自定义虚拟机（Custom VM）

什么是自定义虚拟机？

自定义虚拟机（Custom VM）是一种区块链执行环境，采用专属规则来处理交易、运行程序、管理状态并衡量计算资源。

简单来说，自定义虚拟机是区块链的一部分，负责决定程序可以执行哪些操作，以及每笔有效交易会如何改变区块链状态。

如果团队需要不同的性能、安全性、编程、隐私或应用功能，就可能选择构建自定义虚拟机，而不是使用 Ethereum Virtual Machine 等现有执行环境。

“自定义”是指执行环境经过创建、修改或优化，以满足特定区块链、Rollup、应用链或密码学证明系统的需求。

自定义虚拟机可能采用专属指令集、账户结构、存储规则、交易格式、费用模型、系统函数和智能合约语言。

它也可能是在现有虚拟机的基础上进行修改，而不是从头设计。

例如，Solana 的官方程序执行文档将 sBPF 描述为针对其区块链运行时定制的 eBPF 字节码变体。

自定义虚拟机很重要，因为区块链节点必须以完全相同的方式执行交易，才能就余额、合约、所有权和应用状态达成一致。

如果两个诚实节点执行同一笔交易后得到不同结果，网络可能会分叉或拒绝该区块。

因此，区块链虚拟机必须具备确定性、安全性、资源限制，并有精确定义的规范。

区块链虚拟机有什么作用？

区块链虚拟机就像一台受控计算机，每个验证节点都可以复现其执行过程。

它接收交易或程序指令，并将其应用于当前区块链状态。

虚拟机会检查交易是否符合协议规则、发送方是否拥有所需权限，以及执行所需资源是否充足。

随后，它会执行允许的操作，例如转移代币、修改合约存储、铸造 NFT、更新借贷仓位或参与治理投票。

执行完成后，虚拟机会生成新的状态，供其他节点独立验证。

Ethereum Virtual Machine 文档将 EVM 描述为一种去中心化虚拟环境，可在各个 Ethereum 节点上以一致的方式执行代码。

自定义虚拟机承担相同的整体功能，但可能采用不同架构和执行规则。

虚拟机通常不负责区块链的所有部分。

共识机制决定节点如何就区块顺序和区块是否被接受达成一致，而虚拟机则决定这些有序交易会执行什么操作。

数据可用性决定验证所需的交易数据是否能够获取。

在模块化系统中，结算决定结果、证明或争议最终会在哪一层获得认可。

自定义虚拟机具体属于执行层，但其设计可能影响所有这些其他层。

区块链为何要构建自定义虚拟机？

当通用执行环境无法满足目标应用所需的性能或功能时，区块链便会构建自定义虚拟机。

面向高频交易的区块链可能需要并行交易执行、可预测的费用和快速的状态访问。

区块链游戏可能需要原生数字资产、低成本操作、账户权限以及高效的游戏对象存储。

注重隐私的区块链可能需要机密状态、零知识证明支持和受限的数据访问。

Rollup 可能需要易于使用零知识密码学生成证明的执行环境。

应用专用区块链可能只需要一组受到严格控制的操作，而不是功能全面的智能合约平台。

自定义虚拟机可以让开发者围绕这些目标优化区块链。

代价是团队必须自行构建和维护更多基础设施。

团队可能需要自定义编译器、钱包、调试器、区块浏览器、安全工具、软件开发工具包和开发者文档。

高度优化的虚拟机可以实现出色的性能，但如果工具难以使用，就可能难以吸引开发者。

自定义虚拟机与 Ethereum Virtual Machine 对比

Ethereum Virtual Machine（EVM）是 Ethereum 智能合约所使用的执行环境，并已成为加密行业广泛采用的兼容目标。

开发者通常使用 Solidity 或 Vyper 编写 EVM 合约，再将其编译为 EVM 字节码。

EVM 采用基于栈的架构，并通过 Gas 衡量执行资源。

其庞大的开发者生态系统包括成熟的钱包、库、测试框架、安全工具和合约标准。

自定义虚拟机在几乎所有主要设计决策上都可能与 EVM 不同。

