الآلة الافتراضية المخصصة (Custom VM)

ما الآلة الافتراضية المخصصة؟

الآلة الافتراضية المخصصة، أو Custom VM، هي بيئة تنفيذ بلوكتشين مصممة بقواعدها الخاصة لمعالجة المعاملات وتشغيل البرامج وإدارة الحالة وقياس موارد الحوسبة.

ببساطة، تحدد Custom VM الجزء من البلوكتشين الذي يقرر ما يمكن للبرامج فعله وكيف تغيّر كل معاملة صالحة حالة البلوكتشين.

قد يبني فريق Custom VM بدلًا من استخدام بيئة قائمة مثل Ethereum Virtual Machine عندما يحتاج إلى أداء أو أمان أو برمجة أو خصوصية أو ميزات تطبيقات مختلفة.

تعني كلمة «مخصصة» أن بيئة التنفيذ أُنشئت أو عُدّلت أو حُسّنت لتناسب احتياجات بلوكتشين أو Rollup أو سلسلة تطبيقات أو نظام إثبات تشفيري معين.

قد تتضمن Custom VM مجموعة تعليمات خاصة بها، وبنية حسابات، وقواعد تخزين، وصيغة معاملات، ونموذج رسوم، ووظائف نظام، ولغة للعقود الذكية.

وقد تعدّل أيضًا آلة افتراضية قائمة بدلًا من تصميمها بالكامل من البداية.

على سبيل المثال، تصف وثائق تنفيذ البرامج الرسمية لـ Solana ‏sBPF بأنه إصدار مخصص من شيفرة eBPF الثنائية، جرى تكييفه مع بيئة تشغيل بلوكتشين Solana.

تكتسب Custom VM أهميتها لأن عقد البلوكتشين يجب أن تنفذ المعاملات بالطريقة نفسها تمامًا كي تتفق على الأرصدة والعقود والملكية وحالة التطبيقات.

إذا نفّذ عقدان سليمـان المعاملة نفسها وأنتجا نتيجتين مختلفتين، فقد تنقسم الشبكة أو ترفض الكتلة.

لهذا السبب، يجب أن تكون آلة البلوكتشين الافتراضية حتمية وآمنة ومقيدة الموارد ومحددة بدقة.

ما وظيفة الآلة الافتراضية للبلوكتشين؟

تعمل الآلة الافتراضية للبلوكتشين كحاسوب خاضع لضوابط، يمكن لكل عقدة تحقق إعادة تنفيذ عملياته.

تستقبل المعاملات أو تعليمات البرامج وتطبقها على حالة البلوكتشين الحالية.

تتحقق الآلة الافتراضية من التزام المعاملة بقواعد البروتوكول، ومن امتلاك المرسل الصلاحية المطلوبة، ومن توفر الموارد الكافية للتنفيذ.

ثم تنفذ العمليات المسموح بها، مثل تحويل التوكنات أو تغيير تخزين العقد أو سك NFT أو تحديث مركز إقراض أو الإدلاء بصوت في الحوكمة.

بعد التنفيذ، تنتج الآلة الافتراضية حالة جديدة تستطيع العقد الأخرى التحقق منها بشكل مستقل.

تصف وثائق Ethereum Virtual Machine الـ EVM بأنها بيئة افتراضية لامركزية تنفذ الشيفرة باتساق عبر عقد Ethereum.

تؤدي Custom VM الغرض العام نفسه، لكنها قد تستخدم بنية وقواعد تنفيذ مختلفة.

لا تتولى الآلة الافتراضية عادةً جميع جوانب البلوكتشين.

تحدد آلية الإجماع كيفية اتفاق العقد على ترتيب الكتل وقبولها، بينما تحدد الآلة الافتراضية أثر المعاملات المرتبة.

ويحدد توفر البيانات ما إذا كان بالإمكان استرجاع بيانات المعاملات اللازمة للتحقق.

أما التسوية فتحدد أين تحظى النتائج أو الإثباتات أو النزاعات باعتراف نهائي في الأنظمة المعيارية.

تنتمي Custom VM تحديدًا إلى طبقة التنفيذ، رغم أن تصميمها قد يؤثر في سائر هذه الطبقات.

لماذا تبني شبكات البلوكتشين آلات افتراضية مخصصة؟

تبني شبكات البلوكتشين Custom VM عندما لا توفر بيئات التنفيذ العامة الأداء أو الميزات التي تحتاج إليها التطبيقات المستهدفة.

قد ترغب بلوكتشين مصممة للتداول عالي التردد في تنفيذ المعاملات بالتوازي، وتوفير رسوم يمكن توقعها، والوصول السريع إلى الحالة.

وقد تحتاج لعبة بلوكتشين إلى أصول رقمية أصلية وإجراءات منخفضة التكلفة وصلاحيات للحسابات وتخزين فعّال لعناصر اللعبة.

وقد ترغب شبكة تركز على الخصوصية في حالة سرية ودعم لإثباتات المعرفة الصفرية وتقييد الوصول إلى البيانات.

وقد تحتاج Rollup إلى بيئة تنفيذ يسهل إثباتها باستخدام التشفير القائم على المعرفة الصفرية.

وقد تحتاج بلوكتشين مخصصة لتطبيق معين إلى مجموعة صغيرة من العمليات المضبوطة بعناية بدلًا من منصة عامة بالكامل للعقود الذكية.

تتيح Custom VM للمطورين تحسين البلوكتشين لتحقيق هذه الأهداف.

لكن ذلك يعني أن على الفريق بناء مزيد من البنية التحتية وصيانتها بنفسه.

وقد يحتاج إلى مُصرّفات مخصصة ومحافظ وأدوات تصحيح ومستكشفات بلوكتشين وأدوات أمان ومجموعات تطوير برمجيات ووثائق للمطورين.

قد تحقق الآلة الافتراضية المحسّنة أداءً ممتازًا، لكنها قد تواجه صعوبة في جذب المطورين إذا كانت أدواتها صعبة الاستخدام.

الآلة الافتراضية المخصصة مقابل Ethereum Virtual Machine

Ethereum Virtual Machine، أو EVM، هي بيئة التنفيذ المستخدمة للعقود الذكية على Ethereum، وأصبحت معيار توافق واسع الانتشار في قطاع الكريبتو.

