Що таке Ethereum Virtual Machine (EVM)?

Ethereum Virtual Machine (EVM) — це інноваційний компонент блокчейн-технологій. EVM є обчислювальним ядром, що забезпечує роботу мережі Ethereum та різних екосистем EVM-ланцюгів. Віталік Бутерін, створюючи Ethereum, прагнув розширити можливості блокчейну за межі простих транзакцій Bitcoin. Його мета — блокчейн, здатний виконувати складні програми та самостійно виконувані угоди. Це стало основою для розробки смартконтрактів і EVM, що забезпечує їх виконання.

Що таке смартконтракти?

Смартконтракти — це автономні комп’ютерні програми, що виконують заздалегідь визначені дії у блокчейні без участі людини. Вони містять код даних, який розробники розгортають для автоматичного виконання конкретних завдань. Після розміщення користувачі не мають контролю над смартконтрактом: він працює відповідно до початкового програмування, забезпечуючи прозорість і надійність. Мережа Ethereum першою реалізувала смартконтракти у блокчейні, ставши платформою, що успішно інтегрувала цю технологію. Сьогодні мільйони смартконтрактів функціонують у блокчейні Ethereum і різних мережах EVM-ланцюгів, забезпечуючи фінансові операції та управління організаціями завдяки складному виконанню у середовищі EVM.

Що таке Ethereum Virtual Machine (EVM)?

Ethereum Virtual Machine — це складна віртуальна машина, інтегрована в протокол Ethereum і різні реалізації EVM-ланцюгів. EVM — це цифрове програмне середовище, що виконує ключові функції в екосистемі Ethereum. Вона є обчислювальним ядром мережі, виконує програми, зберігає дані, під’єднує до мереж і проводить обчислення. Найголовніше — EVM відповідає за виконання і розгортання смартконтрактів на блокчейні Ethereum та сумісних платформах EVM-ланцюгів. Від традиційних віртуальних машин EVM відрізняється розподіленою роботою на тисячах вузлів по всьому світу. Це забезпечує послідовне, прозоре та захищене виконання смартконтрактів. Така архітектура робить EVM революційною технологією для бездовірчих обчислень у глобальному масштабі.

Як це працює

EVM функціонує на основі складної двоетапної системи, яка відрізняє мережу Ethereum та EVM-ланцюги від простіших блокчейн-мереж. Така структура дозволяє Ethereum виступати як "unbounded state machine" (необмежена машина станів), яка обробляє складні транзакції, що виходять за межі простих переказів вартості. EVM керує двома станами: світовим і машинним, кожен із яких виконує окремі задачі у процесі обробки транзакцій.

Світовий стан

Світовий стан — це постійний облік всіх балансових рахунків і смартконтрактів Ethereum. Він схожий на реєстр Bitcoin, але містить більше інформації. Цей стан є децентралізованим, незмінним і доступним кожному з доступом до Інтернету. Після кожної транзакції EVM оновлює цей шар, забезпечуючи однакові дані для всіх учасників через блок-оглядачі. Прозорість і послідовність — основа роботи Ethereum у всіх реалізаціях EVM-ланцюгів.

Машинний стан

Машинний стан — це середовище виконання EVM, яке часто називають "пісочницею" Ethereum для розробників. Тут EVM обробляє транзакції покроково, розділяючи їх на два типи. Перший — "message calls" (виклики повідомлень), тобто прості перекази токенів ETH між рахунками. EVM переміщує токени між гаманцями та оновлює світовий стан, списуючи з відправника комісію за газ за обчислення. Другий тип — "contract creation" (створення контракту), коли розробники розгортають смартконтракти в Ethereum або EVM-ланцюгах. Вони сплачують газ і додають байткод, який EVM обробляє і записує в блокчейн.

Мова програмування Solidity

Solidity — основна мова для створення смартконтрактів Ethereum і додатків на EVM-ланцюгах. Це мова високого рівня, схожа на JavaScript за синтаксисом і структурою, зрозуміла для розробників. Машини не виконують код Solidity напряму, тому потрібна компіляція. Розробники компілюють смартконтракти Solidity у машинний байткод через інструменти на кшталт компілятора Ethereum Virtual Machine (solc). Під час компіляції код людиною перетворюється на низькорівневі інструкції, які виконує EVM, поєднуючи задум розробника та виконання машини.

Виконання смартконтрактів

Процес виконання смартконтрактів у EVM демонструє складне управління ресурсами та безпеку у всіх реалізаціях EVM-ланцюгів. Виконуючи байткод, EVM постійно слідкує за залишком газу і списує його відповідно до вартості кожної операції. Такий механізм забезпечує справедливе використання ресурсів і захист від зловживань. Якщо газ закінчується до завершення транзакції, EVM зупиняє виконання, скасовує транзакцію і не змінює світовий стан. Мережа залишається стабільною, а баланс відправника зменшується на витрачений газ. Якщо виконання успішне, EVM оновлює світовий стан, фіксуючи зміни у блокчейні.

