVM版本上更新特定區塊鏈數據。
• 達成共識：此修訂的區塊鏈分佈到所有其他網絡節點以達成共識。

海平面平行交易處理

SeaLevel是Solana VM的關鍵組件，它使虛擬機能夠同步執行交易。並行交易處理模型通過網絡上的驗證者同時處理交易，而不是順序執行模型。這使得網絡能夠實現更高的吞吐量和改進的可擴展性。這在Solana執行環境中實現“水平”擴展，允許同時實現多個智能合約的並行執行而不影響其性能。Solana智能合約通過指定在執行期間將讀取或寫入的數據（狀態）來實現這一點。

這使得交易可以並行執行，免於衝突，並簡單地訪問相同的信息。 Sealevel 允許 SVM 同時處理數以萬計的交易，而不是像 Ethereum 虛擬機（EVM）那樣逐個處理。

Sealevel採用樂觀並行控制，這是一種允許並行執行交易的方法，假定大多數交易不會衝突。如果在執行過程中檢測到衝突，Sealevel會依序重試衝突的交易。實施回滾。

SeaLevel通過在Solana網絡中的各個節點上實珽同時執行多個交易，從而優化智能合約的執行。這是通過識別並分離可以並行處理而無風險干擾的交易，以基於它們訪問或修改的數據來實現的。SeaLevel智能地排序可能發生衝突的交易，以確保準確有序地執行。

SeaLevel的好處

並行處理方法的主要好處是可擴展性。Solana網路可以有效地擴展，而無需像其他區塊鏈所使用的傳統順序處理系統中通常觀察到的障礙，例如以太坊。SeaLevel處理增加的能力與交易量的增加成比例。這導致了縮短處理時間和更快的交易速度，對於需要實時性能的應用至關重要。

並行和順序執行模型之間的對比

並行執行是一種複雜的解決方案，可實現交易的同時執行和獨立分類。與傳統的順序執行方法不同，並行執行允許同時處理多個事務，從而增強了網路的可擴展性和性能。

基本方法是主要的差異點。整個網絡必須通過順序執行來驗證每個交易。這導致了大量能源消耗和礦工或驗證者的增加工作量。相比之下，並行執行提高了交易速度。它通過優化網絡的能力來降低相關成本，同時確保與以太坊虛擬機（EVM）環境的兼容性。

Solana虛擬機器（SVM）和以太坊虛擬機器（EVM）之間的差異

SVM和EVM：客戶區分

Ethereum和Solana是獨特的區塊鏈，因為會使用多個驗證者客戶端來驗證交易。如果某個客戶端遇到困難，多個驗證者客戶端可以幫助防止網絡中斷。執行層（EL）和共識層（CL）客戶端是驗證者客戶端的兩個類別。

執行客戶需承擔以下責任：

• 在網絡上接收新的交易傳播
• 在EVM上執行它們
• 維護所有以太數據的當前狀態和數據庫

來源：AMINA銀行

另一方面，共識用戶端實現 PoS 共識算法，通過利用執行用戶端驗證的數據在網絡上達成共識。

以太坊驗證節點通常使用執行和共識客戶端運行，因為這兩類客戶端具有不同的功能。相反，Solana將這兩種能力整合到一個單一的客戶端中。Solana Labs是第一個在Solana上開發第一個驗證節點客戶端的組織。

來源: AMINA 銀行

自那時起，已經有許多獨立的努力在Solana網絡上創建額外的完整或輕量化驗證器客戶端:

Jito Labs

2022年8月，Jito Labs在主網上發佈了第二個驗證器客戶端。Jito負責維護、修改和部署這個Solana Labs原代碼的分支，他是獨立開發的。然而，這個客戶端在Solana Labs客戶端中存在缺陷，因為它是現有客戶端的分支。

火舞者

2022 年 8 月，Jump Crypto 披露了在 Solana 上開發新驗證器用戶端的意圖。此驗證器用戶端完全使用 C++ 建立，並展示了實質性的性能增強。Firedancer 在測試環境中每秒處理多達一百萬個事務。相比之下，最初的Solana Labs用戶端在類似的測試環境中每秒處理近55,000筆交易。

Sig

2023年7月，Syndica透露了使用Zig编程语言编写的Solana网络验证器客户端Sig的创建。Syndica的验证团队最初在2023年9月实现了Sig的Gossip协议。