它可能使用寄存器而不是栈，支持并行执行，采用不同的账户模型，或者通过计算单位、权重等方式计费，而不是使用 EVM Gas。

它还可能支持通常不用于 EVM 合约的编程语言。

使用 EVM 的主要优势是兼容性。

自定义虚拟机的主要优势是可以自由地针对特定用途优化执行环境。

不过，EVM 兼容性与自定义执行并非总是完全对立。

有些网络采用自定义的核心虚拟机，同时加入解释器或兼容层，以支持 EVM 字节码。

例如，官方 EraVM 文档介绍了一种架构：经过 ZK 优化的虚拟机仍是核心执行环境，同时通过 EVM 解释器支持 Ethereum 风格的字节码。

这种方法可以在保留部分自定义执行优势的同时，兼顾一定的生态兼容性。

自定义虚拟机与自定义区块链运行时

“自定义虚拟机”和“自定义区块链运行时”有时会被当作同义词使用，但两者的区别可能很重要。

虚拟机通常按照定义好的指令集执行字节码。

运行时是一个范围更广的术语，指处理交易并定义区块链状态转换的逻辑。

有些区块链使用传统虚拟机，允许开发者部署独立的智能合约字节码。

另一些区块链则将大部分业务逻辑编译到单一运行时中，而不是提供不受限制的智能合约虚拟机。

Polkadot SDK 节点和运行时文档将运行时描述为区块链的状态转换逻辑，并指出它会被编译为 WebAssembly，以便在不同平台上执行。

Cosmos SDK 架构文档将区块链应用描述为由多个模块组成的状态机，这些模块定义业务逻辑并处理交易。

这些系统都提供了自定义执行环境，不过开发者可能会将其称为运行时、应用状态机或执行环境，而不是自定义虚拟机。

因此，在加密领域的讨论中，“自定义虚拟机”有时会被宽泛使用。

用户应查看实际架构，而不能只依据标签判断。

自定义虚拟机的核心组件

指令集

指令集定义程序可以执行的底层操作。

指令可以执行算术运算、读取内存、写入存储、比较数值、验证签名、调用其他合约或返回数据。

较小的指令集更易于分析和生成证明，而较大的指令集则能直接提供更多功能。

自定义虚拟机的设计者必须确保每条指令都有明确且确定的含义。

状态模型

状态模型定义区块链如何表示账户、余额、合约、代币、对象和存储数据。

有些虚拟机使用类似 Ethereum 的全局账户状态。

另一些则使用未花费交易输出、独立对象、键值存储或应用专用记录。

状态模型会显著影响交易并行性、钱包设计、合约权限和开发者体验。

内存与存储

内存通常指一次执行过程中使用的临时数据，而存储是交易结束后仍会保留的持久化数据。

持久化区块链存储成本较高，因为验证节点必须复现或验证相关变更。

自定义虚拟机可能采用专门的存储布局，以降低成本或提高证明生成效率。

存储规则必须防止合约未经授权修改属于其他合约的数据。

资源计量

资源计量用于限制交易可消耗的计算、内存、存储和带宽资源。

如果没有资源限制，攻击者就可能提交永远运行不完的程序，或者消耗大量资源，导致节点无法处理其他交易。

EVM 使用 Gas，其他执行环境则可能使用计算单位、权重、周期或多个独立资源类别。

资源计费规则必须为高成本操作设置足够的费用，以防止滥用，同时又不能让合法应用难以运行。

宿主函数与系统调用

自定义虚拟机通常会提供宿主函数或系统调用，供程序访问区块链专属功能。

这些函数可以用于验证密码学签名、读取区块信息、调用其他程序、创建资产、发出事件或访问获准的外部数据。

Solana 的系统调用参考文档介绍了用于密码学、日志记录、内存操作、跨程序调用和其他区块链操作的运行时函数。

系统调用可以提高效率，但每增加一个系统调用，就会扩大需要明确规范、测试和保护的范围。

交易如何在自定义虚拟机中运行

交易通常通过节点或 RPC 端点进入区块链。

网络会检查格式、签名、费用和防重放机制等基本属性。

共识或区块生成软件会决定该交易相对于其他交易的顺序。

随后，自定义虚拟机会载入交易、相关状态以及需要执行的程序。

虚拟机会验证权限并初始化执行环境。

执行指令时，虚拟机会持续追踪资源消耗。