Газові комісії Ethereum

Комісії за газ — ключовий елемент екосистеми Ethereum і EVM-ланцюгів. Вони стимулюють валідаторів і забезпечують безпеку мережі. У моделі Proof of Stake комісії компенсують витрати валідаторів на обробку транзакцій. Для простих переказів ETH комісії змінюються залежно від завантаженості мережі та попиту. При виконанні смартконтрактів комісії мають особливе значення. Під час виконання байткод розбивається на "opcodes" (операційні коди), кожен з яких має свою вартість газу, пропорційну складності. Чим складніше обчислення, тим більша комісія. Такий підхід критично важливий для безпеки Ethereum. Наприклад, при DDoS-атаці через шкідливі смартконтракти, EVM продовжує роботу і списує газ за кожну операцію. Коли газ вичерпується, EVM скасовує транзакцію, нейтралізуючи загрозу без шкоди для мережі.

Які переваги має EVM?

EVM має багато переваг, які утвердили Ethereum як лідера серед платформ для смартконтрактів і надихнули на створення багатьох проектів EVM-ланцюгів. Основна перевага — безпека: архітектура EVM і механізм газових комісій забезпечують захист від атак і дозволяють виконувати смартконтракти у довіреному середовищі. Мережа Ethereum стала найбільшою криптоекосистемою, еталоном для розробки децентралізованих додатків (DApp) і розгортання смартконтрактів. Це надихнуло багато блокчейн-проектів створювати EVM-сумісні сайдчейни, що дозволяє розробникам переносити додатки без зміни коду. Децентралізований характер EVM забезпечує відкритість: будь-хто може створювати смартконтракти без дозволу. Така відкритість сприяла стрімкому розвитку децентралізованих сервісів і додатків у багатьох мережах EVM-ланцюгів, демократизуючи доступ до блокчейн-технологій і даючи розробникам можливість створювати нове покоління децентралізованих рішень.

Сфери застосування EVM

Ethereum Virtual Machine дала змогу створити багато новаторських рішень у блокчейн-екосистемі та на платформах EVM-ланцюгів. Сфери застосування EVM-контрактів ілюструють їхню універсальність:

ERC-20 токени

ERC-20 токени — це взаємозамінні цифрові активи, створені за допомогою смартконтрактів та стандартизованих структур даних. Вони визначають характеристики токенів, механізми розподілу й системи обліку. Після буму ICO було створено тисячі нових криптовалют на основі ERC-20. Сьогодні найбільш поширене застосування ERC-20 — стейблкоїни, такі як USDT, які забезпечують стабільність ціни і сприяють зручному переказу вартості у криптоекосистемі та різних мережах EVM-ланцюгів.

Децентралізовані біржі

Децентралізовані торгові платформи змінюють підхід до торгівлі криптовалютами, використовуючи смартконтракти для здійснення транзакцій між користувачами без посередників. Платформи з AMM-протоколами дають змогу отримати доступ до пулів ліквідності токенів напряму. Вони усувають недоліки традиційних бірж і забезпечують повний контроль користувачів над своїми активами у процесі торгівлі в мережах EVM-ланцюгів.

NFT

Невзаємозамінні токени (NFT) — це унікальні цифрові активи, підтверджені та збережені у блокчейні. Смартконтракти дозволяють творцям випускати та управляти колекціями NFT, забезпечуючи автентичність і запобігаючи дублюванню. Відомі колекції, такі як Bored Ape Yacht Club (BAYC) і Cryptopunks, демонструють культурну й економічну цінність NFT. Власники можуть переказувати і продавати NFT на різних маркетплейсах, а всі транзакції підтверджені смартконтрактами, виконаними через EVM на різних платформах EVM-ланцюгів.

DeFi-кредитування

DeFi-платформи для кредитування усувають фінансових посередників, використовуючи смартконтракти для регулювання позик і запозичень. Такі платформи швидко видають кредити позичальникам і пропонують кредиторам конкурентні ставки, які можуть виплачуватися щоденно. Автоматизований характер протоколів знижує витрати і підвищує доступність у різних екосистемах EVM-ланцюгів, демократизуючи фінансові послуги у світі.

Децентралізовані автономні організації

Децентралізовані автономні організації (DAO) — це новий підхід до управління без централізованої влади. Учасники DAO спільно приймають рішення щодо проекту і розподілу ресурсів. Смартконтракти кодують і забезпечують виконання організаційних правил, створюючи прозоре і демократичне управління в мережах EVM-ланцюгів. DAO відкриває можливості для глобальної співпраці і розвитку спільнот у різних сферах.

