仮想マシン：システムとブロックチェーンを推進する技術

あなたが知っておくべきこと

• 仮想マシンは、単一の物理デバイス上で複数のオペレーティングシステムやアプリケーションを同時に実行することを可能にします。
• 未知のソフトウェアをテストする際の安全性を保証し、リスクのあるプログラムを隔離したり、新しい環境で実験したりするための理想的なツールです。
• ブロックチェーンの世界では、EVM (Ethereum Virtual Machine)のような仮想マシンが、数千のスマートコントラクトや分散型アプリケーションがグローバルネットワーク上で信頼性を持って機能するためのエンジンとなっています。
• その柔軟性にもかかわらず、仮想マシンはパフォーマンスに影響を与え、追加のリソースを消費し、運用の複雑さを増す可能性があります。

はじめに: なぜ仮想マシンが存在するのか?

LinuxをWindowsコンピュータで実行する必要がある、またはmacOSでのみ動作するアプリケーションを試す必要があると想像してみてください。仮想マシンは、異なるオペレーティングシステムが衝突することなく共存する隔離された環境を作成することによって、これを可能にします。この技術は個人用コンピュータを超え、ブロックチェーンの世界では、仮想マシンがスマートコントラクトや分散型アプリケーションのデジタル経済を支える基本的なインフラストラクチャとなっています。

仮想マシンの構造

仮想マシンとは、本質的にあなたの物理コンピュータ内で動作するシミュレーションされたコンピュータです。追加のハードウェアやインフラの変更は必要ありません。完全なオペレーティングシステムをインストールし、データを保存し、プログラムを実行し、ネットワークに接続することができますが、すべてはあなたのホストデバイス内の制御された隔離された環境内で行われます。

この実現を可能にする重要なコンポーネントは、ハイパーバイザーです。これは、中間者として機能する専門のソフトウェアです。その役割は、実際の物理リソース(プロセッサ、RAMメモリ、ストレージ)を複数の仮想マシンに分割し、配分することです。これにより、すべての仮想マシンが同じハードウェアを効率的に共有し、干渉なく動作できるようになります。

ハイパーバイザーには主に二つのカテゴリーがあります。

タイプ1ハイパーバイザー (ベアメタル): 事前のオペレーティングシステムに依存せず、ハードウェアに直接インストールされます。データセンターやクラウドプラットフォームで一般的で、最大のパフォーマンスと効率性のために最適化されています。

タイプ2ハイパーバイザー (ホスト): 現在のオペレーティングシステム内で通常のアプリケーションとして機能します。これは、主要な環境を損なうことなく新しい技術を試したい開発者に最適です。

仮想マシンの背後にあるエンジン

仮想マシンの技術的な動作は、ハイパーバイザーがリソースをどのように管理するかに完全に依存しています。仮想マシンを起動すると、ハイパーバイザーはCPU、RAM、およびストレージの特定の部分を割り当てます。仮想マシンは、その後、実際には同じホスト上の他の仮想マシンとリソースを共有しているにもかかわらず、独立したコンピュータのように完全に動作することができます。

このメカニズムにより、単一の物理サーバーが数十台あるいは数百台の仮想マシンをホストでき、それぞれが異なるオペレーティングシステムを実行し、全く異なるアプリケーションを実行することができ、互いに干渉することはありません。

従来のシステムにおけるユースケース

新しいオペレーティングシステムの安全なテスト

異なるオペレーティングシステムを試すことは、これまでにないほど簡単です。隔離された環境を作成し、好きなシステムをインストールしてリスクなしで探索できます。何か問題が発生した場合は、仮想マシンを削除するだけで、元のシステムに戻ることができます。

脅威の抑制と潜在的に危険なソフトウェア

疑わしいソースからファイルを受け取りましたか？完全に信頼できないプログラムをインストールしたいですか？仮想マシン内で実行することは安全のバリアとして機能します。ソフトウェアにマルウェアが含まれている場合や問題を引き起こす場合、隔離された仮想マシンがそれを保持し、あなたのメインシステムを損傷から保護します。

レガシーアプリケーションのサポート

いくつかのビジネスプログラムや専門ソフトウェアは、Windows XPのような古いオペレーティングシステム用に設計されています。仮想マシンはこれらの特定の環境を再現でき、そうでなければ最新のコンピュータと互換性のない重要なソフトウェアを引き続き使用できるようにします。

マルチプラットフォームの開発と検証

開発者は、異なるオペレーティングシステムでコードを同時にテストするために仮想マシンを活用しています。これにより、アプリケーションがエンドユーザーが使用するプラットフォームに関係なく正しく機能することが保証され、リリース後の不快な驚きを減少させます。

