Что такое Ethereum Virtual Machine (EVM)?

Ethereum Virtual Machine (EVM) — это революционный программный механизм в мире блокчейн-технологий, который является вычислительным ядром сети Ethereum. EVM реализован по инициативе Виталика Бутерина, чтобы расширить возможности блокчейна за пределы простых транзакций между пользователями. Благодаря EVM в Ethereum стали возможны исполнение смарт-контрактов и запуск децентрализованных приложений. Эта технология полностью изменила правила работы блокчейн-сетей, сделав Ethereum ведущей платформой для децентрализованных вычислений и разработки приложений. Разобраться, что такое технология EVM blockchain, важно для понимания современной инфраструктуры блокчейнов и ее потенциала.

Что такое смарт-контракты?

Смарт-контракты — это самостоятельные программы, которые автоматически выполняются в блокчейне без вмешательства человека. Код смарт-контрактов пишется разработчиками для реализации заранее определённых действий. После размещения в блокчейне такие контракты работают строго по заложенному алгоритму, исключая необходимость посредников и ручного контроля. Ethereum стала первой платформой, внедрившей смарт-контракты в блокчейн. Сегодня в сети Ethereum работают миллионы смарт-контрактов, обслуживающих финансовые операции и процессы управления организациями. Надёжность и неизменяемость смарт-контрактов делают их идеальным инструментом для приложений с доверенным исполнением и прозрачными операциями.

Что такое Ethereum Virtual Machine (EVM)?

Ethereum Virtual Machine — это программный слой, встроенный в основу протокола Ethereum. Говоря об архитектуре EVM blockchain, важно отметить, что EVM — это виртуальная программная среда, обеспечивающая работу всей сети Ethereum. Виртуальная машина способна запускать программы, хранить данные, подключаться к сетям и выполнять важные вычисления для функционирования блокчейна. Главная задача EVM — это исполнение и размещение смарт-контрактов в сети Ethereum. EVM является средой выполнения, где обрабатывается код смарт-контрактов, обеспечивая одинаковое выполнение на всех узлах сети. Этот вычислительный слой превращает Ethereum из простой системы учёта в полноценную платформу распределённых вычислений.

Как это работает

Сеть Ethereum работает не только для передачи стоимости между пользователями — она построена на сложной вычислительной архитектуре. Разработчики Ethereum называют её «машиной с неограниченным состоянием», что отражает структуру EVM. Чтобы понять, как работает EVM blockchain, нужно рассмотреть две связанные составляющие: глобальное состояние и машинное состояние.

Глобальное состояние

Глобальное состояние — это постоянный уровень хранения в Ethereum, где фиксируются балансы счетов и размещённые смарт-контракты. Как и учётная система Bitcoin, это состояние децентрализовано, неизменно и открыто для всех пользователей интернета. EVM обновляет глобальное состояние после каждой транзакции, обеспечивая синхронизацию данных по всей сети. Через block explorer любой пользователь может просмотреть блокчейн Ethereum и получить идентичные данные, что поддерживает прозрачность и консенсус.

Машинное состояние

Машинное состояние — это среда выполнения EVM, где происходит пошаговая обработка транзакций. Эту среду называют «песочницей Ethereum», в которой реализованы два типа транзакций. Первый — «message calls»: перевод токенов ETH между счетами. В ходе таких операций EVM перемещает токены между адресами кошельков и обновляет глобальное состояние. Отправитель платит комиссию gas за вычислительные ресурсы. Второй тип — «создание контракта»: размещение смарт-контрактов в Ethereum. В этом случае отправитель оплачивает gas и предоставляет байткод смарт-контракта для исполнения.

Язык программирования Solidity

Solidity — основной язык программирования для смарт-контрактов в Ethereum. Это высокоуровневый язык с синтаксисом, похожим на Javascript, удобный для разработчиков. Машины не могут напрямую выполнять такой код, поэтому разработчики компилируют Solidity в машинный байткод с помощью компилятора EVM, например solc. В результате компиляции человекочитаемый код преобразуется в инструкции, которые EVM обрабатывает эффективно. Такой подход гарантирует единообразную работу смарт-контрактов на всех узлах Ethereum, независимо от оборудования и операционной системы.