يكتب المطورون عادةً عقود EVM باستخدام Solidity أو Vyper، ثم يصرّفونها إلى شيفرة EVM الثنائية.

تستخدم EVM بنية قائمة على المكدس، وتقيس التنفيذ باستخدام رسوم الغاز.

وتضم منظومتها الكبيرة للمطورين محافظ ومكتبات وأطر اختبار وأدوات أمان ومعايير عقود ناضجة.

قد تختلف Custom VM عن EVM في معظم قرارات التصميم الرئيسية.

فقد تستخدم السجلات بدلًا من المكدس، أو تدعم التنفيذ المتوازي، أو تستخدم نموذج حسابات مختلفًا، أو تفرض رسوم الموارد بوحدات الحوسبة أو الأوزان بدلًا من رسوم الغاز في EVM.

وقد تدعم أيضًا لغات برمجة لا تُستخدم عادةً لعقود EVM.

الميزة الرئيسية لاستخدام EVM هي التوافق.

أما الميزة الرئيسية لـ Custom VM فهي حرية تحسين بيئة التنفيذ لغرض معين.

لكن التوافق مع EVM والتنفيذ المخصص ليسا متعارضين تمامًا في كل الحالات.

تستخدم بعض الشبكات آلة افتراضية أساسية مخصصة، مع إضافة مفسّر أو طبقة توافق لشيفرة EVM الثنائية.

على سبيل المثال، تصف وثائق EraVM الرسمية بنية تظل فيها آلة افتراضية محسنة لـ ZK بيئة التنفيذ الأساسية، بينما يتيح مفسّر EVM دعم الشيفرة الثنائية المتوافقة مع Ethereum.

قد يوفر هذا النهج قدرًا من التوافق مع المنظومة من دون التخلي عن جميع مزايا التنفيذ المخصص.

الآلة الافتراضية المخصصة مقابل بيئة تشغيل بلوكتشين مخصصة

يُستخدم مصطلحا Custom VM وبيئة تشغيل بلوكتشين مخصصة أحيانًا كما لو كانا يعنيان الشيء نفسه تمامًا، لكن التمييز بينهما قد يكون مهمًا.

تنفذ الآلة الافتراضية عادةً الشيفرة الثنائية وفق مجموعة تعليمات محددة.

أما بيئة التشغيل فهي مصطلح أوسع يشير إلى المنطق الذي يعالج المعاملات ويحدد انتقالات حالة البلوكتشين.

تستخدم بعض شبكات البلوكتشين آلة افتراضية تقليدية ينشر المطورون عليها شيفرات ثنائية مستقلة للعقود الذكية.

وتُصرّف شبكات أخرى معظم منطق أعمالها في بيئة تشغيل واحدة بدلًا من توفير آلة افتراضية مفتوحة للعقود الذكية.

تصف وثائق عقدة وبيئة تشغيل Polkadot SDK بيئة التشغيل بأنها منطق انتقال الحالة في البلوكتشين، ويُصرّف إلى WebAssembly لتنفيذه باستقلال عن المنصة.

وتصف وثائق بنية Cosmos SDK تطبيق البلوكتشين بأنه آلة حالات مكوّنة من وحدات تحدد منطق الأعمال وتعالج المعاملات.

توفر هذه الأنظمة تنفيذًا مخصصًا، لكن المطورين قد يسمون الناتج بيئة تشغيل أو آلة حالات للتطبيق أو بيئة تنفيذ بدلًا من Custom VM.

لذلك يُستخدم مصطلح Custom VM أحيانًا بصورة غير دقيقة في نقاشات الكريبتو.

ينبغي للمستخدمين فحص البنية الفعلية بدلًا من الاعتماد على التسمية وحدها.

المكونات الأساسية لـ Custom VM

مجموعة التعليمات

تحدد مجموعة التعليمات العمليات منخفضة المستوى التي يمكن للبرامج تنفيذها.

قد تنفذ التعليمات عمليات حسابية، أو تقرأ الذاكرة، أو تكتب البيانات، أو تقارن القيم، أو تتحقق من التوقيعات، أو تستدعي عقدًا آخر، أو تعيد البيانات.

قد يسهل تحليل مجموعة تعليمات أصغر وإثباتها، بينما قد توفر المجموعة الأكبر وظائف مباشرة أكثر.

على مصممي Custom VM التأكد من أن لكل تعليمة معنى واضحًا وحتميًا.

نموذج الحالة

يحدد نموذج الحالة طريقة تمثيل البلوكتشين للحسابات والأرصدة والعقود والتوكنات والكائنات والبيانات المخزنة.

تستخدم بعض الآلات الافتراضية حالة عامة قائمة على الحسابات، على غرار Ethereum.

وتستخدم أخرى مخرجات معاملات غير منفقة، أو كائنات مستقلة، أو مخازن أزواج مفتاح-قيمة، أو سجلات مخصصة للتطبيق.

يؤثر نموذج الحالة بدرجة كبيرة في تنفيذ المعاملات بالتوازي وتصميم المحافظ وصلاحيات العقود وتجربة المطورين.

الذاكرة والتخزين

تشير الذاكرة عادةً إلى بيانات مؤقتة تُستخدم خلال تنفيذ واحد، بينما يشير التخزين إلى بيانات دائمة تبقى بعد انتهاء المعاملة.

يُعد التخزين الدائم على البلوكتشين مكلفًا لأن عقد التحقق يجب أن تعيد إنتاج تغييراته أو تتحقق منه.

قد تقدم Custom VM ترتيبات تخزين متخصصة لخفض التكلفة أو تحسين إنشاء الإثباتات.

يجب أن تمنع قواعد التخزين أي عقد من تعديل بيانات تخص عقدًا آخر من دون تصريح.

قياس الموارد

يحد قياس الموارد من مقدار الحوسبة والذاكرة والتخزين وعرض النطاق الذي يمكن للمعاملة استهلاكه.

من دون حدود للموارد، يمكن لمهاجم إرسال برنامج يعمل إلى ما لا نهاية أو يستهلك موارد كافية لمنع العقد من معالجة معاملات أخرى.

تستخدم EVM رسوم الغاز، بينما قد تستخدم بيئات التنفيذ الأخرى وحدات الحوسبة أو الأوزان أو الدورات أو فئات موارد منفصلة.

