Tejido VM Distribuido PPN

El Tejido VM Distribuido PPN es la extensión planificada de la capa de hipervisor PPN por nodo hacia un pool de recursos multinodo. Donde la capa de hipervisor actual gestiona CPU y RAM dentro de un único nodo físico, el tejido distribuido tiene como objetivo permitir que las VMs tomen prestado cómputo de otros nodos de la malla y colocar y migrar VMs a través de la flota sin intervención del operador en cada movimiento.

Este tema describe la arquitectura planificada. Ni la capa por nodo ni los cuatro componentes distribuidos de abajo están construidos todavía. virtio_balloon y los pesos de cgroups v2 no tienen código en ningún lugar de os-infrastructure ni service-vm-fleet — un script de demostración real y aparte ejerce el mecanismo subyacente de balloon de QEMU manualmente vía el monitor QEMU, pero no es un mecanismo de hipervisor integrado y no demuestra por sí solo que la capa por nodo esté construida.

Estado actual: ninguna capa está construida

La capa de hipervisor prevista asignaría CPU y RAM dentro de un único nodo físico. El pool estaría acotado por el hardware de ese nodo; expandir la memoria de una VM significaría tomar del pool libre del mismo nodo. Colocar una VM en un nodo diferente hoy requiere detenerla, transferir la imagen de disco a mano y reiniciarla — una operación manual que la capa de Orquestación de Totebox tiene como objetivo automatizar eventualmente.

El mecanismo virtio_balloon que ejerce el script de demostración opera completamente dentro de un único nodo y no requiere comunicación de red — una propiedad que se mantendría una vez integrado el mecanismo. No se necesitaría reiniciar el anfitrión ni el invitado para las operaciones de balloon: la inflación, deflación y los cambios de peso de cgroups v2 están diseñados como ajustes dinámicos a un sistema en ejecución.

Componente 1 — Préstamo virtio-mem sobre WireGuard (planificado)

virtio-mem (kernel Linux desde la versión 5.8; QEMU desde 5.1) admite la conexión y desconexión en caliente de bloques de memoria individuales en un invitado en ejecución. A diferencia de virtio_balloon — que infla un único dispositivo para recuperar páginas — virtio-mem expone un conjunto de bloques granulares que el kernel del invitado puede aceptar o devolver de uno en uno. Una VM puede crecer más allá de su asignación inicial sin reiniciarse.

La extensión entre nodos prevista:

1. Un nodo con RAM sobrante anuncia los bloques virtio-mem disponibles a través de la malla WireGuard
2. Una VM en un nodo diferente que necesita más RAM recibe esos bloques como un dispositivo conectado en caliente
3. Se prevé que el modelo de capacidades de seL4 en el nodo prestamista garantice que no se retenga capacidad de lectura sobre los bloques prestados — las páginas físicas se mapean exclusivamente en el espacio de direcciones de la VM prestataria
4. Cuando finaliza el período de préstamo, los bloques se desconectan en caliente y se devuelven al pool del nodo prestamista

Este enfoque difiere de CXL 3.0 (Compute Express Link), que proporciona intercambio de memoria coherente por hardware a través de la tela PCIe. CXL requiere proximidad física — no funciona sobre una WAN o enlace de internet. El enfoque de préstamo basado en WireGuard tiene como objetivo funcionar sobre cualquier red, incluida la malla cifrada existente, a costa de una latencia mayor que la de PCIe.

Componente 2 — Ledger de capacidades distribuido (planificado; moonshot-protocol, moonshot-database)

El modelo de capacidades de seL4 opera dentro de un único espacio de direcciones: las capacidades son identificadores no falsificables que median todo el acceso a objetos, pero no atraviesan los límites de las máquinas de forma nativa. La extensión distribuida requiere un protocolo de capacidades que funcione entre nodos.

