Що таке віртуальна машина Ethereum (EVM)?

Коли Віталік Бутерін створював Ethereum, він хотів розширити межі технології блокчейн. Його надихнув Bitcoin, але він вважав, що технологія повинна робити більше, ніж просто обробляти транзакції. У результаті він створив блокчейн-мережу Ethereum. Ethereum має всі функції Bitcoin, може обробляти Р2Р-транзакції та зберігати їх у незмінний і децентралізований спосіб. Він також може виконувати певні дії, на які Bitcoin не здатний. Наприклад, він може запускати смартконтракти.

Як блокчейн запускає смартконтракт? У випадку з Ethereum це можливо завдяки віртуальній машині Ethereum (EVM). EVM лежить в основі механізму роботи мережі Ethereum. У цій статті ми розглянемо, що таке EVM, як вона працює, її переваги та варіанти використання. Але спочатку давайте швидко згадаємо, що таке смартконтракти.

Коротко

• Віталік Бутерін створив Ethereum як перший блокчейн, у якому реалізовані смартконтракти. Ці самовиконувані контракти працюють на віртуальній машині Ethereum (EVM).

• EVM — це програмне забезпечення, яке дозволяє запускати й розгортати смартконтракти в мережі Ethereum.

• EVM обробляє транзакції у двох станах: загальний стан (баланси акаунта й смартконтракти) і стан машини (виконання етапів транзакції).

• Смартконтракти прописані мовою Solidity і cкомпільовані в байт-код. Їх виконує EVM. Комісія за gas допомагає забезпечити захист і обмежити зловживання ресурсами.

• Вплив EVM спостерігається в таких випадках, як токени ERC-20, децентралізовані біржі, NFT, кредитування DeFi та DAO.

Що таке смартконтракти?

Смартконтракти — це комп’ютерні програми або додатки, які працюють автономно в мережі блокчейн. Вони складаються з кодів даних, які розробники розгортають для виконання конкретних інструкцій. Користувачі не контролюють смартконтракти, оскільки вони працюють за заданою програмою.

Мережа Ethereum — це перший блокчейн, у якому реалізовані смартконтракти. У результаті сьогодні на блокчейні Ethereum закодовано та розгорнуто мільйони смартконтрактів. EVM відіграла важливу роль у досягненні цієї цілі.

Що таке віртуальна машина Ethereum (EVM)?

EVM вбудовано в основу протоколу. Як випливає з назви, EVM — це віртуальна машина або цифрове програмне забезпечення, яке підтримує роботу мережі Ethereum. Програмне забезпечення віртуальної машини може виконувати програми, зберігати дані, підключатися до мереж і виконувати інші обчислювальні завдання. Воно також відповідає за виконання коду й розгортання смартконтрактів.

Як це працює

Оскільки Ethereum обробляє не тільки Р2Р-транзакції, цьому блокчейну потрібна складна обчислювальна система. Тому розробники мережі Ethereum називають її «необмеженою машиною станів», а не розподіленим реєстром. Це базове пояснення того, як працює EVM. Таким чином, мережа Ethereum складається з двох станів: загальний стан і стан машини.

Загальний стан

Загальний стан — це місце де Ethereum зберігає баланси акаунтів і смартконтракти. Як і в реєстрі Bitcoin, він децентралізований, незмінний і доступний для всіх онлайн-користувачів. EVM оновлює цей рівень щоразу, коли виконує транзакцію. Це означає, що кожен користувач, який має оглядач блоків, може переглядати блокчейн Ethereum і бачити однакові дані в режимі реального часу.

Стан машини

У цьому стані EVM виконує покрокову обробку транзакцій. Його також часто називають «пісочницею» Ethereum для розробників. Мережа Ethereum обробляє транзакції двох типів. Перший — «виклик повідомлення», коли один акаунт переказує токени ETH на інший. У цьому сценарії EVM переміщує токени ETH з однієї адреси гаманця на іншу. Потім інформація про транзакцію оновлюється в загальному стані. З відправника стягується комісія за gas за обчислення, виконані під час надсилання транзакції.

