Zusammenfassung:
Virtuelle Maschinen (VMs) ermöglichen es, verschiedene Betriebssysteme und Anwendungen ohne zusätzliche Hardware auf demselben Gerät auszuführen.
VMs eignen sich hervorragend, um neue Software sicher zu testen, neue Systeme auszuprobieren oder potenziell riskante Programme isoliert zu starten.
In Blockchain-Netzwerken sorgen VMs wie die Ethereum Virtual Machine (EVM) dafür, dass Smart Contracts und dApps zuverlässig auf einem globalen Netzwerk von Computern laufen.
Während VMs große Flexibilität und Kontrolle bieten, erfordern sie oft Kompromisse in Bezug auf Leistung, Ressourcenverbrauch sowie Einrichtungs- und Betriebsaufwand.
Einführung
Wolltest du schon immer mal Windows auf deinem MacBook ausführen oder eine Linux-App testen, ohne dein Betriebssystem zu wechseln oder einen zweiten Rechner anzuschaffen? Virtual Machines (VMs), auf Deutsch virtuelle Maschinen, schaffen eine isolierte Umgebung, in der verschiedene Betriebssysteme und Anwendungen sicher laufen können. In Blockchain-Netzwerken dienen sie als Engine für Smart Contracts und dApps.
Was ist eine VM?
Eine VM ist wie ein eigenständiger Computer, den du mit wenigen Klicks und ganz ohne zusätzliche Hardware einrichten kannst. Ob du nun ein Betriebssystem installierst, Dateien speicherst, Anwendungen startest oder im Internet surfst – all das läuft innerhalb deines bestehenden Rechners, dem sogenannten Host.
Der Host übernimmt die ganze Rechenarbeit. Er stellt der VM Arbeitsspeicher, Rechenleistung und Speicherplatz zur Verfügung, sodass sie reibungslos funktioniert. Dies ist besonders praktisch, wenn du Software nutzen möchtest, die nur für ein anderes Betriebssystem verfügbar ist.
So funktioniert eine VM
Im Hintergrund verwaltet eine Software, der sogenannte Hypervisor, die Ressourcen. Er teilt die physischen Komponenten des Rechners wie CPU, Arbeitsspeicher (RAM) und Speicherplatz so auf, dass sie von mehreren VMs gleichzeitig genutzt werden können.
Es gibt zwei Hauptarten von Hypervisoren:
Typ-1-Hypervisor (Bare-Metal): Wird direkt auf der Hardware installiert, oft in Rechenzentren oder Cloud-Plattformen, und ist auf Leistung und Effizienz ausgelegt.
Typ-2-Hypervisor (Hosted): Läuft als Anwendung auf dem normalen Betriebssystem und eignet sich für Testing und Entwicklung.
Sobald eine VM eingerichtet ist, startest du sie wie einen Computer, installierst Software, surfst im Web oder entwickelst Anwendungen.
Was man mit einer VM alles machen kann
1. Betriebssysteme gefahrlos testen
Mit einer VM kannst du verschiedene Betriebssysteme ausprobieren, ohne Änderungen an deinem Hauptrechner vornehmen zu müssen. So kannst du neue Systeme in einer sicheren, isolierten Umgebung testen.
2. Riskante Software isolieren
Öffne unbekannte Dateien oder teste verdächtige Apps in der VM. Falls Malware zuschlägt oder das System abstürzt, bleibt dein Hauptrechner unversehrt.
3. Alte oder nicht mehr unterstützte Software verwenden
Manche Programme laufen nur auf alten Systemen wie Windows XP. Eine VM kann diese Umgebung simulieren, sodass du deine alte Software weiterhin nutzen kannst.
4. Code plattformübergreifend entwickeln und testen
VMs erleichtern es Entwicklern, Code auf verschiedenen Betriebssystemen zu testen und zu simulieren, wie sich neue Anwendungen in verschiedenen Umgebungen verhalten.
5. Cloud-Dienste bereitstellen
Viele Cloud-Anbieter wie AWS, Azure und Google Cloud basieren auf VMs. Wenn du eine Cloud-Instanz aufrufst, startest du eine VM in einem entfernten Rechenzentrum, die Websites, Apps oder Datenbanken hosten kann.