Исполнение смарт-контракта

При выполнении кода EVM расходует gas в зависимости от сложности каждой операции. Запас gas уменьшается пропорционально вычислительной нагрузке. Если gas заканчивается до завершения транзакции, EVM немедленно прекращает исполнение, отменяя незавершённую транзакцию без изменений глобального состояния. При этом баланс ETH отправителя уменьшается на сумму уже использованных ресурсов. Если выполнение прошло успешно, EVM обновляет глобальное состояние, записывая результат транзакции в блокчейн. Такой механизм обеспечивает атомарность: изменения состояния либо полностью фиксируются, либо полностью откатываются.

Комиссии gas в Ethereum

Комиссии gas — важнейший элемент обработки транзакций в блокчейне Ethereum. При Proof of Work для обработки транзакций требовались ресурсы и электричество, поэтому майнеры получали вознаграждение. Для переводов ETH комиссия gas зависит от загруженности сети и активности пула. Исполнение смарт-контрактов требует дополнительных комиссий: байткод разбивается на инструкции — «opcodes» (операционные коды). Каждый opcode — это команда для EVM, которая оценивается по вычислительной сложности. Более сложные операции стоят дороже. Механизм gas защищает Ethereum от атак: при DDoS EVM продолжает выполнять вредоносный контракт, списывая gas за каждую операцию, а когда gas атакующего заканчивается, транзакция отменяется, и сеть остаётся защищённой.

Преимущества EVM

EVM даёт множество преимуществ, благодаря которым Ethereum стал лидером среди платформ для децентрализованных приложений. Среди ключевых преимуществ: защита сети от угроз, безопасное исполнение смарт-контрактов и автоматизированных сервисов. Ethereum — крупнейшая экосистема криптовалют, признанная стандартом для создания DApp и размещения смарт-контрактов. Многие блокчейны реализуют совместимые с EVM сайдчейны, позволяя разработчикам переносить приложения без изменений кода. Децентрализованный подход EVM обеспечивает свободный доступ: любой может создать смарт-контракт без разрешения централизованных органов. Это способствует развитию децентрализованных сервисов, которые стали популярны во всей индустрии. Стандартизация EVM создала сильное сообщество разработчиков с обширными инструментами и поддержкой.

Применение EVM

Возможности исполнения смарт-контрактов в Ethereum Virtual Machine открыли путь к множеству инновационных решений в блокчейне. Примеры применения EVM blockchain наглядно показывают его практическую ценность. Вот пять самых заметных кейсов.

Токены ERC-20

Токены ERC-20 создаются смарт-контрактами с использованием специальных структур данных, определяющих свойства токена, механизм распределения и учёт. Во время ICO многие криптовалюты запускались по стандарту ERC-20. Сейчас такие токены используются преимущественно для стейблкоинов, например USDT, предоставляя стандартный интерфейс для управления токенами.

Децентрализованные торговые платформы

Децентрализованные платформы позволяют покупать, продавать и обменивать криптовалюты через смарт-контракты. Они используют автоматизированные маркет-мейкеры (AMM), обеспечивая доступ к пулам ликвидности без посредников, что меняет подход к криптовалютной торговле.

NFT

Невзаимозаменяемые токены (NFT) — уникальные цифровые объекты в блокчейне, подтверждающие право собственности и не допускающие копирования. Благодаря смарт-контрактам пользователи создают и выпускают коллекции NFT, например Bored Ape Yacht Club (BAYC) и Cryptopunks. Владельцы могут передавать или продавать NFT на различных маркетплейсах.

DeFi-кредитование

Платформы децентрализованных финансов (DeFi) позволяют кредитовать и брать кредиты в криптовалюте без посредников. Смарт-контракты управляют кредитными протоколами, автоматически выдавая займы и начисляя проценты кредиторам, иногда ежедневно.