ينبغي أن يفرض جدول الموارد تكلفة كافية على العمليات المكلفة لمنع إساءة الاستخدام، من دون جعل التطبيقات المشروعة غير عملية.

وظائف المضيف واستدعاءات النظام

توفر Custom VM غالبًا وظائف للمضيف أو استدعاءات نظام تتيح للبرامج الوصول إلى ميزات خاصة بالبلوكتشين.

قد تتيح هذه الوظائف التحقق من التوقيعات المشفرة أو قراءة معلومات الكتلة أو استدعاء برنامج آخر أو إنشاء أصل أو إصدار حدث أو الوصول إلى بيانات خارجية معتمدة.

توثق مرجعية استدعاءات النظام في Solana وظائف بيئة التشغيل للتشفير والتسجيل وعمليات الذاكرة والاستدعاءات بين البرامج وغيرها من إجراءات البلوكتشين.

قد تحسن استدعاءات النظام الكفاءة، لكن كل استدعاء جديد يزيد مساحة النظام التي يجب تحديدها واختبارها وتأمينها.

كيفية تنفيذ المعاملات داخل Custom VM

تدخل المعاملة عادةً إلى البلوكتشين عبر عقدة أو نقطة نهاية RPC.

تتحقق الشبكة من الخصائص الأساسية مثل التنسيق والتوقيعات والرسوم والحماية من إعادة تشغيل المعاملة.

يحدد الإجماع أو برنامج إنتاج الكتل ترتيب المعاملة بالنسبة إلى المعاملات الأخرى.

ثم تحمّل Custom VM المعاملة والحالة ذات الصلة والبرنامج المطلوب تنفيذه.

وتتحقق من الصلاحيات وتُهيئ سياق التنفيذ.

تعالج الآلة الافتراضية التعليمات مع تتبع استهلاك الموارد.

إذا اكتمل التنفيذ بنجاح، تُعتمد تغييرات الحالة الناتجة.

أما إذا فشل التنفيذ، فعادةً ما تعكس الآلة الافتراضية بعض تغييرات الحالة أو كلها وفق قواعد البروتوكول.

ومع ذلك، قد تظل المعاملة خاضعة لرسوم لأن العقد استهلكت موارد حوسبية لمعالجة المحاولة الفاشلة.

يجب أن تنتج كل عقدة تحقق النتيجة النهائية نفسها انطلاقًا من الحالة الأولية نفسها والمعاملة المرتبة نفسها.

يُعرف هذا الشرط بالتنفيذ الحتمي.

الحتمية في Custom VM

تعني الحتمية أن المدخلات المتطابقة يجب أن تنتج المخرجات نفسها على كل عقدة سليمة.

يمنع هذا الشرط المدققين من الاختلاف حول حالة البلوكتشين الصحيحة.

يمكن للتطبيقات العادية استخدام الساعات المحلية أو بيانات عشوائية من نظام التشغيل أو حسابات الفاصلة العائمة أو طلبات الإنترنت التي قد تعطي نتائج مختلفة على أجهزة مختلفة.

لكن على آلة البلوكتشين الافتراضية تقييد مصادر عدم اليقين هذه أو تحديدها بعناية.

يتطلب استخدام العشوائية عادةً مصدرًا معتمدًا من البروتوكول، بدلًا من أن يطلب البرنامج رقمًا عشوائيًا من الحاسوب مباشرةً.

وتدخل المعلومات الخارجية عادةً عبر Oracle أو رسالة موثقة، لا عبر طلب ويب غير مقيد.

يجب تحديد سلوك العمليات الحسابية بدقة، بما يشمل تجاوز الحدود والقسمة والتقريب والحدود العددية.

قد تتسبب Custom VM التي لا تحافظ على الحتمية في إخفاقات إجماع أو انقسام السلسلة أو إثباتات غير صحيحة.

العزل وبيئة التشغيل الآمنة

تشغّل Custom VM البرامج عادةً داخل بيئة معزولة تحد من وصولها إلى نظام تشغيل العقدة.

ينبغي ألا يتمكن العقد الذكي من قراءة الملفات الخاصة للمدقق أو فتح اتصالات شبكة عشوائية أو السيطرة على الجهاز المضيف.

تحدد البيئة المعزولة مناطق الذاكرة ومساحات التخزين ووظائف المضيف التي يمكن للبرنامج الوصول إليها.

كما تحد من عمق الاستدعاءات وحجم المكدس ونمو الذاكرة ومدة التنفيذ.

يحمي العزل القوي المدققين من البرامج الخبيثة التي يرفعها المستخدمون.

كما يحمي العقود من الوصول غير المصرح به من عقود أخرى.

قد يؤدي اختراق العزل إلى مشكلة أمنية خطيرة للشبكة، لأن المدققين قد ينفذون شيفرة يرسلها المهاجم أثناء معالجة الكتل.

لذلك تتطلب تطبيقات Custom VM عمليات تدقيق دقيقة واختبارات عشوائية مكثفة ومراجعة للتبعيات وتصميمًا آمنًا للمصرّف.

الآلات الافتراضية القائمة على المكدس وتلك القائمة على السجلات

تنفذ الآلة الافتراضية القائمة على المكدس عمليات كثيرة عبر وضع القيم في مكدس وإزالتها عند الحاجة إليها كمدخلات للتعليمات.

تُعد EVM آلة افتراضية معروفة قائمة على المكدس.

أما الآلة الافتراضية القائمة على السجلات، فتخزن قيم العمل في سجلات مسماة أو مرقمة.

قد تقلل التصاميم القائمة على السجلات عدد التعليمات المطلوبة لبعض العمليات الحسابية، وقد توفر أداءً أكثر قابلية للتنبؤ.

تصف وثائق بنية FuelVM الرسمية FuelVM بأنها آلة افتراضية قائمة على السجلات ومصممة لتنفيذ البلوكتشين.

لا يتفوق أي من التصميمين تلقائيًا في كل أنواع شبكات البلوكتشين.

قد تتميز الأنظمة القائمة على المكدس بشيفرة ثنائية أبسط وأدوات راسخة.

وقد توفر الأنظمة القائمة على السجلات مزايا في التنفيذ أو التصريف لبعض أحمال العمل.