如果执行成功，产生的状态变更就会提交。

如果执行失败，虚拟机通常会根据协议规则回滚部分或全部状态变更。

由于节点已消耗计算资源处理失败的尝试，交易仍可能需要支付费用。

每个验证节点都必须根据相同的初始状态和有序交易，得出相同的最终结果。

这一要求称为确定性执行。

自定义虚拟机中的确定性

确定性是指相同输入在每个诚实节点上都必须产生相同输出。

这一要求可以避免验证者对正确的区块链状态产生分歧。

普通计算机应用可以使用本地时钟、操作系统随机数据、浮点计算或可能在不同机器上产生不同结果的互联网请求。

区块链虚拟机必须限制这些不确定因素，或对其进行谨慎定义。

随机数通常需要通过协议批准的来源获取，程序不能直接要求计算机生成随机数。

外部信息通常通过预言机或经过验证的消息输入，而不是通过不受限制的网络请求获取。

必须精确定义算术行为，包括溢出、除法、舍入和数值范围限制。

如果自定义虚拟机无法保持确定性，可能导致共识失败、链分叉或证明错误。

沙箱与隔离

自定义虚拟机通常会在沙箱中运行程序，限制程序访问节点操作系统。

智能合约不应能够读取验证者的私有文件、打开任意网络连接或控制宿主机器。

沙箱会规定程序可以访问哪些内存区域、存储空间和宿主函数。

沙箱还会限制调用深度、栈大小、内存增长和执行时间。

强隔离可以保护验证者免受用户上传的恶意程序攻击。

它也可以防止其他合约未经授权访问某个合约。

如果沙箱被绕过，可能造成严重的网络安全问题，因为验证者在处理区块时可能会执行攻击者提供的代码。

因此，自定义虚拟机实现需要经过审慎审计、模糊测试、依赖项审查和安全的编译器设计。

基于栈与基于寄存器的自定义虚拟机

基于栈的虚拟机通过将数值压入栈中，并在指令需要输入时将其移出栈来执行许多操作。

EVM 是一种知名的基于栈的虚拟机。

基于寄存器的虚拟机则将工作数值存储在命名或编号的寄存器中。

对于某些计算，基于寄存器的设计可以减少所需指令数量，并可能提供更可预测的性能。

FuelVM 官方架构文档将 FuelVM 描述为一种专为区块链执行设计的基于寄存器的虚拟机。

任何一种架构都不一定适用于所有区块链。

基于栈的系统可能具有更简单的字节码和成熟的工具。

对于某些工作负载，基于寄存器的系统可能在执行或编译器方面更具优势。

最佳选择取决于性能目标、证明系统、开发者使用的语言、安全目标和实现复杂度。

自定义虚拟机与并行执行

并行执行允许区块链同时处理多笔互不冲突的交易。

传统的顺序执行会逐笔处理交易，即使这些交易影响的是互不相关的账户。

自定义虚拟机可以设计为识别每笔交易读取或写入的状态。

这样，互不冲突的交易就可以在多个处理器核心上运行。

这可以提高拥有大量独立用户的应用的吞吐量。

如果合约可以在不声明依赖项的情况下访问全局状态的任何部分，并行执行就会更加困难。

自定义虚拟机可能要求交易在执行前标明相关账户或对象。

它也可能采用乐观执行，并在发现冲突时重新执行交易。

只有在调度、冲突检测和状态承诺均保持正确的情况下，并行处理才能提高性能。

开发者必须了解并发模型，因为两笔单独运行都正常的交易，在竞争同一状态时可能表现不同。

自定义虚拟机与智能合约语言

自定义虚拟机通常需要一种或多种编程语言，这些语言可以编译为其支持的字节码或可执行格式。

虚拟机可能支持 Rust、C、C++、Move、兼容 WebAssembly 的语言，或专门构建的智能合约语言。

编程语言会影响安全性、开发效率、合约大小和编译器复杂度。

类型和所有权规则完善的语言可能会在部署前避免某些类型的错误。

熟悉的语言可能吸引更多开发者，但也可能包含难以确定性支持的功能。

编译器是安全链条的一部分，因为它会将人类可读的代码转换为虚拟机执行的指令。

编译器错误可能导致已部署的字节码与开发者编写的源代码表现不同。

成熟的生态系统需要可复现构建、源代码验证、编译器版本追踪和独立安全审查。