Децентрализованные автономные организации

Децентрализованные автономные организации (DAO) — коллективные структуры без центрального управления. Участники совместно принимают решения по управлению проектом. Основные правила DAO формулируют активные члены сообщества, а затем реализуются и контролируются через смарт-контракты, что обеспечивает прозрачное и демократичное управление.

Ограничения EVM

Несмотря на преимущества, EVM имеет ограничения. Во-первых, для работы с EVM нужны знания языка Solidity и навыки программирования, что затрудняет доступ для обычных пользователей. Во-вторых, комиссии gas могут быть слишком высокими при создании смарт-контрактов и запуске приложений в Ethereum. В периоды перегрузки сети комиссия делает многие операции экономически невыгодными, особенно для небольших транзакций.

Какие криптовалюты совместимы с EVM?

Совместимые с EVM блокчейны решают проблему высоких комиссий в Ethereum. Оценивая совместимость EVM blockchain, разработчики адаптировали архитектуру Ethereum для создания приложений и быстрой передачи активов между сетями, поддерживающими EVM. Сегодня многие популярные блокчейны используют такой подход, включая платформы смарт-контрактов, решения второго уровня и альтернативные сети. Эти сети поддерживают стандарты Ethereum, применяя другие механизмы консенсуса и снижая транзакционные издержки, расширяя возможности экосистемы.

Будущее EVM

На основе идей Bitcoin Виталик Бутерин стремится создать универсальный децентрализованный суперкомпьютер. Ethereum Virtual Machine стала ключевым инструментом этого процесса. EVM постоянно обновляется и совершенствуется. В начале 2024 года обновление Dencun реализовало EIP-4844, внедрив протоданкшардинг и снизив комиссии gas за счёт эффективной обработки Layer-2 данных. Новый тип данных blobs временно хранится вне блокчейна. Также EIP-4788 расширил возможности EVM, обеспечив прямой доступ к состоянию Beacon Chain, что важно для ликвидного стейкинга и взаимодействия между сетями. В дальнейшем Ethereum будет масштабироваться через rollups, где важную роль сыграют zero-knowledge EVMs (zkEVMs): они позволяют обрабатывать транзакции вне блокчейна с сохранением совместимости и существенно повышают производительность сети.

Заключение

Ethereum Virtual Machine — ключевой компонент инфраструктуры Ethereum, обеспечивающий исполнение смарт-контрактов в блокчейне. Понимание технологии EVM blockchain — основа для освоения современных децентрализованных систем и их функционала. Этот программный механизм выполняет важные вычислительные задачи: от простых переводов токенов до сложных децентрализованных приложений. Помимо этого, EVM защищает сеть от атак, поддерживая безопасную, устойчивую и открытую платформу для разработчиков по всему миру. По мере развития Ethereum через обновления вроде Dencun и внедрения zkEVM, EVM остаётся центром концепции «децентрализованного мирового компьютера». Его влияние распространяется за пределы Ethereum: многие сети используют совместимость с EVM, чтобы воспользоваться экосистемой и инструментами для разработчиков. Дальнейшее развитие и широкое распространение EVM доказывают его значимость для роста и инноваций в блокчейн-индустрии.

FAQ

Как работает EVM в блокчейне?

EVM выполняет смарт-контракты, обрабатывает транзакции и управляет изменениями состояния в блокчейне Ethereum. Он обеспечивает децентрализованную среду для запуска кода, позволяя автоматизированные и доверенные операции по заранее заданной логике.

Является ли EVM тем же, что и Ethereum?

Нет, EVM — не то же самое, что Ethereum. EVM (Ethereum Virtual Machine) — исполнительное ядро, а Ethereum — полноценная блокчейн-сеть, включающая EVM и другие компоненты.

В чём задача EVM?

EVM предназначен для исполнения смарт-контрактов и dApps на разных блокчейнах, обеспечивая совместимость и единообразие работы кода.