يعتمد الخيار الأنسب على أهداف الأداء وأنظمة الإثبات ولغات المطورين وأهداف الأمان وتعقيد التنفيذ.

Custom VM والتنفيذ المتوازي

يتيح التنفيذ المتوازي للبلوكتشين معالجة عدة معاملات غير متعارضة في الوقت نفسه.

أما التنفيذ التسلسلي التقليدي فيعالج معاملة تلو الأخرى، حتى عندما تؤثر المعاملات في حسابات غير مترابطة.

يمكن تصميم Custom VM لتحديد الحالة التي تقرؤها كل معاملة أو تكتبها.

وبعد ذلك يمكن تشغيل المعاملات غير المتعارضة عبر عدة أنوية للمعالج.

قد يزيد ذلك معدل المعالجة للتطبيقات التي تضم عددًا كبيرًا من المستخدمين المستقلين.

يصبح التنفيذ المتوازي أصعب عندما تستطيع العقود الوصول إلى أي جزء من الحالة العامة من دون إعلان اعتمادياتها.

قد تشترط Custom VM تحديد الحسابات أو الكائنات ذات الصلة قبل التنفيذ.

وقد تستخدم أيضًا التنفيذ التفاؤلي، ثم تعيد محاولة المعاملات عند اكتشاف تعارضات.

لا يحسن التنفيذ المتوازي الأداء إلا إذا ظل كل من الجدولة واكتشاف التعارضات والتزامات الحالة صحيحًا.

على المطورين فهم نموذج التزامن، لأن معاملتين تعملان كل منهما على حدة قد تتصرفان بصورة مختلفة عند التنافس على الحالة نفسها.

Custom VM ولغات العقود الذكية

تحتاج Custom VM عادةً إلى لغة برمجة واحدة أو أكثر تُصرّف إلى الشيفرة الثنائية أو صيغة التنفيذ التي تدعمها.

قد تدعم الآلة الافتراضية Rust أو C أو C++ أو Move أو لغات متوافقة مع WebAssembly أو لغة مخصصة للعقود الذكية.

تؤثر اللغة في الأمان وإنتاجية المطورين وحجم العقد وتعقيد المصرّف.

قد تمنع اللغة ذات قواعد الأنواع والملكية القوية بعض أنواع الأخطاء قبل النشر.

وقد تجذب اللغة المألوفة عددًا أكبر من المطورين، لكنها قد تتضمن ميزات يصعب دعمها بصورة حتمية.

يصبح المصرّف جزءًا من سلسلة الأمان، لأنه يحول الشيفرة المقروءة للبشر إلى تعليمات تنفذها الآلة الافتراضية.

قد يؤدي خطأ في المصرّف إلى اختلاف سلوك الشيفرة الثنائية المنشورة عن الشيفرة المصدرية للمطور.

تحتاج المنظومات الجادة إلى عمليات بناء قابلة لإعادة الإنتاج والتحقق من الشيفرة المصدرية وتتبع إصدارات المصرّف ومراجعات أمنية مستقلة.

Custom VM وWebAssembly

WebAssembly، المعروفة اختصارًا باسم Wasm، صيغة تعليمات ثنائية محمولة يمكن استخدامها أساسًا لتنفيذ البلوكتشين.

يمكن للبلوكتشين تصريف بيئة التشغيل أو العقود الذكية إلى Wasm وتنفيذها في بيئة خاضعة للضوابط.

تدعم Wasm عدة لغات مصدرية وتوفر صيغة تنفيذ مستقلة عن المنصة.

يخزن Polkadot SDK منطق بيئة تشغيل البلوكتشين كملف Wasm ثنائي، ويمكنه ترقية بيئة التشغيل عبر إجراءات الحوكمة على السلسلة.

توضح وثائق ترقية بيئة التشغيل الرسمية أن هذا التصميم قد يضيف وظائف أو يصلح مشكلات من دون الحاجة إلى انقسام صلب تقليدي على مستوى الشبكة.

تظل البلوكتشين التي تستخدم Wasm مخصصة إذا حددت وظائف مضيف خاصة بالبلوكتشين وتكاليف الموارد وقواعد الحالة وسلوك المعاملات.

توفر Wasm أساسًا للتنفيذ، لكن قواعد بيئة التشغيل المحيطة التي تضعها الشبكة تحدد كيفية عمل هذا الأساس في الكريبتو.

Custom VM وسلاسل البلوكتشين المخصصة للتطبيقات

تُصمم سلسلة البلوكتشين المخصصة للتطبيق حول تطبيق واحد أو سوق أو فئة نشاط معينة.

بدلًا من مشاركة آلة افتراضية عامة مع تطبيقات غير مرتبطة، يمكن للسلسلة إنشاء قواعد تنفيذ مخصصة لمستخدميها.

يوضح العرض الرسمي لـ Cosmos SDK أن المطورين يستطيعون الجمع بين وحدات محددة مسبقًا وإنشاء وحدات مخصصة تناسب متطلبات التطبيق.

قد تتضمن سلسلة تطبيقات تركز على التداول مطابقة أوامر أصلية وضوابط للمخاطر.

وقد تتضمن سلسلة ألعاب إنشاء عناصر أصلية وحسابات للاعبين وإجراءات متكررة منخفضة التكلفة.

وقد تقيد سلسلة هوية تغييرات الحالة ببيانات اعتماد موثقة ومُصدرين مصرح لهم.

قد يحسن التنفيذ المخصص للتطبيق الكفاءة، لأن العمليات الشائعة تصبح ميزات في البروتوكول بدلًا من عقود ذكية معقدة.

أما عيبه، فهو انخفاض المرونة إذا رغب المطورون مستقبلًا في بناء تطبيقات لم تتوقعها بيئة التشغيل الأصلية.

Custom VM في Rollups

تنفذ Rollup المعاملات خارج البلوكتشين الأساسية، ثم ترسل البيانات أو الالتزامات أو الإثباتات إلى طبقة التسوية.

وبما أن Rollup تتحكم في برنامج التنفيذ، يمكنها استخدام Custom VM بدلًا من نسخ آلة الطبقة الأساسية حرفيًا.

قد تخفض Custom VM تكاليف الإثبات أو تدعم نماذج مختلفة للحسابات أو توفر ميزات متخصصة للتطبيقات.

لكن التنفيذ المخصص قد يصعّب التوافق مع المحافظ والعقود وأدوات التطوير القائمة.