自定义虚拟机与 WebAssembly

WebAssembly（通常简称 Wasm）是一种可移植的二进制指令格式，可作为区块链执行的基础。

区块链可以将其运行时或智能合约编译为 Wasm，并在受控环境中执行。

Wasm 支持多种源代码语言，并提供与平台无关的执行格式。

Polkadot SDK 将区块链运行时逻辑存储为 Wasm 二进制文件，并可以通过链上治理程序升级该运行时。

官方运行时升级文档说明，这种设计可以添加功能或修复问题，而不需要通过传统的全网硬分叉来实现。

即使区块链使用 Wasm，只要它定义了区块链专属的宿主函数、资源成本、状态规则和交易行为，仍属于自定义系统。

Wasm 提供了执行基础，但在加密领域中，这一基础如何运行取决于区块链周边的运行时规则。

自定义虚拟机与应用专用区块链

应用专用区块链是围绕单个应用、市场或活动类别设计的区块链。

这类区块链无需与不相关的应用共享通用虚拟机，而可以专门为自己的用户构建执行规则。

Cosmos SDK 的官方概览说明，开发者可以组合预定义模块，也可以创建满足应用需求的自定义模块。

面向交易的应用链可能内置原生订单撮合和风险控制功能。

游戏链可能内置原生道具创建、玩家账户和低成本重复操作。

身份链可能会将状态变更限制在经过验证的凭证和获准的发行方范围内。

应用专用执行可以提高效率，因为常见操作可以成为协议功能，而不必通过复杂智能合约实现。

其缺点是灵活性较低，未来开发者可能无法构建原始运行时未预见到的应用。

Rollup 中的自定义虚拟机

Rollup 会在基础区块链之外执行交易，并将数据、承诺或证明提交到结算层。

由于 Rollup 可以控制自己的执行软件，因此可以使用自定义虚拟机，而不必完全照搬底层的虚拟机。

自定义虚拟机可以降低证明成本、支持不同的账户模型或提供专门的应用功能。

不过，自定义执行可能增加其与现有钱包、合约和开发工具兼容的难度。

开发者可能需要跨链桥或解释器，以支持其他生态系统中的资产和应用。

Rollup 还必须定义结算层如何验证自定义虚拟机的结果。

Optimistic Rollup 可能使用欺诈证明或争议游戏。

零知识 Rollup 可能提交有效性证明，以证明自定义虚拟机遵循了相关规则。

主权 Rollup 在执行正确性方面可能更依赖自身节点和社会共识。

因此，自定义虚拟机会成为 Rollup 安全和互操作模型的一部分。

自定义虚拟机与模块化区块链

模块化区块链设计将执行、共识、数据可用性和结算分成不同组件。

这种分离让 Rollup 团队在选择或构建自定义虚拟机方面拥有更大自由度。

Celestia 的数据可用性文档说明，多个执行层可以共享数据可用性和结算基础设施。

一个执行层可以使用 EVM，另一个则可以使用 Wasm、零知识虚拟机或应用专用状态机。

这种灵活性是模块化架构的主要优势之一。

不过，团队必须定义自定义虚拟机如何获取数据、验证消息、与跨链桥通信，以及生成可信结果。

如果数据不可用或跨链桥可能遭到攻击，那么高性能虚拟机并不能使模块化区块链变得安全。

自定义虚拟机与零知识证明

零知识虚拟机（zkVM）可以执行程序，同时生成密码学证明，证明执行过程正确。

与重新执行整个计算相比，验证该证明通常更加高效。

RISC Zero zkVM 文档介绍了一种可以证明任意 Rust 代码正确执行的系统。

其技术规范称，该虚拟机实现了 32 位 RISC-V 指令集。

如果 zkVM 是专门为可证明计算设计或改造的，它就属于一种专用自定义虚拟机。

自定义 zkVM 可能会针对高效生成证明优化指令、内存访问、哈希和算术运算。

这有助于 Rollup 通过紧凑的证明验证大量执行过程。

不过，生成证明可能需要大量计算资源、专用硬件和经过审慎审计的密码学技术。

用户不应将零知识证明有效等同于应用完全安全。

证明可以表明虚拟机遵循了自身规则，但即使应用规则存在有害的经济设计或编程错误，这一点仍然成立。

