VM: Web3の背後にある見えざるエンジン

主なハイライト

• 仮想マシン (VM) は、追加のハードウェアを必要とせずに、異なるオペレーティングシステムやアプリケーションを単一のデバイス上で実行可能にします
• ソフトウェアの検証、安全な環境での実験、潜在的に有害なプログラムの隔離に不可欠なツールです
• イーサリアム仮想マシン (EVM) は、グローバルな分散型ネットワーク上でスマートコントラクトやDAppsの実行のための基盤インフラとして機能します
• 多用途性と制御性を提供する一方で、VMにはパフォーマンスのオーバーヘッド、リソース消費の増加、技術的専門知識の要件といった制約もあります

はじめに

MacBookでWindowsを動かしたり、ネイティブシステムを触らずにLinuxを試したり、新しいハードウェアを購入せずに済むことを想像してみてください。VMは、複数のOSやアプリケーションが安全に共存できる隔離された環境を提供することで、それを可能にします。

この能力はパーソナルコンピュータを超え、ブロックチェーンネットワークにおいても、スマートコントラクトや分散型アプリケーション (DApps) の推進メカニズムとして機能し、何千ものノードが同時に命令を処理・検証できるようにしています。

仮想マシンの解明

VMは、物理的なコンポーネントを追加せずに設定できるシミュレートされたコンピュータとして機能します。OSのインストール、ファイル管理、プログラムの実行、インターネットアクセスなどが可能で、すべてホストサーバー（ホストマシン）内で動作します。

サーバーシステムは、処理能力（(CPU)）、RAM、ディスク容量を提供し、特定のOS用ソフトウェアを使用する必要がある場合に特に価値があります。

メカニズム：VMの動作原理

hypervisorと呼ばれるコンポーネントがこのエコシステムを管理します。物理的なリソース（CPU、RAM、ストレージ）を捕捉し、複数のVMに分配して、同じインフラストラクチャ上で同時に動作させることを可能にします。

hypervisorには主に2つのタイプがあります：

タイプ1 (Bare-metal)： 直接ハードウェアにインストールされ、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す。このアーキテクチャはパフォーマンスと効率性を最適化します。

タイプ2 (Hospedado)： 従来のOS上で動作し、アプリケーションとして機能します。テストや開発のシナリオに適しています。

設定後、VMは独立したコンピュータとして起動します。ソフトウェアのインストール、ウェブ閲覧、アプリ開発などが可能です。

なぜ仮想マシンを採用するのか？

新しい環境のテスト： 異なるOSをメインのハードウェアを変更せずに評価できます。安全なサンドボックスのようなものです。

マルウェアからの保護： 疑わしいファイルや未知のアプリケーションを隔離して実行可能です。マルウェアやクラッシュが発生しても、メインマシンは安全です。

レガシーソフトウェアの復活： Windows XPや古いOS向けに開発されたプログラムも、これらの環境を再現するVMを通じて再実行でき、現代のデバイスとの互換性問題を回避します。

マルチプラットフォーム開発： 開発者は複数のOS上で同時にコードをテストし、新しいアプリの挙動を異なる環境でシミュレートします。

クラウドインフラ： AWS、Azure、Google CloudなどのサービスはVMに基づいています。クラウドの各インスタンスはリモートのデータセンターにホストされたVMであり、ウェブサイトやアプリ、データベースのホスティングに利用されます。

ブロックチェーンの世界におけるVM：Web3の心臓部

従来のVMはテスト用の隔離環境ですが、ブロックチェーンの仮想マシンは、分散型ネットワーク上のスマートコントラクトの中核的処理装置として機能します。

イーサリアム仮想マシン (EVM) は、開発者がSolidity、Vyper、Yulでスマートコントラクトをコーディングし、イーサリアムやEVM互換ネットワークに展開できるようにします。これにより、ネットワークのすべてのバリデーターが同一のルールを適用してコントラクトを処理・作成します。

さまざまなブロックチェーンは、それぞれのアーキテクチャ目的に応じて独自の仮想マシンを実装しています：

WebAssembly (WASM) ベースのネットワーク： NEARやCosmosはWASMベースのVMを採用し、多言語対応のスマートコントラクトをサポートし、柔軟性を高めています。

MoveVM： SuiはMoveVMを実装し、Move言語でのコントラクト実行に焦点を当て、安全性と効率性を追求しています。

Solana Virtual Machine (SVM)： Solanaはカスタム実行環境 (SVM) を採用し、並列処理を可能にし、大量のトランザクションを同時に処理します。

仮想マシンの実例：実践的な例

DAppsを利用する際、私たちは無意識のうちにVMとやり取りしています：

DeFi取引： 分散型プロトコルでトークンのスワップを行うとき、これらの操作はEVM上のスマートコントラクトによって実行されます。

NFTの発行： VMは、各デジタル資産の所有権を記録するコードを実行し、購入や譲渡時に履歴を更新し、所有権の正確性を保証します。

Layer 2のスケーラビリティ： zkEVMなどの第2層ソリューションは、特化型のVMを使用します。例えば、zk-rollupはゼロ知識証明 (ZKP)を活用してスマートコントラクトを実行します。

仮想マシンの課題

パフォーマンスの低下： VMはハードウェアとコードの間に中間層を作るため、直接実行に比べて速度が遅くなる場合や、より多くのリソースを必要とすることがあります。

運用コストの増加： VMの管理は、特にクラウドインフラやブロックチェーンネットワークでは、詳細な設定や継続的なアップデート、専門的な知識を要します。

互換性の断絶： スマートコントラクトはしばしば特定のVM環境に依存します。Ethereum向けに書かれたコードは、Solanaのような非互換のブロックチェーンでは書き直しや適応が必要となり、異なるエコシステム間の移植には多大な時間と労力がかかります。

最終的なまとめ

仮想マシンは、現代のコンピューティングの見えない土台です。PCからブロックチェーンインフラまで、異なるOSの共存や安全なソフトウェアテスト、単一ハードウェアの多用途利用を可能にします。Web3においては、VMはスマートコントラクトやDAppsをグローバルなネットワーク上で動かす原動力です。

VMの仕組みを理解することは、私たちが日常的に利用するDeFiプラットフォームやツールの内部メカニズムを理解し、分散化の背後にある高度な技術を明らかにします。

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