Другий тип транзакції називається «створення контракту». Це означає, що розробник хоче виконати смартконтракт на Ethereum. У цьому сценарії відправник надає комісію за gas і вводить байт-код смартконтракту.

Мова програмування Solidity

Найчастіше для створення смартконтрактів Ethereum використовують комп’ютерну мову Solidity. Як і Javascript, це мова високого рівня для людей, яку не розуміють машини. Тому, коли розробники пишуть смартконтракт мовою Solidity, вони повинні перекласти його на машинну мову або байт-код за допомогою компілятора віртуальної машини Ethereum, наприклад solc.

Виконання смартконтракту

Коли EVM виконує код, запас газу зменшується відповідно до його витрат на виконані обчислення. Якщо в будь-який момент до завершення транзакції він зменшиться до нуля, то EVM негайно зупиниться. Вона відмовиться від транзакції та не внесе оновлення в загальний стан. Це ніяк не вплине на мережу, але баланс ETH відправника зменшиться для оплати обчислень, використаних для виконання коду до зупинки. Однак, якщо транзакцію буде успішно виконано, EVM оновить загальний стан, щоб він відповідав версії стану машини.

Комісія за газ Ethereum

Як ми бачимо з вищесказаного, комісія за gas відіграє вирішальну роль в обробці транзакцій у блокчейні Ethereum. Коли в Ethereum використовувався механізм консенсусу Proof of Work (PoW), для обробки транзакції потрібне було апаратне забезпечення й електроенергія, а майнерам — стимули для виконання завдань. Під час обробки переказів токенів ETH комісія за gas залежить від перевантаженості пулу.

При виконанні смартконтрактів комісія за gas відіграє іншу роль. На етапі виконання байт-коди смартконтрактів розбиваються на менші частини, які називаються «опкоди». «Опкоди» — це скорочення від операційних кодів, інструкції, які EVM використовує для обчислень. Кожному опкоду призначається комісія за gas. Що складніший опкод, то вища його вартість. Цей крок необхідний для захисту блокчейну Ethereum від зловмисних атак. Наприклад, якщо користувач розгорне DDos-атаку, EVM продовжить виконувати смартконтракт у стані машини. Вона стягуватиме комісію за gas за кожне обчислення, а коли у відправника закінчиться gas, транзакцію буде відхилено.

Які переваги EVM?

Як описано вище, EVM запобігає зловмисним атакам на мережу. Тому вона дозволяє виконувати смартконтракти й інші автоматизовані послуги на безпечній і надійній платформі.

На момент написання статті мережа Ethereum має найбільшу криптовалютну екосистему. Крім того, вона вважається золотим стандартом для створення децентралізованих програм (DApp) і розгортання смартконтрактів. Багато інших блокчейнів створили сайдчейни, які дозволяють розробникам Ethereum переносити свої застосунки без зміни коду.

Крім того, EVM децентралізована, тобто будь-хто може створити смартконтракт на Ethereum без дозволу. Вона також дає розробникам змогу створювати й розгортати децентралізовані сервіси та програми, які останнім часом набувають величезної популярності.

Приклади використання EVM

Завдяки віртуальній машині Ethereum, яка виконує смартконтракти, у блокчейн-просторі з’явилося багато нових інновацій. Ось п’ять основних прикладів використання EVM.

Токени ERC-20

Токени ERC-20 генеруються смартконтрактами за допомогою заздалегідь визначених структур даних, які відповідають за присвоєння назви токену, його розподіл і відстеження. У 2017 році, коли були популярними первинні пропозиції монет (ICO), з використанням токенів ERC-20 було запущено багато нових криптовалют. Сьогодні токени ERC-20 найкраще використовувати для стейблкоїнів, таких як USDT.

Децентралізовані біржі (DEX)

Децентралізовані біржі (DEX) дозволяють користувачам купувати, продавати криптовалюту або торгувати нею за допомогою смартконтрактів. Крім того, такі біржі, як Uniswap і ShushiSwap, використовують програми автоматичних маркет-мейкерів (AMM), що дає змогу користувачам отримувати доступ до пулів ліквідності токенів без стороннього втручання.