Wie Blockchain-Netzwerke VMs nutzen
Während herkömmliche VMs als isolierte Sandboxes fungieren, dienen Blockchain-VMs als Engine für Smart Contracts. Die Ethereum Virtual Machine (EVM) ermöglicht es, Smart Contracts in Programmiersprachen wie Solidity, Vyper oder Yul zu schreiben und auf Ethereum sowie kompatiblen Netzwerken bereitzustellen. Die EVM sorgt dafür, dass jeder Knoten im Netzwerk dieselben Regeln befolgt, wenn Smart Contracts erstellt werden oder mit ihnen interagiert wird.
Blockchain-Netzwerke implementieren je nach Designziel eigene VMs. Einige legen den Schwerpunkt auf Geschwindigkeit und Skalierbarkeit, andere auf Sicherheit oder Flexibilität für Entwickler. Netzwerke wie NEAR und Cosmos nutzen WebAssembly (WASM)-basierte VMs, die Smart Contracts unterstützen, die in verschiedenen Programmiersprachen geschrieben sind.
Andere Netzwerke wie Sui verwenden die MoveVM, die Smart Contracts ausführt, die in der speziell entwickelten Sprache Move geschrieben sind. Die Solana-Blockchain wiederum bietet mit der Solana Virtual Machine (SVM) eine eigene Laufzeitumgebung, die auf parallele Transaktionsverarbeitung ausgelegt ist, um hohe Netzwerklasten effizient zu bewältigen.
Was VMs im Hintergrund leisten
Auch wenn du es nicht direkt merkst, arbeiten VMs im Hintergrund, sobald du mit einer dApp interagierst:
Wenn du eine DeFi-App wie Uniswap nutzt, um Tokens zu tauschen, wird deine Transaktion von Smart Contracts verarbeitet, die innerhalb der Ethereum Virtual Machine (EVM) ausgeführt werden.
Erstellst du einen NFT, führt die VM den Code zur Verwaltung der Eigentumsrechte aus. Beim Kauf oder Transfer eines NFT aktualisiert die VM den Eigentümerstatus auf der Blockchain.
Verwendest du ein Layer-2-Rollup, werden deine Transaktionen vielleicht von einer spezialisierten VM wie z. B. einer zkEVM ausgeführt. zkEVMs ermöglichen es zk-Rollups, Smart Contracts auszuführen und dabei Zero-Knowledge-Beweise zu nutzen.
Nachteile von VMs
1. Zusätzlicher Ressourcenverbrauch: VMs fügen einen zusätzlichen Layer zwischen der Hardware und dem ausgeführten Code hinzu. Dies kann die Ausführung verlangsamen und mehr Rechenressourcen erfordern, als wenn Anwendungen direkt auf dem physischen Rechner laufen.
2. Operative Komplexität: Der Betrieb und die Wartung virtueller Maschinen – insbesondere in Cloud-Infrastrukturen oder Blockchain-Netzwerken – sind mit erheblichem Aufwand verbunden. Sie erfordern nicht nur eine sorgfältige Einrichtung und regelmäßige Updates, sondern oft auch den Einsatz spezialisierter Tools sowie tiefgreifende Fachkenntnisse.
3. Fehlende Kompatibilität: Smart Contracts sind häufig für eine bestimmte VM-Umgebung konzipiert. Code, der beispielsweise für die EVM geschrieben wurde, muss für nicht-kompatible Blockchains wie Solana umgeschrieben oder geändert werden. Das bindet Entwickler zusätzlich und kostet Zeit, wenn dieselbe App in mehreren Umgebungen laufen soll.
Fazit
VMs sind von zentraler Bedeutung für klassische Computer und Blockchain-Systeme. Sie erlauben es, verschiedene Betriebssysteme auszuführen, Software sicher zu testen und dieselbe Hardware für verschiedene Aufgaben zu verwenden.
In Blockchain-Netzwerken dienen sie als Engine für Smart Contracts und dApps. Auch wenn du kein Entwickler bist, hilft das Verständnis von VMs, besser nachzuvollziehen, wie viele DeFi-Anwendungen und -Plattformen im Hintergrund funktionieren.
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