وقد يحتاج المطورون إلى جسور أو مفسّرات لدعم الأصول والتطبيقات من منظومة أخرى.

كما يجب أن تحدد Rollup كيفية تحقق طبقة التسوية من نتائج Custom VM.

قد تستخدم Rollup تفاؤلية إثباتات احتيال أو ألعاب نزاع.

وقد ترسل Rollup قائمة على المعرفة الصفرية إثباتات صلاحية توضح التزام Custom VM بقواعدها.

وقد تعتمد Rollup سيادية بدرجة أكبر على عقدها وإجماع المجتمع للتحقق من صحة التنفيذ.

لذلك تصبح Custom VM جزءًا من نموذج الأمان وقابلية التشغيل البيني في Rollup.

Custom VM والبلوكتشين المعيارية

يفصل تصميم البلوكتشين المعيارية التنفيذ والإجماع وتوفر البيانات والتسوية إلى مكونات مختلفة.

يمنح هذا الفصل فرق Rollup حرية أكبر في اختيار Custom VM أو بنائها.

توضح وثائق توفر البيانات في Celestia أن عدة طبقات تنفيذ يمكنها استخدام بنية مشتركة لتوفر البيانات والتسوية.

قد تستخدم طبقة تنفيذ EVM، بينما تستخدم أخرى Wasm أو آلة افتراضية للمعرفة الصفرية أو آلة حالات مخصصة لتطبيق معين.

تُعد هذه المرونة إحدى المزايا الرئيسية للبنية المعيارية.

لكن على الفريق تحديد كيفية حصول Custom VM على البيانات والتحقق من الرسائل والتواصل مع الجسور وإنتاج نتائج يمكن للأنظمة الأخرى الوثوق بها.

لا تجعل الآلة الافتراضية عالية الأداء السلسلة المعيارية آمنة إذا كانت بياناتها غير متاحة أو كان بالإمكان اختراق جسرها.

Custom VM وإثباتات المعرفة الصفرية

تنفذ الآلة الافتراضية للمعرفة الصفرية، أو zkVM، البرامج مع إنتاج إثبات تشفيري على صحة التنفيذ.

غالبًا ما يمكن التحقق من الإثبات بكفاءة أكبر من إعادة الحساب بالكامل.

تصف وثائق RISC Zero zkVM نظامًا يثبت صحة تنفيذ شيفرة Rust عامة.

وينص المواصفات التقنية على أن الآلة الافتراضية تنفذ مجموعة تعليمات RISC-V ذات 32 بت.

تُعد zkVM نوعًا متخصصًا من Custom VM عندما تُصمم أو تُكيّف لإجراء حسابات قابلة للإثبات.

قد يحسّن تصميم zkVM المخصص التعليمات والوصول إلى الذاكرة والتجزئة والعمليات الحسابية لتوليد الإثباتات بكفاءة.

وقد يساعد ذلك Rollups على التحقق من كميات كبيرة من التنفيذ باستخدام إثباتات موجزة.

لكن إنشاء الإثباتات قد يتطلب موارد حوسبة كبيرة وأجهزة متخصصة وتشفيرًا خضع لتدقيق دقيق.

ينبغي للمستخدمين عدم الخلط بين صحة إثبات المعرفة الصفرية وسلامة التطبيق بالكامل.

قد يثبت الإثبات أن الآلة الافتراضية التزمت بقواعدها، حتى لو احتوت قواعد التطبيق على تصميم اقتصادي ضار أو خطأ برمجي.

Custom VM والتوافق مع EVM

قد تكون Custom VM متوافقة مع EVM من دون أن تكون مطابقة لها.

يعني التوافق مع EVM عادةً أن المطورين يستطيعون نشر عقود Solidity أو استخدام أدوات مألوفة على نمط Ethereum مع تغييرات محدودة.

أما التكافؤ مع EVM فهو ادعاء أقوى، إذ يعني أن سلوك التنفيذ يطابق EVM في Ethereum إلى حد كبير.

قد يحول مُصرّف مخصص Solidity إلى مجموعة تعليمات مختلفة.

وقد ينفذ مفسّر شيفرة EVM الثنائية داخل Custom VM.

وقد تعيد طبقة توافق إنتاج واجهات Ethereum البرمجية مع استخدام حالة داخلية أو أنظمة إثبات مختلفة.

لكل طريقة مفاضلات تتعلق بالأداء وسلوك رسوم الغاز وتصحيح الأخطاء وافتراضات العقود وتعقيد الترقية.

ينبغي ألا يفترض المطورون أن السلسلة المتوافقة مع EVM تتصرف مثل Ethereum تمامًا في كل الحالات الخاصة.

قد تؤثر الاختلافات في رموز التشغيل والعقود المسبقة التجميع ومعلومات الكتل والرسوم والنهائية وترتيب المعاملات في التطبيقات.

مزايا الآلة الافتراضية المخصصة

أولى مزايا Custom VM هي تحسين الأداء لتطبيقات محددة.

إذ يمكن للآلة الافتراضية تحسين العمليات الشائعة بدلًا من إجبار كل التطبيقات على استخدام نموذج تنفيذ عام.

الميزة الثانية هي مرونة نموذج الحالة.

يمكن للمطورين اختيار الحسابات أو الكائنات أو مخرجات المعاملات غير المنفقة أو الوحدات أو نموذج آخر يناسب الاستخدام المقصود.

الميزة الثالثة هي تحسين التنفيذ المتوازي.

يمكن للآلة الافتراضية إظهار اعتماديات المعاملات بطريقة تسمح بتشغيل العمليات غير المتعارضة بالتزامن.

الميزة الرابعة هي الأمان المتخصص.

قد تقلل مجموعة تعليمات ضيقة أو بيئة تشغيل محدودة للتطبيق عدد العمليات التي يستطيع المهاجمون تجربتها.

الميزة الخامسة هي كفاءة الإثباتات التشفيرية.

يمكن لـ Custom VM استخدام تعليمات وتخطيطات ذاكرة مصممة لأنظمة إثبات المعرفة الصفرية.

الميزة السادسة هي تحسين تجربة المستخدم.

قد تتضمن الآلة الافتراضية استعادة أصلية للحسابات أو معاملات مدعومة أو صلاحيات للجلسات أو رسومًا قابلة للتوقع.

