Definicja Ethereum Virtual Machine (EVM)

Ethereum Virtual Machine (EVM) to program, który służy do przekształcania i kompilowania inteligentnych kontraktów do zrozumiałej formy zwaną Bytecode. Dodatkowo, EVM oblicza stan sieci Ethereum po dodaniu każdego nowego bloku do łańcucha.

Ethereum Virtual Machine zajmuje kluczową pozycję na najwyższym poziomie warstwy sprzętowej i sieciowej w ramach Ethereum. Co jeszcze jest istotne w kontekście EVM? Inteligentne kontrakty wdrożone na innych kompatybilnych łańcuchach z EVM, takich jak Polygon czy Avalanche, są rozpoznawalne przez węzły Ethereum. To umożliwia deweloperom stosunkowo łatwe przenoszenie ich dApp-ów lub tokenów z Ethereum na inne łańcuchy, które są kompatybilne z Ethereum Virtual Machine i programowanie w języku Solidity.

W przemyśle kryptowalut EVM jest często określane jako „serce Ethereum”, które napędza cały ekosystem sieci.

Jak funkcjonuje Ethereum Virtual Machine?

Działanie Ethereum Virtual Machine można podzielić na dwie główne części – generowanie tokenów i inteligentnych kontraktów. Przyjrzyjmy się temu procesowi bliżej.

EVM upraszcza proces tworzenia nowych tokenów na blockchainie Ethereum. Jest to program, który umożliwia tworzenie skryptów używanych do wykonywania operacji na blockchainie Ethereum. Skrypt to zestaw instrukcji lub algorytmów, które mówią systemowi, jak działać. Dla deweloperów, aby wykonać określone polecenia i stworzyć nowy token na blockchainie, EVM wymaga dostępu do dowolnego łańcucha sieci, bez zbędnych trudności.

Teraz, po omówieniu procesu tworzenia nowych tokenów za pomocą EVM, skupmy się na inteligentnych kontraktach. W sieci Ethereum istnieje wiele takich kontraktów, które posiadają zdefiniowany kod, ułatwiający wymianę kryptowalut i informacji. Twórcy tych kontraktów definiują kod, który zapewnia określony rezultat.

Ethereum Virtual Machine dostarcza środowisko Turing Complete, które umożliwia deweloperom tworzenie skryptów i kontraktów. Oznacza to, że wszystko, co może być zaimplementowane przez komputer, można uruchomić za pomocą EVM.

Ethereum Virtual Machine gwarantuje, że wszystkie transakcje i inteligentne kontrakty na blockchainie Ethereum są wykonywane zgodnie z wcześniej ustalonym kodem inteligentnego kontraktu.

W skrócie, EVM to platforma, która znacznie ułatwia deweloperom tworzenie dApp’ów i ich wdrażanie na blockchainie.

Struktura EVM

Ethereum Virtual Machine (EVM) składa się z dwóch kluczowych elementów. Pierwszy z nich odpowiada za interpretację kodu źródłowego Solidity. EVM został stworzony w języku C++ i wykorzystuje LLVM jako kompilatora. Ten komponent EVM obsługuje różne języki programowania, zapewniając bezpieczne środowisko uruchomieniowe dla kodów. Ponadto umożliwia programistom pisanie niestandardowego kodu bajtowego EVM.

Drugi element to tzw. „uncles” – małe fragmenty inteligentnych kontraktów lub danych przechowywane na blockchainie. Ten składnik pozwala na przechowywanie metadanych, takich jak:

• Informacje dotyczące podstawowych operacji na aktywach przechowywanych w pamięci (nie na blockchainie!).
• Saldo Etheru posiadane przez użytkownika w danym momencie.
• Historia wszystkich działań i transakcji związanych z Ethereum.
• Informacje o hashu danego bloku.
• Dane dotyczące „block number”, czyli numeru bloku, w którym znajduje się dany „blockhash”.
• Kod wykonywany przez EVM, określający akcje podjęte w odpowiedzi na konkretne wejście (np. przekazywanie środków).
• Faktyczny rozmiar kodu w bajtach.
• Informacje o „gazie”, który pozwala użytkownikom określić, ile jednostek gazu jest gotowych do zużycia w celu wykonania danej operacji.

Gaz odgrywa kluczową rolę w wydajności EVM, służąc jako miara mocy obliczeniowej. Określa czas potrzebny do wykonania transakcji i kontraktu. Ponieważ w całym ekosystemie istnieje dużo kodu, do wykonania „z góry” przypisuje się określoną ilość gazu. Domyślny limit wynosi 250 000 jednostek. Warto zauważyć, że im bardziej skomplikowana transakcja, tym więcej gazu potrzeba do jej wykonania.