自定义虚拟机与 EVM 兼容性

自定义虚拟机可以兼容 EVM，但不一定与 EVM 完全相同。

EVM 兼容性通常意味着开发者可以部署 Solidity 合约或使用熟悉的 Ethereum 风格工具，只需进行少量修改。

EVM 等效性是更强的说法，指执行行为与 Ethereum 的 EVM 高度一致。

自定义编译器可以将 Solidity 转换为另一种指令集。

解释器可以在自定义虚拟机内部执行 EVM 字节码。

兼容层可以复现 Ethereum API，同时使用不同的内部状态或证明系统。

每种方法在性能、Gas 行为、调试、合约假设和升级复杂度方面都有取舍。

开发者不应假设 EVM 兼容链在所有边缘情况下都与 Ethereum 表现完全相同。

操作码、预编译合约、区块信息、费用、最终确定性和交易排序方面的差异都可能影响应用。

自定义虚拟机的优势

自定义虚拟机的第一个优势是可以针对特定应用优化性能。

虚拟机可以优化常见操作，而不必要求每个应用都遵循通用执行模型。

第二个优势是状态模型灵活。

开发者可以选择账户、对象、UTXO、模块或其他适合目标用途的模型。

第三个优势是可以更好地实现并行执行。

虚拟机可以以一种允许互不冲突操作同时运行的方式呈现交易依赖关系。

第四个优势是能够采用专门的安全设计。

精简的指令集或受到限制的应用运行时，可以减少攻击者能够尝试的操作数量。

第五个优势是可以高效地生成密码学证明。

自定义虚拟机可以采用针对零知识证明系统设计的指令和内存布局。

第六个优势是可以改善用户体验。

虚拟机可以内置账户恢复、代付交易、会话权限或可预测的费用。

第七个优势是协议层面的功能。

原生资产、订单簿、隐私规则或治理功能可以直接构建在执行环境中。

自定义虚拟机的风险与局限

第一项风险是实现错误。

新虚拟机相比已被许多网络广泛使用的成熟执行环境，缺乏同等程度的现实测试。

第二项风险是开发者工具薄弱。

开发者可能缺少可靠的编译器、调试器、测试框架、安全扫描工具和合约库。

第三项风险是生态兼容性有限。

现有合约、钱包和基础设施可能无法直接使用，必须进行修改。

第四项风险是规范复杂。

必须精确记录每条指令、资源成本、状态规则和系统函数。

第五项风险是升级中心化。

如果某个团队可以在缺少严格治理控制的情况下修改虚拟机，用户就必须信任该团队不会引入有害行为。

第六项风险是安全生态尚不成熟。

审计人员可能缺乏审查新字节码格式或执行模型的经验。

第七项风险是资源定价不合理。

资源成本设置不当，可能使拒绝服务攻击成本过低，或让合法应用变得过于昂贵。

第八项风险是生态碎片化。

过多互不兼容的自定义虚拟机可能将开发者、流动性、工具和用户分散到彼此孤立的生态系统中。

自定义虚拟机的安全要求

安全的自定义虚拟机必须能在不同节点实现和硬件环境下确定性地执行。

它必须将不可信程序与验证者的操作系统隔离。

它必须防止未经授权访问合约存储、用户余额和系统权限。

它必须对攻击者可能耗尽的每一种资源进行计量。

它必须安全处理整数限制、内存边界、递归、合约调用和失败情形。

它必须定义执行失败时如何回滚状态变更。

它必须防止签名在不同交易、区块链或域之间被重放。

它必须防止未经授权的调用者访问受权限保护的宿主函数和系统合约。

其编译器和字节码验证器必须拒绝格式错误或不安全的程序。

其升级流程必须包括审查、测试、应急计划和明确的治理机制。

安全测试应包括单元测试、集成测试、差分测试、模糊测试、属性测试和对抗性经济模拟。

在条件允许时，多个独立实现有助于发现单一代码库可能掩盖的规范错误。

自定义虚拟机升级

自定义虚拟机可能需要升级，以修复安全漏洞、增加指令、提高性能或支持新的密码学技术。

修改虚拟机规则十分敏感，因为所有节点都必须在区块链的正确时间点开始采用新规则。

如果升级有误，部分节点可能接受其他节点拒绝的交易，从而导致网络分叉。