El diseño previsto:

• Los tokens de capacidad son concesiones firmadas con HMAC emitidas por un nodo prestamista, vinculadas a la identidad de la ceremonia de emparejamiento del nodo (establecida mediante CPace PAKE en el momento de la incorporación). Se prevé que cada token codifique: {nodo_concesionario, tipo_recurso, id_recurso, expira, número_de_secuencia}.
• Se prevé que la revocación sea un registro de revocación firmado añadido a un Merkle DAG. Cada nodo mantendría una copia local del DAG. Los nodos distribuirían registros delta a través de la malla WireGuard; se prevé que una revocación llegue a todos los pares en tiempo subsegundario en una malla LAN.
• No se requiere autoridad de revocación central. La ceremonia de emparejamiento establece las raíces de confianza; se prevé que las concesiones y revocaciones posteriores fluyan de par a par.

Los directorios de proyecto moonshot-protocol y moonshot-database están reservados para este trabajo. El formato de cable binario de 16 bytes existente (para los comandos de malla de app-network-admin) es el prototipo para la codificación compacta de tokens.

Componente 3 — Planificador de VMs entre nodos (planificado; os-orchestration)

gateway-orchestration-command-1 es el hogar previsto para la lógica de colocación entre nodos. Hoy es sin estado — está diseñado para agregar consultas de datos basadas en capacidades a través de Totebox Archives y devolver filas de resultados. La extensión planificada tiene como objetivo agregar una capa de planificación de recursos:

• Colocación: cuando es necesario lanzar una nueva VM, el planificador leería los anuncios de disponibilidad de recursos de os-network-admin de cada nodo, verificaría el estado de confianza del nodo en el ledger de capacidades y colocaría la VM en el nodo de mejor ajuste.
• Migración: la migración en vivo de QEMU transfiere el estado de una VM en ejecución (memoria, registros de CPU, estado de dispositivos) a través de una conexión TCP tunelizada mediante WireGuard. La VM permanece disponible durante la transferencia; la pausa de transición es típicamente de menos de un segundo en una LAN.
• Restricción de soberanía: se prevé que el operador pueda anclar cualquier VM a un nodo de confianza específico. Una VM anclada a Laptop A no sería migrada a Laptop B ni al nodo GCP independientemente del desequilibrio de carga. La soberanía del operador sobre la colocación no sería anulada por la optimización automatizada.

No se necesita ningún transporte nuevo. La migración en vivo de QEMU sobre WireGuard usa la malla cifrada existente. Se prevé que el planificador permanezca sin estado — las decisiones de colocación se derivarían del ledger de capacidades y los anuncios de nodos, sin estado de planificador persistente.

Componente 4 — Cadena de atestación soberana (planificado)

Intel TDX (Xeon de 5ª generación, Azure GA nov 2025) y AMD SEV-SNP (EPYC 9000 Turin) proporcionan aislamiento de VM aplicado por hardware donde el hipervisor no puede leer la memoria del invitado. Ambos requieren la infraestructura de atestación del fabricante de CPU para verificar las reclamaciones de aislamiento — una cadena de certificados que pasa por Intel Trust Authority o el servicio de gestión de claves de AMD. El operador confía en el proveedor de silicio, no solo en su propio hardware.

El diseño de atestación previsto de PPN es diferente:

• Raíz de atestación: la propia ceremonia de emparejamiento. Cuando un nodo se une a la malla mediante CPace PAKE y la comparación del código corto SAS, el operador presencia físicamente el intercambio. Se prevé que la clave de identidad del nodo sirva como ancla de atestación — sin proveedor de TPM, sin proveedor de silicio, sin proveedor de nube en la cadena de confianza.
• Atestación de imagen del invitado: se prevé que dm-verity (device mapper de Linux, estándar desde el kernel 3.4) ancle el sistema de archivos raíz del SO invitado a un hash confirmado en el momento del aprovisionamiento de la VM. El hash sería firmado por la clave de la ceremonia de emparejamiento del nodo de aprovisionamiento. Un invitado modificado desde el aprovisionamiento fallaría la verificación dm-verity y no arrancaría.
• Informe de atestación: se prevé que un invitado pueda generar una declaración firmada — firmada con la clave de identidad del nodo de aprovisionamiento — que afirme que está ejecutando una imagen sin modificar. Los auditores externos podrían verificar esta declaración sin contactar a Intel, AMD ni a ningún proveedor de nube.

