Що таке Ethereum Virtual Machine (EVM)?

Ethereum Virtual Machine (EVM) — це інноваційна розробка у сфері блокчейну, яка є обчислювальним ядром мережі Ethereum. EVM створено відповідно до бачення Віталіка Бутеріна щодо розширення функцій блокчейну за межі простих однорангових транзакцій. EVM дає змогу виконувати смартконтракти та децентралізовані застосунки. Ця технологія радикально змінила принципи роботи блокчейн-мереж, перетворивши Ethereum на провідну платформу для децентралізованих обчислень і розробки застосунків. Розуміння EVM є необхідним для тих, хто прагне орієнтуватися в сучасній інфраструктурі блокчейну та її можливостях.

Що таке смартконтракти?

Смартконтракти — це автономні комп’ютерні програми, які автоматично виконуються в блокчейн-мережах без людського втручання. Ці самовиконувані контракти містять код, написаний розробниками для виконання визначених інструкцій. Після розміщення в блокчейні смартконтракти діють суворо за програмною логікою, виключаючи потребу в посередниках чи ручному контролі. Мережа Ethereum першою запровадила смартконтракти у блокчейні та успішно інтегрувала цю функцію. Сьогодні мільйони смартконтрактів працюють у блокчейні Ethereum, обробляючи як фінансові операції, так і складні організаційні процеси. Надійність і незмінність смартконтрактів робить їх ідеальними для застосунків, що вимагають автоматизованого виконання та прозорості.

Що таке Ethereum Virtual Machine (EVM)?

Ethereum Virtual Machine — це складний програмний компонент, вбудований у протокол Ethereum. У контексті архітектури EVM важливо розуміти, що це віртуальна машина — цифрове програмне середовище, яке забезпечує функціонування всієї мережі Ethereum. Віртуальна машина виконує програми, зберігає дані, підключається до мережі та здійснює всі обчислення, необхідні для роботи блокчейну. Основне завдання EVM — виконання і розгортання смартконтрактів у мережі Ethereum. Вона слугує середовищем виконання, де обробляється весь код смартконтрактів, забезпечуючи однаковий результат на всіх вузлах розподіленої мережі. Цей обчислювальний рівень перетворює Ethereum із простої бухгалтерської системи на повноцінну розподілену обчислювальну платформу.

Як це працює

Мережа Ethereum функціонує не лише як платформа для переказу вартості, а й як складна обчислювальна система. Розробники Ethereum називають цю мережу «unbounded state machine» («необмежена машина станів» — система без фіксованих меж стану), що точно характеризує модель EVM. Для розуміння функціоналу EVM необхідно розглядати її роботу через дві взаємопов’язані складові: глобальний стан і машинний стан.

Глобальний стан

Глобальний стан — це постійний шар зберігання Ethereum, у якому фіксуються всі залишки рахунків та розгорнуті смартконтракти. Як і система обліку Bitcoin, цей стан децентралізований, незмінний і відкритий для всіх користувачів Інтернету. EVM постійно оновлює цей шар після кожної транзакції, забезпечуючи синхронізацію даних у реальному часі у всій мережі. Будь-хто через блокчейн-оглядач може переглядати блокчейн Ethereum та бачити ідентичні дані, що підтримує прозорість і консенсус у розподіленій мережі.

Машинний стан

Машинний стан — це середовище виконання EVM, де поетапно обробляються транзакції. Його часто називають пісочницею Ethereum для розробників. Тут обробляють два типи транзакцій. Перший тип — «message calls» («виклики повідомлень» — передача ETH між рахунками). Під час таких транзакцій EVM переміщує токени з одного гаманця на інший та оновлює глобальний стан для фіксації переказу. Відправники сплачують комісію за газ відповідно до використаних обчислювальних ресурсів. Другий тип — «contract creation» («створення контракту» — розгортання смартконтракту в мережі Ethereum). У цьому випадку відправник сплачує комісію за газ і надсилає байткод смартконтракту для виконання мережею.

Мова програмування Solidity

Solidity — основна мова програмування для створення смартконтрактів у Ethereum. Це мова високого рівня з синтаксисом, подібним до Javascript, що робить її зручною для розробників. Машини не можуть безпосередньо виконувати код високого рівня, тому розробники компілюють код Solidity у машинний байткод за допомогою компілятора Ethereum Virtual Machine, наприклад solc. Під час компіляції читабельний для людини код перетворюється на низькорівневі інструкції, які EVM виконує ефективно. Це гарантує, що смартконтракти виконуються однаково на всіх вузлах Ethereum незалежно від обладнання чи операційної системи.