有些区块链通过安排软件发布和硬分叉来协调虚拟机升级。

另一些区块链则将可升级运行时存储在链上，并通过治理授权修改。

Rollup 可能使用可升级的结算合约、安全委员会、多签或治理时间锁。

用户应了解谁有权批准自定义虚拟机升级，以及变更生效前是否设有延迟期。

不可变的虚拟机可以降低治理风险，但会增加紧急修复的难度。

易于升级的虚拟机可以迅速应对问题，但也意味着用户更加依赖升级权限持有者。

开发者如何评估自定义虚拟机？

开发者首先应了解虚拟机支持的编程语言和编译器成熟度。

他们应查看有关指令集、账户模型、存储、费用和交易生命周期的文档。

他们应确认能否通过公开的源代码验证合约。

他们应检查调试、本地测试、测试网、部署和监控工具。

他们应了解虚拟机如何处理重入、跨合约调用、并发和失败交易。

他们应审查虚拟机及其编译器工具链的安全审计。

他们应测试现有钱包、托管工具、索引器和基础设施是否支持该网络。

他们应核实所宣称的性能是否适用于实际应用，而不只是简单的基准测试交易。

他们还应研究升级权限，因为即使程序本身安全，执行环境的变更仍可能对其产生影响。

加密货币用户如何评估自定义虚拟机链？

普通用户无需阅读每条虚拟机操作码，但应了解主要的信任假设。

用户应确认自定义虚拟机是否已在生产环境中运行了一段有意义的时间。

用户应查看该链是否公开审计报告、技术规范、事故报告和升级通知。

用户应了解钱包是否会显示易于理解的交易详情。

用户应确认资产在自定义虚拟机链与其他网络之间转移时，是否依赖跨链桥。

用户应了解该链的交易费用、最终确定规则、排序器模型和提现流程。

用户不应认为高交易吞吐量就意味着去中心化程度高或安全性强。

转入高价值资产之前，用户应先用小额资产测试陌生网络和应用。

自定义虚拟机可以提供实用功能，但用户仍然面临智能合约风险、跨链桥风险、钱包风险、治理风险和市场风险。

自定义虚拟机的常见用途

自定义虚拟机用于需要并行执行的高吞吐量智能合约网络。

自定义虚拟机用于需要原生业务逻辑和受控交易类型的应用链。

自定义虚拟机用于需要大量低成本状态更新的区块链游戏。

自定义虚拟机用于需要专门订单处理或风险计算的去中心化金融系统。

自定义虚拟机用于执行机密程序或零知识程序的隐私系统。

自定义虚拟机用于需要高效有效性证明的 Rollup。

自定义虚拟机用于对身份和访问控制有要求的企业或许可型网络。

自定义虚拟机用于需要高效验证跨链消息的互操作层。

自定义虚拟机还用于区块链研究实验，例如探索新的状态模型、编程语言和交易费用机制。

关于自定义虚拟机的常见误解

一种误解是，所有非 EVM 区块链都具有传统的自定义虚拟机。

有些区块链使用编译后的运行时或应用专用状态机，并不支持用户部署通用字节码。

另一种误解是，自定义虚拟机一定比 EVM 快。

性能取决于状态访问、节点硬件、网络、共识、数据可用性、工作负载和实现质量。

第三种误解是，自定义执行会自动提高安全性。

专用虚拟机可以降低某些风险，同时也会带来新的实现和工具链风险。

第四种误解是，兼容 EVM 就意味着行为与 Ethereum 完全一致。

兼容系统可能在执行、费用、预编译合约、最终确定性和基础设施方面存在差异。

第五种误解是，zkVM 可以保证所有应用都安全。

zkVM 能证明执行遵循了既定规则，但不能证明应用的经济设计合理，也不能证明用户的决策明智。

第六种误解是，用户无需关注区块链使用哪种虚拟机。

虚拟机可能影响钱包支持、交易费用、合约安全、资产标准、开发者活跃度和跨链桥需求。

自定义虚拟机的未来

随着加密行业转向 Rollup、模块化区块链、应用专用链和零知识执行，自定义虚拟机的重要性日益提高。

未来的一些系统可能会在同一网络上支持多种执行环境。

一种环境可能运行 EVM 合约，另一种则处理原生 Wasm、RISC-V 或应用专用程序。

解释器和编译器层可能使应用更容易在不同虚拟机之间迁移。