Esta cadena es más corta y está más controlada por el operador que TDX/SEV-SNP. El compromiso es intencional: el modelo de soberanía sitúa al operador, no al proveedor de silicio, en la raíz de confianza.

Comparación con las capacidades de los principales proveedores de nube

La tabla a continuación describe lo que los principales proveedores de nube tienen desplegado hoy y lo que el tejido VM distribuido de PPN tiene como objetivo proporcionar. Las capacidades de los competidores en la primera columna son afirmaciones factuales en tiempo presente. Los elementos de PPN usan lenguaje planificado/previsto.

Capacidad	AWS / Azure / GCP (hoy)	Tejido VM distribuido PPN (planificado)
Aislamiento de memoria por VM	TDX (Azure GA nov 2025), SEV-SNP (AMD EPYC 9005); el hipervisor no puede leer la RAM del invitado por hardware	Prueba formal seL4: invariante verificado mecánicamente en Isabelle/HOL de que el hipervisor no tiene capacidad de lectura sobre el estado de la VM
Intercambio de memoria entre nodos	CXL 3.0 (tela PCIe, interno al centro de datos; no expuesto a los inquilinos como API programable)	Préstamo virtio-mem sobre WireGuard (previsto para funcionar sobre cualquier red, incluido internet)
Revocación de capacidades	Políticas IAM; propagación centralizada; típicamente 10–60 segundos	Chisme Merkle DAG de par a par; revocación subsegundaria prevista; sin autoridad central
Raíz de atestación	CA del proveedor de silicio (Intel Trust Authority / AMD Key Management Service)	Ceremonia de emparejamiento presenciada por el operador; operador previsto como raíz de confianza
Prueba formal de aislamiento	Ninguna en hipervisores en producción en ningún proveedor de nube importante	Prueba de corrección funcional y seguridad de flujo de información seL4 en Isabelle/HOL (en vendor-sel4-kernel hoy)
Tiempo de despliegue para PYMEs	Horas: consola en la nube, IAM, configuración de red VPC	Previsto: menos de cinco minutos, dos preguntas, ceremonia de emparejamiento con código corto
Soberanía del operador	Ninguna: el proveedor de nube controla el hardware físico y el hipervisor	Completa: el operador es dueño del sustrato; el hipervisor no puede leer las VMs; el proveedor de nube no está en la cadena de confianza

Secuencia de construcción y directorios reservados

La capa por nodo es la base. Se prevé que el tejido distribuido se construya sobre ella en orden:

Paso	Estado	Directorio reservado
virtio_balloon por nodo + cgroups v2	Planificado — sin comenzar; solo el mecanismo subyacente de QEMU tiene una demo manual	os-infrastructure/
Despliegue de ceremonia (service-ppn-pairing en GCP VM)	Pendiente	service-ppn-pairing/
Primera incorporación real de nodo (os-network-admin en Laptop A)	Pendiente	os-network-admin/
Reescritura de os-infrastructure según el Protocolo Génesis	Planificado	os-infrastructure/, moonshot-hypervisor/
Controlador automático de balloon	Planificado	os-infrastructure/
Demonio de préstamo virtio-mem	Planificado	moonshot-network/
Ledger de capacidades distribuido	Planificado	moonshot-protocol/, moonshot-database/
Planificador de VMs entre nodos	Planificado	os-orchestration/
Cadena de atestación soberana (dm-verity + clave de ceremonia)	Planificado	os-infrastructure/, moonshot-kernel/

Temas relacionados

• Descripción General de la Arquitectura PPN — descripción general de PPN en cuatro capas; el tejido distribuido es la extensión planificada de la capa de hipervisor
• Pool de Recursos del Hipervisor PPN — el pool por nodo implementado: virtio_balloon, cgroups v2, hito del controlador de balloon
• Malla Soberana — la capa de transporte WireGuard sobre la que se ejecuta el tejido distribuido
• Protocolo Génesis — la ceremonia de primer arranque; la raíz de atestación prevista para el tejido distribuido
• os-infrastructure — Sistema Operativo de Nodo PPN — el hipervisor Tipo I; hogar del controlador de balloon y el demonio de préstamo virtio-mem previsto
• os-orchestration — El agregador de flota — el hogar previsto para el planificador de VMs entre nodos