الميزة السابعة هي توفير الوظائف على مستوى البروتوكول.

يمكن دمج ميزات مثل الأصول الأصلية ودفاتر الأوامر وقواعد الخصوصية أو الحوكمة مباشرةً في بيئة التنفيذ.

مخاطر الآلة الافتراضية المخصصة وقيودها

الخطر الأول هو أخطاء التنفيذ.

تتمتع الآلة الافتراضية الجديدة باختبارات واقعية أقل من بيئة تنفيذ ناضجة تستخدمها شبكات عديدة.

الخطر الثاني هو ضعف أدوات المطورين.

قد يفتقر المطورون إلى مُصرّفات موثوقة وأدوات تصحيح وأطر اختبار وماسحات أمنية ومكتبات للعقود.

الخطر الثالث هو محدودية التوافق مع المنظومة.

قد لا تعمل العقود والمحافظ والبنية التحتية القائمة من دون تعديل.

الخطر الرابع هو تعقيد المواصفات.

يجب توثيق كل تعليمة وتكلفة مورد وقاعدة حالة ووظيفة نظام بدقة.

الخطر الخامس هو تركّز صلاحيات الترقية.

إذا تمكن فريق واحد من تغيير الآلة الافتراضية من دون ضوابط حوكمة قوية، فعلى المستخدمين الثقة بأنه لن يقدم سلوكًا ضارًا.

الخطر السادس هو عدم نضج منظومة الأمان.

قد تكون لدى المدققين خبرة أقل في صيغة شيفرة ثنائية أو نموذج تنفيذ جديد.

الخطر السابع هو تسعير الموارد اقتصاديًا على نحو غير سليم.

قد تجعل تكاليف الموارد غير الصحيحة هجمات حجب الخدمة زهيدة أو تجعل التطبيقات المشروعة باهظة.

الخطر الثامن هو التجزؤ.

قد يؤدي وجود عدد كبير من Custom VM غير المتوافقة إلى توزيع المطورين والسيولة والأدوات والمستخدمين على منظومات معزولة.

متطلبات أمان Custom VM

يجب أن تنفذ Custom VM الآمنة العمليات بحتمية عبر تطبيقات العقد المختلفة وبيئات الأجهزة المتنوعة.

كما يجب أن تعزل البرامج غير الموثوقة عن نظام تشغيل المدقق.

ويجب أن تمنع الوصول غير المصرح به إلى تخزين العقود وأرصدة المستخدمين وصلاحيات النظام.

ويجب أن تقيس كل مورد يمكن للمهاجمين استنزافه.

كما يجب أن تتعامل بأمان مع الحدود العددية وحدود الذاكرة والاستدعاء التكراري واستدعاءات العقود وحالات الإخفاق.

ويجب أن تحدد طريقة التراجع عن تغييرات الحالة عند فشل التنفيذ.

ويجب أن تمنع إعادة تشغيل التوقيع عبر معاملات أو سلاسل أو نطاقات مختلفة.

كما يجب أن تحمي وظائف المضيف ذات الصلاحيات وعقود النظام من الاستدعاءات غير المصرح بها.

ينبغي أن يرفض المصرّف ومدقق الشيفرة الثنائية البرامج المشوهة أو غير الآمنة.

ويجب أن تتضمن عملية الترقية المراجعة والاختبار والتخطيط للطوارئ والحوكمة الواضحة.

ينبغي أن يشمل اختبار الأمان اختبارات الوحدات والتكامل والاختبارات التفاضلية والاختبارات العشوائية المكثفة واختبارات الخصائص والمحاكاة الاقتصادية العدائية.

وحيثما أمكن، قد تساعد تطبيقات مستقلة متعددة على اكتشاف أخطاء المواصفات التي قد يخفيها مستودع شيفرة واحد.

ترقيات Custom VM

قد تحتاج Custom VM إلى ترقيات لإصلاح أخطاء أمنية أو إضافة تعليمات أو تحسين الأداء أو دعم تشفير جديد.

يُعد تغيير قواعد الآلة الافتراضية حساسًا، لأن على كل عقدة البدء باستخدام القواعد الجديدة في النقطة الصحيحة من السلسلة.

وقد تؤدي ترقية غير صحيحة إلى انقسام الشبكة إذا قبلت بعض العقد معاملات ترفضها عقد أخرى.

تنسق بعض شبكات البلوكتشين ترقيات الآلات الافتراضية عبر إصدارات برامج مجدولة وانقسامات صلبة.

وتخزن شبكات أخرى بيئة تشغيل قابلة للترقية على السلسلة، وتجيز التغييرات عبر الحوكمة.

وقد تستخدم Rollups عقود تسوية قابلة للترقية أو مجالس أمن أو محافظ متعددة التوقيع أو فترات انتظار للحوكمة.

ينبغي للمستخدمين معرفة الجهة المخولة بالموافقة على ترقيات Custom VM وما إذا كان هناك تأخير قبل سريان التغييرات.

تقلل الآلة الافتراضية غير القابلة للتغيير مخاطر الحوكمة، لكنها تصعّب الإصلاحات الطارئة.

أما الآلة الافتراضية سهلة الترقية فتستجيب بسرعة، لكنها تزيد الثقة المطلوبة في الجهة المخولة بالترقية.

كيفية تقييم المطورين لـ Custom VM

ينبغي للمطورين أولًا فحص لغات البرمجة التي تدعمها الآلة الافتراضية ومدى نضج المصرّف.

وعليهم مراجعة وثائق مجموعة التعليمات ونموذج الحسابات والتخزين والرسوم ودورة حياة المعاملة.

كما ينبغي التحقق مما إذا كان بالإمكان التحقق من العقود استنادًا إلى الشيفرة المصدرية المنشورة.

وعليهم مراجعة أدوات تصحيح الأخطاء والاختبار المحلي وشبكة الاختبار والنشر والمراقبة.

كما ينبغي فهم كيفية تعامل الآلة الافتراضية مع إعادة الدخول والاستدعاءات بين العقود والتزامن والمعاملات الفاشلة.

وعليهم مراجعة عمليات التدقيق الأمني للآلة الافتراضية وسلسلة أدوات المصرّف.