クラウドインフラストラクチャ

ほとんどのクラウドサービスは、基盤として仮想マシンを使用しています。クラウドでサーバーを契約すると、リモートデータセンターにホストされた仮想マシンをレンタルしており、あなたのアプリケーション、ウェブサイト、またはデータベースを実行する準備が整っています。

ブロックチェーンの仮想マシン：分散実行の核心

ブロックチェーンにおける仮想マシンは、従来の仮想マシンとは異なる原則の下で機能します。従来の仮想マシンはコンピュータ内の隔離された環境であるのに対し、ブロックチェーンの仮想マシンは、ネットワーク全体で数千台のコンピュータで同時にスマートコントラクトのコードを一貫して実行する分散型状態マシンです。

イーサリアム仮想マシン：業界標準

**イーサリアム仮想マシン (EVM)**は、スマートコントラクトの実行方法を革命的に変えました。開発者は、Solidity、Vyper、またはYulのような言語でコードを書くことができ、それがバイトコードにコンパイルされ、EVM内で実行されます。重要なのは、イーサリアムネットワークの各ノードが全く同じコードを同じ方法で実行し、全員が結果に同意することを保証することです。

多くのブロックチェーンはEVM互換性を採用しています。これは、既存のアプリケーションが複数のネットワークに同時に移行または展開されることを容易にし、相互接続されたエコシステムを促進します。

ブロックチェーン仮想マシンの多様性

すべてのブロックチェーンネットワークが同じ仮想マシンを使用しているわけではありません。この多様性は、設計の異なる優先事項を反映しています:

NEARとCosmosは、WebAssemblyに基づく仮想マシン(WASM)を実装しています。これは、複数のプログラミング言語でスマートコントラクトを記述することを可能にするオープンスタンダードで、開発者のアクセシビリティを向上させます。

SuiはMoveVMを使用しており、Moveでプログラムされた契約を実行します。Moveはセキュリティとリソースの明確さに重点を置いて設計されたブロックチェーンアプリケーション専用の言語です。

Solanaは、取引を大規模に並列処理し、ネットワークの活動量を極めて高く処理するために設計された独自の仮想マシン(SVM)を実装し、特に速度を最適化しています。

スケーラビリティソリューションのための仮想マシン

トランザクションを加速するために設計されたレイヤー2ネットワークでは、専門の仮想マシンが登場します。zkEVM (ゼロ知識仮想マシン)は、zk-rollupがスマートコントラクトを実行できるようにし、ゼロ知識証明の利点を維持し、スケーラビリティとセキュリティの間の橋を築きます。

仮想マシンの実践：実世界の例

目に見えないが、仮想マシンはブロックチェーンと相互作用するたびに常にバックグラウンドで働いています。

• DeFi取引: 分散型取引所でトークンを交換する際、仮想マシンは原子交換を促進し、価格を計算し、資金を転送するスマートコントラクトのロジックを実行しています。

• NFTとデジタル所有権: 仮想マシンは、各非代替トークンの所有者を記録する不変のコードを継続的に実行します。NFTを購入または転送すると、仮想マシンは所有権の記録を更新します。

• レイヤー2での加速取引: レイヤー2のスケーラビリティソリューションを使用する場合、取引は専門の仮想マシンによって処理され、速度とコストが最適化されます。それでも、メインネットのセキュリティは維持されます。

仮想マシンの固有の課題

パフォーマンスとリソース消費のオーバーロード

仮想マシンは、実行されるコードと物理ハードウェアの間に追加のレイヤーを挿入します。この抽象化は、安全性と柔軟性を提供しますが、コストも伴います：ハードウェア上で直接コードを実行する場合と比較して、性能の低下とメモリおよび計算能力の消費が増加します。

操作の複雑さとメンテナンス

仮想マシンを維持すること、特に分散インフラストラクチャやブロックチェーン環境では、かなりの技術的経験が必要です。設定、更新、監視、およびトラブルシューティングには、時間、専門ツール、訓練を受けた人材が必要です。

###互換性の断片化

EVMで実行されるように書かれたスマートコントラクトは、SolanaのSVMのような異なる仮想マシンを使用するブロックチェーンで機能するために、再記述または大幅な適応が必要です。マルチチェーンアプリケーションを展開したい開発者は、ポータビリティとテストに追加の労力を投資しなければならず、開発コストが増加します。

最終的な振り返り

仮想マシンは、従来のコンピューティングとブロックチェーンエコシステムの両方において基本的な技術です。パソコンでは、柔軟性、安全性、リソースの効率を提供します。分散型ブロックチェーンネットワークでは、何千ものスマートコントラクトがグローバルなネットワークを通じて信頼性が高く一貫して実行されることを可能にするメカニズムです。

仮想マシンがどのように機能するかを理解することは、DeFiおよびWeb3エコシステムで使用する分散型ツールやアプリケーションを支える目に見えないインフラストラクチャをよりよく理解するのに役立ちます。