Виконання смартконтракту

Під час виконання коду EVM споживає газ згідно зі складністю кожної операції. Обсяг газу зменшується відповідно до вартості виконаних обчислень. Якщо газ вичерпується до завершення транзакції, EVM негайно зупиняє виконання. Система анулює незавершену транзакцію без зміни глобального стану, тому мережа лишається незмінною. Водночас залишок ETH відправника зменшується, щоб покрити витрати на обчислення до моменту зупинки. Якщо виконання завершується успішно, EVM оновлює глобальний стан відповідно до машинного стану, остаточно фіксуючи транзакцію в блокчейні. Такий механізм гарантує атомарність змін стану: вони або виконуються повністю, або скасовуються повністю.

Комісії за газ у Ethereum

Комісії за газ відіграють ключову роль у процесингу транзакцій в Ethereum і виконують низку важливих функцій. За попереднього механізму Proof of Work обробка транзакцій потребувала значних апаратних ресурсів і електроенергії, що вимагало стимулювання майнерів для підтримки мережі. Для переказів ETH комісії за газ змінюються залежно від навантаження на мережу та активності пулу транзакцій. Виконання смартконтрактів має додаткові особливості розрахунку комісії. Під час виконання байткод смартконтракту розбивається на «opcodes» («операційні коди» — інструкції EVM для виконання обчислень). Кожен opcode — це окрема інструкція EVM, а вартість газу визначається складністю обчислень. Чим складніший opcode, тим вища його вартість. Такий механізм захищає блокчейн Ethereum від шкідливих атак. Наприклад, якщо зловмисник запускає Distributed Denial of Service (DDoS) (розподілена відмова в обслуговуванні), EVM продовжує виконувати шкідливий смартконтракт, стягуючи комісію за газ за кожну операцію. Коли у зловмисника закінчується газ, EVM відхиляє транзакцію, ефективно нейтралізуючи атаку без шкоди для мережі.

Які переваги має EVM?

EVM забезпечує низку переваг, які зробили Ethereum провідною платформою для децентралізованих застосунків. Аналізуючи переваги EVM, можна виділити кілька головних аспектів. Насамперед, EVM захищає мережу від шкідливих дій, забезпечуючи безпечне виконання смартконтрактів і автоматичних сервісів. Мережа Ethereum є найбільшою криптовалютною екосистемою і визнаним стандартом для створення децентралізованих застосунків (DApp) та розгортання смартконтрактів. Багато блокчейн-мереж створили сайтчейни, сумісні з EVM, дозволяючи розробникам Ethereum переносити застосунки без змін коду. Децентралізований характер EVM забезпечує відкритий доступ — будь-хто може створювати смартконтракти в Ethereum без дозволу від центрального органу. Це дає змогу запускати децентралізовані сервіси й застосунки, що стали популярними у блокчейн-індустрії. Стандартизація EVM сформувала розвинену спільноту розробників із широкою підтримкою та інструментами.

Застосування EVM

Можливості виконання смартконтрактів у Ethereum Virtual Machine стали основою для багатьох інноваційних застосувань у блокчейні. Розуміння практичного застосування EVM ілюструють такі п’ять ключових прикладів.

ERC-20 токени

ERC-20 токени створюються через смартконтракти із заздалегідь визначеними структурами даних для властивостей токена, механізмів розподілу та систем обліку. Під час буму Initial Coin Offering (ICO) (первинна пропозиція монет) багато криптовалют запускалися на основі стандарту ERC-20. Сьогодні ERC-20 токени використовують переважно для стейблкоїнів, наприклад USDT, що забезпечують уніфіковані інтерфейси для створення і керування токенами.

Децентралізовані торговельні платформи

Децентралізовані торговельні платформи дозволяють користувачам купувати, продавати чи обмінювати криптовалюти через розгортання смартконтрактів. Різні платформи використовують автоматизовані маркетмейкери (AMM), які надають доступ до пулів ліквідності токенів без посередників, змінюючи підхід до торгівлі криптовалютою.

NFT

Невзаємозамінні токени (NFT) — це унікальні цифрові об’єкти, що зберігаються у блокчейні, підтверджують право власності та не піддаються дублюванню. Блокчейн-ентузіасти створюють і випускають NFT-колекції за допомогою смартконтрактів, зокрема такі відомі як Bored Ape Yacht Club (BAYC) та Cryptopunks. Власники можуть передавати чи продавати NFT на різних маркетплейсах.

DeFi-кредитування

Платформи децентралізованого фінансування (DeFi) для кредитування дозволяють користувачам брати або надавати кредити у криптовалюті без посередників. Смартконтракти управляють протоколами позик і кредитування, миттєво видаючи кредити позичальникам та нараховуючи відсотки кредитодавцям, іноді з щоденними виплатами.