وينبغي اختبار دعم الشبكة للمحافظ وأدوات الحفظ والمفهرسات والبنية التحتية القائمة.

وعليهم التحقق من أن ادعاءات الأداء تنطبق على تطبيقات واقعية، لا على معاملات معيارية بسيطة فحسب.

كما ينبغي دراسة الجهة المخولة بالترقية، لأن التغييرات في بيئة التنفيذ قد تؤثر في برنامج آمن.

كيفية تقييم مستخدمي الكريبتو لسلسلة تستخدم Custom VM

لا يحتاج المستخدم العادي إلى قراءة كل رمز في الآلة الافتراضية، لكن ينبغي أن يفهم الافتراضات الرئيسية للثقة.

ينبغي التحقق من أن Custom VM تعمل في بيئة إنتاج منذ مدة كافية.

كما ينبغي مراجعة عمليات التدقيق والمواصفات التقنية وتقارير الحوادث وإشعارات الترقيات التي تنشرها السلسلة.

وينبغي فهم ما إذا كانت المحفظة تعرض تفاصيل المعاملة بصيغة مقروءة للبشر.

كما ينبغي التحقق مما إذا كانت الأصول تعتمد على الجسور عند نقلها بين سلسلة Custom VM والشبكات الأخرى.

وينبغي فهم رسوم المعاملات وقواعد النهائية ونموذج المُسلسِل وإجراءات السحب في السلسلة.

ويجب عدم افتراض أن ارتفاع معدل معالجة المعاملات يعني تلقائيًا لامركزية أو أمانًا أقوى.

يُستحسن اختبار الشبكات والتطبيقات غير المألوفة بمبالغ صغيرة قبل تحويل أصول ذات قيمة.

قد توفر Custom VM ميزات مفيدة، لكن المستخدمين يظلون معرضين لمخاطر العقود الذكية والجسور والمحافظ والحوكمة والسوق.

حالات الاستخدام الشائعة لـ Custom VM

تُستخدم Custom VM في شبكات العقود الذكية عالية الإنتاجية التي تحتاج إلى تنفيذ متوازٍ.

وتُستخدم في سلاسل التطبيقات التي تحتاج إلى منطق أعمال أصلي وأنواع معاملات مضبوطة.

كما تُستخدم في ألعاب البلوكتشين التي تتطلب تحديثات كثيرة للحالة بتكلفة منخفضة.

وتُستخدم في أنظمة التمويل اللامركزي التي تحتاج إلى معالجة أوامر أو حسابات مخاطر متخصصة.

وتُستخدم في أنظمة الخصوصية التي تنفذ برامج سرية أو قائمة على المعرفة الصفرية.

كما تُستخدم في Rollups التي تحتاج إلى إثباتات صلاحية فعّالة.

وتُستخدم في شبكات المؤسسات أو الشبكات المصرح بها التي تتطلب الهوية وضوابط الوصول.

وتُستخدم في طبقات التشغيل البيني التي تحتاج إلى التحقق بكفاءة من الرسائل بين السلاسل.

كما تُستخدم في أبحاث بلوكتشين تجريبية تتناول نماذج حالة جديدة ولغات برمجة وآليات رسوم المعاملات.

مفاهيم خاطئة شائعة عن Custom VM

من المفاهيم الخاطئة أن كل بلوكتشين غير قائمة على EVM تستخدم Custom VM تقليدية.

فبعض السلاسل تستخدم بيئة تشغيل مُصرّفة أو آلة حالات مخصصة للتطبيق، من دون دعم الشيفرة الثنائية العامة التي ينشرها المستخدمون.

ومن المفاهيم الخاطئة أن Custom VM أسرع تلقائيًا من EVM.

يعتمد الأداء على الوصول إلى الحالة وأجهزة العقد والشبكات والإجماع وتوفر البيانات وأحمال العمل وجودة التنفيذ.

ومن المفاهيم الخاطئة الثالثة أن التنفيذ المخصص يحسن الأمان تلقائيًا.

قد تقلل الآلة الافتراضية المتخصصة بعض المخاطر، لكنها قد تضيف مخاطر جديدة في التنفيذ والأدوات.

ومن المفاهيم الخاطئة الرابعة أن التوافق مع EVM يعني مطابقة سلوك Ethereum تمامًا.

قد تختلف الأنظمة المتوافقة في التنفيذ والرسوم والعقود المسبقة التجميع والنهائية والبنية التحتية.

ومن المفاهيم الخاطئة الخامسة أن zkVM تضمن أمان كل تطبيق.

تثبت zkVM الالتزام بقواعد التنفيذ المحددة، لكنها لا تثبت سلامة التصميم الاقتصادي للتطبيق أو صواب قرار المستخدم.

ومن المفاهيم الخاطئة السادسة أن المستخدمين لا يحتاجون مطلقًا إلى معرفة الآلة الافتراضية التي تستخدمها السلسلة.

قد تؤثر الآلة الافتراضية في دعم المحافظ ورسوم المعاملات وأمان العقود ومعايير الأصول ونشاط المطورين ومتطلبات الجسور.

مستقبل الآلات الافتراضية المخصصة

تزداد أهمية Custom VM مع توجه الكريبتو نحو Rollups والبلوكتشين المعيارية والسلاسل المخصصة للتطبيقات والتنفيذ القائم على المعرفة الصفرية.

قد تدعم بعض الأنظمة المستقبلية بيئات تنفيذ متعددة على الشبكة نفسها.

قد تشغّل إحدى البيئات عقود EVM، فيما تتولى أخرى برامج أصلية بـ Wasm أو RISC-V أو برامج مخصصة للتطبيقات.

قد تسهّل المفسّرات وطبقات المصرّفات نقل التطبيقات بين آلات افتراضية مختلفة.

وقد تتيح التحسينات في إثباتات المعرفة الصفرية التحقق بكفاءة من برامج أكثر عمومية.

قد تحسن أبحاث التنفيذ المتوازي الإنتاجية للتطبيقات التي يمكن التنبؤ بأمان بإمكانية وصولها إلى الحالة.

وقد تدعم أنظمة الحسابات المخصصة استعادة الحسابات وحدود الإنفاق ومفاتيح المرور وصلاحيات الجلسات والرسوم المدعومة مباشرةً على طبقة التنفيذ.