零知识证明的改进可能使更多通用程序能够得到高效验证。

并行执行研究可能提高状态访问能够安全预测的应用的吞吐量。

自定义账户系统可能会在执行层直接支持账户恢复、支出限额、通行密钥、会话权限和代付费用。

长期面临的挑战是如何平衡专业化与互操作性。

高度专用的虚拟机可以非常出色地完成某一项任务，但加密货币用户也需要共享钱包、资产、流动性、标准和安全工具。

最强大的自定义虚拟机生态系统可能会将切实的技术优势与成熟工具、清晰规范、严格审计和可靠跨链桥相结合。

常见问题

加密领域中的自定义虚拟机是什么？

自定义虚拟机是一种区块链执行环境，采用专属规则运行程序、处理交易、管理状态并收取计算资源费用。

Custom VM 是什么意思？

Custom VM 是指为满足特定区块链、Rollup、应用链或证明系统的需求而创建或修改的虚拟机。

自定义虚拟机和 EVM 一样吗？

不一样。EVM 是一种特定的执行环境，而自定义虚拟机可能采用不同的指令、状态模型、语言、费用和安全规则。

区块链为何要使用自定义虚拟机？

区块链可能使用自定义虚拟机来提高性能、支持并行执行、增加原生应用功能、强化隐私保护或降低零知识证明成本。

自定义虚拟机可以支持 Solidity 吗？

可以。自定义虚拟机可以通过自定义编译器、EVM 解释器或兼容层支持 Solidity，但其行为可能无法与 Ethereum 完全一致。

区块链运行时和虚拟机一样吗？

不一定。运行时广义上定义状态转换逻辑，而虚拟机通常按照定义好的指令集执行字节码。

什么是 zkVM？

zkVM 是一种虚拟机，可以执行程序并生成密码学证明，以表明执行过程遵循了既定规则。

自定义虚拟机比 EVM 快吗？

某些自定义虚拟机在特定工作负载下可能更快，但实际性能还取决于共识、存储、网络、硬件和应用设计。

自定义虚拟机安全吗？

如果自定义虚拟机具备确定性、沙箱隔离、审计、合理的资源计量和成熟的工具链，它就可能是安全的；但较新的虚拟机可能尚未经过充分的生产环境测试。

自定义虚拟机可以使用哪些编程语言？

自定义虚拟机可能支持 Solidity、Rust、C、C++、Move、兼容 Wasm 的语言或专门构建的智能合约语言。

自定义虚拟机可以并行执行交易吗？

可以。如果自定义虚拟机能够识别访问独立账户、对象或存储区域的交易，就可以支持并行执行。

自定义虚拟机需要 Gas 吗？

自定义虚拟机需要采用某种资源控制机制，但可以使用 Gas、计算单位、权重、周期或其他计量模型。

自定义虚拟机可以升级吗？

可以。许多自定义虚拟机都可以通过硬分叉、治理、替换运行时或升级 Rollup 合约来升级。

自定义虚拟机的主要缺点是什么？

主要缺点是开发者必须构建并保护一套新的执行生态系统，包括专属编译器、钱包、工具、标准和文档。

自定义虚拟机会影响加密货币用户吗？

会。它可能影响交易费用、钱包支持、最终确定性、合约安全、应用可用性、资产标准和跨链桥需求。

结论

自定义虚拟机是一种专门的区块链执行环境，负责定义交易、合约和状态变更的处理方式。

它让区块链开发者能够更灵活地控制性能、编程语言、状态模型、资源成本、隐私、并行执行和密码学证明。

自定义虚拟机对于 Rollup、模块化区块链、应用专用链、高性能网络和零知识系统尤为重要。

其灵活性可以支持通用执行环境难以实现或效率不高的功能。

不过，自定义执行也带来了新的责任。

团队必须构建安全的编译器、确定性规则、资源计量机制、沙箱、开发者工具、钱包支持、审计流程和安全升级系统。

评估自定义虚拟机时，不应只看其宣称的交易速度。

开发者和用户还应评估其安全记录、状态模型、兼容性、去中心化程度、治理、证明系统、数据可用性和配套基础设施。

优秀的自定义虚拟机应将切实的技术改进与清晰的文档和成熟的安全实践相结合。

随着加密架构日益模块化和应用专用化，自定义虚拟机仍将是区块链竞争、扩容和支持新型去中心化应用的重要组成部分。