NFT

Невзаємозамінні токени (NFT) — це цифрові артефакти, що зберігаються в блокчейні. Вони підтверджують право власності та не можуть бути скопійовані. Прихильники блокчейну використовують смартконтракти для створення та карбування колекцій NFT. Серед найдорожчих колекцій NFT Bored Ape Yacht Club (BAYC) і Cryptopunks. Власники можуть переказувати свої NFT або торгувати ними на таких ринках, як OpenSea.

Кредитування DeFi

Кредитування у сфері децентралізованих фінансів (DeFi) відбувається на платформах, які дають змогу користувачам брати або давати позики в криптовалюті без залучення третьої сторони. Смартконтракти регулюють протоколи позичання та кредитування. Позики видаються миттєво позичальникам, а кредитори іноді отримують відсотки щодня.

Децентралізовані автономні організації

Децентралізована автономна організація (DAO) — це комунальна установа, яка не має центрального органу влади. У DAO окремі учасники спільно приймають управлінські рішення щодо проєкту. Правила DAO встановлюються основними учасниками спільноти та реалізуються за допомогою смартконтрактів.

Обмеження EVM

EVM має два суттєві обмеження. По-перше, користувачі повинні знати мову Solidity та володіти навичками програмування. Багатьом людям потрібна допомога з кодуванням, що ускладнює створення смартконтрактів і взаємодію з ними.

Друге обмеження полягає в тому, що під час створення смартконтракту або розгортання програми в мережі Ethereum комісія за gas може стати дуже високою.

Які криптовалюти сумісні з EVM?

EVM-сумісні блокчейни — це простий спосіб вирішення проблеми високих комісій за gas. Розробники позичили певні частини мережі Ethereum і створили DApp, які дозволяють користувачам швидко й легко переміщувати активи між будь-якими мережами EVM. Багато з найпопулярніших сучасних блокчейнів дотримуються цього EVM-сумісного підходу:

• Binance Smart Chain

• Avalanche

• Fantom

• Cardano

• Polygon

• Tron

Майбутнє EVM

Узявши за основу Bitcoin, Віталік Бутерін задумав створити децентралізований суперкомп’ютер, який буде доступний практично кожному. Віртуальна машина Ethereum відіграла величезну роль у реалізації цього бачення. З моменту свого створення EVM зазнала кількох оновлень і продовжує розвиватися та вдосконалюватися.

В оновленні Dencun було представлено EIP-4844, прото-данкшардинг в Ethereum. Це оновлення значно знижує комісію за gas, дозволяючи мережі більш ефективно обробляти дані транзакцій рівня 2. В основі прото-данкшардингу лежить новий тип даних під назвою Blob, які видаляються з блокчейну, а не зберігаються назавжди. Тим часом EIP-4788, також частина оновлення Dencun, допомогла підвищити сумісність, дозволивши EVM безпосередньо отримувати доступ до стану Beacon Chain. Це необхідно для таких протоколів, як ліквідний стейкінг та кросчейн-взаємодії. Оновлення Dencun було завершено в березні 2024 року.

У майбутньому дорожня карта Ethereum робить акцент на масштабованості з використанням rollup-рішень, у якому відіграють вирішальну роль EVM із нульовим розголошенням (zkEVM). zkEVM забезпечують ефективну обробку транзакцій офчейн, підтримуючи при цьому сумісність з Ethereum, що покращує масштабованість.

Висновок

Віртуальна машина Ethereum є частиною базової інфраструктури мережі Ethereum. Вона виконує важливу роль, дозволяючи смартконтрактам працювати на блокчейні, у той час як програмне забезпечення відповідає за виконання декількох обчислювальних завдань. Окрім своєї операційної важливості, EVM захищає мережу, допомагаючи запобігати атакам і підтримуючи безпечну, стійку та децентралізовану платформу для розробників, на основі якої вони можуть створювати рішення.

Бажаєте дізнатися більше про мережу Ethereum і її розвиток? Ознайомтеся з нашим посібником про Blast рівня 2, який пропонує нативний дохід, і прочитайте статтю про Curve Finance, децентралізовану біржу стейблкоїнів, побудовану на Ethereum.