سيتمثل التحدي طويل الأمد في تحقيق التوازن بين التخصص والتشغيل البيني.

قد تنفذ آلة افتراضية متخصصة للغاية مهمة واحدة بكفاءة كبيرة، لكن مستخدمي الكريبتو يحتاجون أيضًا إلى محافظ وأصول وسيولة ومعايير وأدوات أمان مشتركة.

ومن المرجح أن تجمع أقوى منظومات Custom VM بين مزايا تقنية وأدوات ناضجة ومواصفات واضحة وعمليات تدقيق قوية وجسور موثوقة.

الأسئلة الشائعة

ما Custom Virtual Machine في مجال الكريبتو؟

هي بيئة تنفيذ بلوكتشين مصممة بقواعدها الخاصة لتشغيل البرامج ومعالجة المعاملات وإدارة الحالة وفرض رسوم على موارد الحوسبة.

ماذا تعني Custom VM؟

تعني آلة افتراضية أُنشئت أو عُدّلت لتلبية الاحتياجات المحددة لبلوكتشين أو Rollup أو سلسلة تطبيقات أو نظام إثبات.

هل Custom VM هي نفسها EVM؟

لا، فـ EVM بيئة تنفيذ محددة، بينما قد تستخدم Custom VM تعليمات ونماذج حالة ولغات ورسوم وقواعد أمان مختلفة.

لماذا قد تستخدم بلوكتشين Custom VM؟

قد تستخدمها لتحسين الأداء أو دعم التنفيذ المتوازي أو إضافة ميزات أصلية للتطبيق أو تعزيز الخصوصية أو خفض تكاليف إثباتات المعرفة الصفرية.

هل يمكن لـ Custom VM دعم Solidity؟

نعم، يمكنها دعم Solidity عبر مُصرّف مخصص أو مفسّر EVM أو طبقة توافق، مع احتمال اختلاف السلوك عن Ethereum.

هل بيئة تشغيل البلوكتشين هي نفسها الآلة الافتراضية؟

ليس دائمًا؛ فبيئة التشغيل تحدد منطق انتقال الحالة على نطاق واسع، بينما تنفذ الآلة الافتراضية عادةً الشيفرة الثنائية وفق مجموعة تعليمات محددة.

ما zkVM؟

هي آلة افتراضية تنفذ البرامج وتنتج إثباتات تشفيرية توضح أن التنفيذ اتبع القواعد المحددة.

هل Custom VM أسرع من EVM؟

قد تكون بعض آلات Custom VM أسرع لأحمال عمل محددة، لكن الأداء الفعلي يعتمد أيضًا على الإجماع والتخزين والشبكات والأجهزة وتصميم التطبيق.

هل Custom VM آمنة؟

قد تكون آمنة عندما تكون حتمية ومعزولة وخاضعة للتدقيق ومزودة بقياس مناسب للموارد ومدعومة بسلسلة أدوات ناضجة، لكن الآلات الأحدث قد تخضع لاختبارات إنتاج أقل.

ما لغات البرمجة التي قد تستخدمها Custom VM؟

قد تدعم Solidity أو Rust أو C أو C++ أو Move أو لغات متوافقة مع Wasm أو لغات مخصصة للعقود الذكية.

هل يمكن لـ Custom VM تنفيذ المعاملات بالتوازي؟

نعم، يمكنها دعم التنفيذ المتوازي إذا استطاعت تحديد المعاملات التي تصل إلى حسابات أو كائنات أو مساحات تخزين مستقلة.

هل تحتاج Custom VM إلى رسوم الغاز؟

تحتاج إلى شكل من أشكال ضبط الموارد، لكنها قد تستخدم رسوم الغاز أو وحدات الحوسبة أو الأوزان أو الدورات أو نموذج قياس آخر.

هل يمكن ترقية Custom VM؟

نعم، يمكن ترقية كثير من آلات Custom VM عبر الانقسامات الصلبة أو الحوكمة أو استبدال بيئة التشغيل أو عقود Rollup القابلة للترقية.

ما العيب الرئيسي لـ Custom VM؟

يتمثل العيب الرئيسي في حاجة المطورين إلى بناء منظومة تنفيذ جديدة وتأمينها، بما يشمل مُصرّفات ومحافظ وأدوات ومعايير ووثائق خاصة بها.

هل تؤثر Custom VM في مستخدمي الكريبتو؟

نعم، فقد تؤثر في رسوم المعاملات ودعم المحافظ والنهائية وأمان العقود وتوفر التطبيقات ومعايير الأصول ومتطلبات الجسور.

الخاتمة

الآلة الافتراضية المخصصة هي بيئة تنفيذ متخصصة للبلوكتشين تحدد كيفية معالجة المعاملات والعقود وتغييرات الحالة.

وتمنح مطوري البلوكتشين تحكمًا أكبر في الأداء ولغات البرمجة ونماذج الحالة وتكاليف الموارد والخصوصية والتنفيذ المتوازي والإثباتات التشفيرية.

تكتسب Custom VM أهمية خاصة في Rollups والبلوكتشين المعيارية وسلاسل التطبيقات والشبكات عالية الأداء وأنظمة المعرفة الصفرية.

وقد تتيح مرونتها ميزات يصعب أو لا يُجدي تنفيذها بكفاءة في بيئة عامة.

لكن التنفيذ المخصص يفرض مسؤوليات جديدة أيضًا.

إذ يجب على الفرق بناء مُصرّفات آمنة وقواعد حتمية وقياس للموارد وعزل وأدوات للمطورين ودعم للمحافظ وعمليات تدقيق وأنظمة ترقية آمنة.

ولا ينبغي تقييم Custom VM استنادًا إلى سرعة المعاملات المعلنة وحدها.

على المطورين والمستخدمين تقييم سجلها الأمني ونموذج الحالة والتوافق واللامركزية والحوكمة ونظام الإثبات وتوفر البيانات والبنية التحتية الداعمة أيضًا.

تجمع أفضل آلات Custom VM بين تحسينات تقنية مهمة ووثائق واضحة وممارسات أمنية ناضجة.

ومع ازدياد الطابع المعياري والتخصصي لبنية الكريبتو، ستظل Custom VM عنصرًا رئيسيًا في تنافس شبكات البلوكتشين وتوسعها ودعمها أنواعًا جديدة من التطبيقات اللامركزية.