TinyDancer

TinyDancer，Solana的輕量客戶端，目前正在積極開發，除了這四個驗證器客戶端。TinyDancer和其他輕量客戶端不構建區塊或參與共識；相反，它們促進了區塊鏈狀態的驗證，而無需運行全節點。

SVM vs. EVM：節點數量

具有更多驗證人的區塊鏈通常更具有彈性。當用戶在區塊鏈上執行合約時，必須確保其傳輸將被記錄。理想情況下，每次對區塊鏈的添加都應該在該鏈上的每個驗證人上記錄，這就是為什麼更多的驗證人至關重要。多樣化的驗證人陣容可防範災難事件，例如數據中心故障。

EVM節點數量

以參與共識的程度和數據存儲的範圍將以太坊節點分為三類:

完整節點：完整節點在區塊鏈中獲取並驗證每個區塊的數據，逐個區塊進行驗證。有各種類型的完整節點，其中一些從創世區塊開始驗證整個區塊鏈歷史中的所有項目。其他從最近的可信區塊開始驗證，通常保留最近的128個區塊的本地副本，並定期刪除舊數據以節省磁盤空間。根據需要，舊數據可以重新生成。

存檔節點：存檔節點驗證和維護從創世區塊開始的所有區塊，確保沒有數據被刪除。它們對於查詢測試集是必不可少的，而無需可靠的挖掘和服務，如區塊瀏覽器、錢包供應商和鏈分析。

輕節點：與完整的區塊鏈不同，輕節點只檢索區塊標頭。完整節點被要求為輕節點的需求提供額外信息。當數據收到時，輕節點可以獨立對其進行驗證，以符合區塊標頭的狀態根。它們不需要高頻寬或複雜的硬件，這使得可以從手機或嵌入式設備參與以太坊網絡。輕節點無法成為礦工或驗證者，因為它們不參與共識。但是，它們可以訪問以太坊區塊鏈並提供與完整節點相同的安全性和功能性。

SVM節點數量

Solana節點根據其在共識中的參與程度分為兩類：

• 共識節點：共識節點對於網絡是至關重要的，因為它們生成和提議新區塊，並對其他節點提出的新區塊的有效性進行投票。它們對於網絡的運作是不可或缺的。

• RPC節點（遠程過程調用節點）：RCP節點對於在Solana區塊鏈上構建的dApps來說是不可或缺的，因為它們作為區塊鏈數據的門戶。它們獨立驗證所有新區塊和網絡修改，類似共識節點，但它們不參與投票。

從一開始，Solana區分了RPC節點和共識節點。但是，RPC節點不進行輪詢。以太坊的RPC節點通常是由完整節點或存檔節點構建而成。與其他權益證明區塊鏈相比，Solana的節點數量絕對較高。基金會打算很快修改其計劃，以促進節點的質量，而不僅僅是節點的數量。

在2023年3月，共識節點的總數從約2200減少到1700。這種減少是由於大量的利益被重新分配，從收取100％佣金的節點轉移。利益攸關方承認了這個問題，重新分配了他們的委派，轉向更活躍的驗證人。在這次下降之後，共識節點逐漸且穩定地增加，截至9月13日，總共有1961個共識節點和2874個驗證人節點。

SVM和EVM之間的區別摘要

總的來說，以下是 SVM 节点和 EVM 节点之間的比較：

交易管理模型：SVM採用並行處理模型，可以同時執行多個交易，從而提高吞吐量並降低延遲。相比之下，EVM按順序處理交易，在高使用量期間可能會導致網絡擁塞。

程式語言: SVM 支援 Rust，這是一種以效能聞名的語言。這種語言特別適合需要高效能和安全性的應用程式。相比之下，EVM 使用 Solidity，這是一種設計用於開發智能合約的程式語言。

智能合約的實施：每個驗證者在 SVM 上獨立執行智能合約，從而促進更有效的網絡操作。相反，EVM 需要所有節點就智能合約執行的結果達成共識，這可能會延遲處理時間。

結論

SVM 是 Solana 区块链上的执行环境，优先考虑智能合约和交易处理的高效实现。它使用 Rust 编程语言和并行交易处理来增强可扩展性和交易吞吐量。SVM 面临着一些障碍，包括并行执行模型固有的缺点和 Rust 语言的陡峭学习曲线。然而，由于与新兴的 AI 技术的整合，SVM 未来的利用和采用预计将增加。