Децентралізовані автономні організації

Децентралізовані автономні організації (DAO) — це спільноти, які функціонують без центральної влади. Усі рішення щодо розвитку приймають члени спільноти колегіально. Основні правила DAO встановлюють лідери, після чого їх реалізують і контролюють через смартконтракти, що забезпечує прозорість і демократичне управління організацією.

Обмеження EVM

Попри значні переваги, EVM має і суттєві обмеження. По-перше, користувачам необхідно володіти знаннями програмування на Solidity. Це створює бар’єр для непрофесійних користувачів і ускладнює доступ до смартконтрактів. По-друге, комісії за газ можуть бути надто високими під час створення смартконтрактів чи запуску застосунків у мережі Ethereum. Вартість газу у періоди високого навантаження може зробити певні операції економічно недоцільними, особливо для невеликих транзакцій чи застосунків.

Які криптовалюти сумісні з EVM?

Блокчейни, сумісні з EVM, пропонують рішення для проблеми високих комісій у мережі Ethereum. Розглядаючи сумісність EVM, варто зазначити, що розробники адаптували частину архітектури Ethereum для створення децентралізованих застосунків, які забезпечують швидкий і простий переказ активів між сумісними мережами. Багато сучасних блокчейнів використовують цей підхід, зокрема різні платформи смартконтрактів, рішення другого шару та альтернативні мережі. Такі мережі підтримують стандарти смартконтрактів Ethereum, але пропонують альтернативні механізми консенсусу та нижчі комісії, що розширює можливості екосистеми.

Майбутнє EVM

В основі візії Віталіка Бутеріна лежить розвиток ідей Bitcoin для створення універсального децентралізованого суперкомп’ютера, і саме Ethereum Virtual Machine є ключовим інструментом для реалізації цієї стратегії. З моменту запуску EVM постійно оновлюється й модернізується для підвищення продуктивності та функціональності. Оновлення Dencun, запроваджене на початку 2024 року, включило EIP-4844, що впроваджує proto-danksharding для значного зниження комісій за газ шляхом ефективнішої обробки даних транзакцій другого шару. Це оновлення використовує новий тип даних — blobs, які зберігаються тимчасово, а не постійно у блокчейні. Крім того, EIP-4788 підвищила інтеграцію, дозволивши EVM напряму звертатися до стану Beacon Chain, що важливо для протоколів ліквідного стейкінгу та кросчейн-взаємодії. У майбутньому дорожня карта Ethereum передбачає масштабування через rollups, у яких zero-knowledge EVM (zkEVM) відіграватимуть центральну роль. zkEVM забезпечують ефективну обробку транзакцій поза основним ланцюгом зі збереженням сумісності з Ethereum, що значно підвищує масштабованість і ефективність мережі.

Висновок

Ethereum Virtual Machine — це фундаментальний компонент інфраструктури Ethereum, який є основним рушієм виконання смартконтрактів у блокчейні. Опанування концепції EVM є ключем до розуміння сучасних децентралізованих систем і їх можливостей. Це складне програмне забезпечення виконує всі критичні обчислювальні функції мережі — від простих переказів токенів до складних децентралізованих застосунків. Окрім цього, EVM забезпечує надійні механізми захисту від атак, підтримуючи безпечну, стійку та децентралізовану платформу для глобальної спільноти розробників. Завдяки оновленням, як-от Dencun і майбутнім zkEVM, EVM залишається центральним елементом стратегії Ethereum щодо створення децентралізованого світового комп’ютера. Вплив EVM виходить за межі Ethereum: багато блокчейнів впровадили сумісність із EVM, щоб використовувати переваги розвиненої екосистеми та інструментів розробки. Безперервний розвиток і широка інтеграція EVM підтверджують її ключову роль у зростанні та інноваціях блокчейн-індустрії.

FAQ

Як працює EVM у блокчейні?

EVM обробляє смартконтракти, виконує транзакції та керує змінами стану у блокчейні Ethereum. Вона забезпечує децентралізоване обчислювальне середовище для виконання коду, даючи змогу автоматизованим і бездоказовим операціям працювати за визначеною логікою.

Чи є EVM і Ethereum одним і тим самим?

Ні, EVM — це не те саме, що Ethereum. EVM (Ethereum Virtual Machine) — це рушій виконання для Ethereum, а Ethereum — це вся блокчейн-мережа, до складу якої входить EVM та інші компоненти.

Яке призначення EVM?

Головне призначення EVM — виконання смартконтрактів і децентралізованих застосунків у різних блокчейн-мережах, забезпечення сумісності та однакового виконання коду.