Обмеження EVM

Незважаючи на інноваційність, EVM має дві суттєві проблеми. Перша — необхідність знань Solidity і навичок програмування, що ускладнює доступ для нетехнічних користувачів, які хочуть створювати або взаємодіяти зі смартконтрактами. Це обмежує впровадження і інновації для тих, хто не має технічного досвіду. Друга — високі комісії за газ, особливо за високого навантаження мережі. Висока вартість створення смартконтрактів і запуску DApp може стримувати розробників і користувачів, знижуючи доступність і масштабованість платформи у різних мережах EVM-ланцюгів.

Які криптовалюти сумісні з EVM?

Сумісність із EVM — це популярне рішення для подолання високих комісій і проблем масштабованості Ethereum. Декілька блокчейн-мереж впровадили EVM-сумісні архітектури, що дозволяє розробникам розгортати додатки на основі Ethereum із мінімальними змінами. Це забезпечує зручний переказ активів між мережами й зберігає звичне середовище розробки. Серед відомих платформ EVM-ланцюгів — Layer-1 і Layer-2 рішення, такі як Avalanche, Fantom, Cardano, Polygon і Tron. Такі мережі використовують технології Ethereum і пропонують швидші транзакції та нижчі комісії, створюючи екосистему блокчейн-платформ, що розширюють вибір для користувачів і гнучкість для розробників.

Майбутнє EVM

Ethereum Virtual Machine продовжує розвиватися, наближаючи бачення Віталіка Бутеріна щодо універсального децентралізованого суперкомп’ютера. Останні оновлення демонструють прогрес у вирішенні проблем масштабованості та ефективності екосистеми EVM-ланцюгів. Оновлення Dencun, завершене на початку 2024 року, принесло значні поліпшення через EIP-4844 і proto-danksharding. Це суттєво знижує комісії за газ, забезпечуючи ефективніше оброблення даних транзакцій Layer-2 через новий тип даних — blob, які тимчасово зберігаються, а не назавжди фіксуються у блокчейні. Крім того, EIP-4788 покращив взаємодію між мережами, дозволяючи EVM напряму отримувати стан Beacon Chain — важливо для протоколів ліквідного стейкінгу і міжланцюгових операцій. Дорожня карта Ethereum фокусується на масштабованості через rollup-рішення і zero-knowledge EVM (zkEVM). zkEVM дозволяють ефективно обробляти транзакції поза ланцюгом із збереженням сумісності з Ethereum, підвищуючи масштабованість і продуктивність без втрати безпеки чи децентралізації у всіх реалізаціях EVM-ланцюгів.

Висновок

Ethereum Virtual Machine — фундамент блокчейн-інновацій, що забезпечує виконання смартконтрактів і роботу мережі Ethereum та багатьох платформ EVM-ланцюгів. EVM виконує ключові обчислювальні завдання і підтримує безпеку мережі через механізми газових комісій і керування станами. Oкрім технічної функціональності, EVM сприяла революції у сфері децентралізованих додатків: від DeFi-протоколів і NFT до DAO і децентралізованих платформ торгівлі. Її вплив поширюється на EVM-сумісні блокчейни, формуючи екосистему, що поєднує інновації з перевіреними технологіями. Незважаючи на виклики — високі комісії і технічний поріг входу — постійні оновлення, такі як Dencun і zkEVM, підтверджують прагнення до вдосконалення. EVM залишається ключовим елементом для створення безпечної, доступної і децентралізованої обчислювальної платформи, що дає змогу розробникам і користувачам створювати майбутнє Web3 у багатьох мережах EVM-ланцюгів.

FAQ

Що таке EVM-ланцюг?

EVM-ланцюг — це блокчейн, що виконує смартконтракти й обробляє транзакції через протокол Ethereum Virtual Machine. Він сумісний з Ethereum і дає змогу взаємодіяти з іншими EVM-ланцюгами.

Скільки існує EVM-ланцюгів?

Станом на 2025 рік існують сотні EVM-ланцюгів. Точна кількість змінюється, оскільки з’являються нові ланцюги, а деякі стають неактивними, але оцінки свідчать про понад 200 активних EVM-сумісних блокчейнів.

Чи є Solana EVM-ланцюгом?

Ні, Solana не є EVM-ланцюгом. Вона використовує власне середовище виконання і механізм консенсусу, але має сумісність із EVM через рішення типу Neon EVM.

Що таке EVM-сайдчейн?

EVM-сайдчейн — це блокчейн, який працює паралельно з основним, використовуючи технологію Ethereum. Він забезпечує швидші та дешевші транзакції, зберігаючи сумісність зі смартконтрактами і інструментами Ethereum.