Korzyści płynące z EVM

• Minimalizuje ryzyko uruchomienia niezaufanego kodu: EVM redukuje możliwość wykonania kodu z niepewnego źródła, jednocześnie zabezpieczając poufne dane. Deweloperzy mogą być pewni, że ich obliczenia nie będą ingerować w inne systemy ani dane osobiste.
• Umożliwia uruchamianie złożonych inteligentnych kontraktów: Dzięki Ethereum Virtual Machine możliwe jest bezpieczne uruchamianie skomplikowanych inteligentnych kontraktów bez obaw o negatywne oddziaływanie na siebie nawzajem. Kontrakty te mogą być napisane raz i używane na różnych platformach, co umożliwia tworzenie uniwersalnych inteligentnych kontraktów działających na różnych środowiskach.
• Zapewnia deterministyczne przetwarzanie: Inteligentne kontrakty pisane za pomocą EVM mają dostęp do pełnej sieci Ethereum w danym momencie, co pozwala na przetwarzanie w sposób deterministyczny, zwiększając pewność co do ich poprawności.
• Wspiera konsensus w formie rozproszonej: Ekosystem Ethereum umożliwia uruchamianie tych samych programów przez większość użytkowników na ich własnych komputerach, co sprzyja osiągnięciu konsensusu w formie rozproszonej.
• Łatwość pisania kontraktów z pamięcią stanową: EVM jest zaprojektowany do tworzenia inteligentnych kontraktów i dApp’ów, zapewniając jednocześnie, że wszyscy użytkownicy widzą tę samą wersję. Ułatwia również pisanie kontraktów z pamięcią stanową, które mają dostęp do trwałej pamięci.

Wady EVM

Wysokie koszty przechowywania danych: W skrócie – zużywany gaz. Opłata za uruchomienie inteligentnego kontraktu jest ściśle związana z ilością wykorzystanego gazu. Duży wydatek na przechowywanie danych na blockchainie: Może to przekroczyć 3 TB, co stanowi znaczący wydatek. Wymagana zaawansowana wiedza techniczna: Tworzenie inteligentnych kontraktów i korzystanie z EVM wymaga rozległej wiedzy technicznej. Chociaż środowisko Turing Complete, które pozwala na programowanie w różnych językach, może być zaletą dla niektórych, dla innych osób z ograniczoną wiedzą i doświadczeniem może być przeszkodą.

Blockchainy Zgodne z EVM

Współpraca między różnymi blockchainami w ramach ekosystemu Ethereum stanowi poważne wyzwanie dla programistów. Wysokie opłaty gazowe i opóźnienia w transakcjach skłoniły twórców Ethereum do szukania alternatywnych rozwiązań na innych łańcuchach blokowych. Mimo że te kroki przyniosły szybsze transakcje i obniżenie kosztów, napotkano trudności z ograniczeniami i brakiem kompatybilności między różnymi blockchainami.

Łańcuchy zgodne z Ethereum Virtual Machine (EVM) stanowią skuteczne rozwiązanie dla tego problemu. Deweloperzy nie muszą budować od podstaw środowiska zbliżonego do EVM. Zamiast tego mogą korzystać z blockchainów kompatybilnych z EVM, które replikują niektóre aspekty sieci Ethereum, ułatwiając szybkie i bezproblemowe przenoszenie aktywów między różnymi sieciami EVM.

Dzięki tej interoperacyjności, najpopularniejsze blockchainy często stosują standard zgodności z EVM. Przykładowe blockchainy współpracujące z EVM to:

• Binance Smart Chain
• Avalanche
• Fantom
• Cardano
• Polygon
• Tron

Sidechainy tych ekosystemów zazwyczaj są kompatybilne z EVM, co zapewnia korzyści i możliwości charakterystyczne dla Ethereum, ale z większą szybkością, pojemnością i niższymi opłatami transakcyjnymi.

Przykłady wykorzystania EVM

Jak działa Ethereum Virtual Machine (EVM)?

Dla miłośników matematyki i informatyki: EVM działa w sposób analogiczny do większości funkcji matematycznych, generując deterministyczne wyjście dla każdego wejścia.

EVM skupia się na stanie i transakcjach. Stan EVM opisuje strukturę danych, a transakcje to instrukcje działania z różnych kont, podpisane kryptograficznie.

Stan, reprezentowany jako zmodyfikowane drzewo Patricia Merkle, przechowuje zapisy wszystkich kont, powiązanych ze sobą przez różne hasze. Interesujące jest to, że pojęcie „stan” w EVM może odnosić się do konkretnego hasha na blockchainie Ethereum.

Warto zauważyć, że Ethereum Virtual Machine obsługuje dwa rodzaje transakcji, z których tylko jedna prowadzi do wywołania wiadomości, a druga do tworzenia kontraktów. Tworzenie kontraktu prowadzi do stworzenia nowego konta, zawierającego bytecode inteligentnego kontraktu.

Opcody, omawiane wcześniej, są integralną częścią każdej implementacji EVM. Służą one do realizacji zadań związanych z inteligentnymi kontraktami, transakcjami kryptowalutowymi, rejestracją danych i operacjami arytmetycznymi. Ciekawostką jest, że opcody nie posiadają bezpośredniego skryptu w EVM, co ułatwia programistom tworzenie inteligentnych kontraktów i interakcji z nimi.

Podsumowanie

Jeśli miałeś jakiekolwiek doświadczenie z ekosystemem Ethereum, na pewno nie umknęła ci informacja o Ethereum Virtual Machine. To wirtualna maszyna, która nie ma ograniczeń fizycznych ani wymagań co do zaawansowanego sprzętu. EVM jest także doskonałym środowiskiem do prostego tworzenia i wdrażania inteligentnych kontraktów.