Вичерпний посібник з Ethereum Virtual Machine (EVM): зрозумійте принципи функціонування та екосистему за 3 хвилини

Що таке смартконтракти? Огляд трьох ключових операційних елементів

Смартконтракти — це комп’ютерні програми або застосунки, що працюють автономно на блокчейн-мережах. Розробники розміщують код даних для виконання визначених інструкцій. Користувачі не мають контролю над смартконтрактами, оскільки ті виконуються автоматично згідно з алгоритмом. Смартконтракти стали революційним досягненням у технологіях блокчейн, забезпечуючи автоматичне виконання домовленостей без участі посередників.

Ethereum став першою блокчейн-платформою, яка успішно реалізувала смартконтракти. Впродовж років мільйони смартконтрактів були створені й розміщені на блокчейні Ethereum. EVM стала ключовим компонентом цього процесу, забезпечуючи обчислювальну основу екосистеми.

Елемент смартконтракту 1: Мова програмування

Найпопулярнішою мовою для створення смартконтрактів Ethereum є Solidity. Як і JavaScript, вона є мовою високого рівня, зручною для розуміння людиною, але непридатною для прямої машинної інтерпретації. Тому після написання смартконтракту на Solidity його потрібно конвертувати у машинну мову або байткод через компілятор Ethereum Virtual Machine, наприклад solc. Компіляція перетворює код на інструкції для EVM, оптимізує виконання та гарантує дотримання стандартів безпеки.

Елемент смартконтракту 2: Виконання смартконтракту

Під час виконання коду EVM запас Gas зменшується згідно з обчислюваною вартістю Gas. Якщо до завершення транзакції запас Gas досягає нуля, EVM негайно припиняє виконання. Транзакція скасовується, зміни у глобальному стані не відбуваються, що захищає мережу від незавершених або зловмисних операцій. Мережа залишається стабільною, але баланс ETH відправника зменшується для сплати витрат до моменту зупинки. Якщо виконання завершується успішно, EVM оновлює глобальний стан відповідно до машинного стану й забезпечує узгодженість даних у мережі.

Елемент смартконтракту 3: Комісії Gas у Ethereum

Комісії Gas є критично важливими для процесингу транзакцій у блокчейні Ethereum. Коли в Ethereum використовувався консенсус Proof of Work (PoW), для обробки транзакцій були потрібні апаратні ресурси та електроенергія, а майнери отримували винагороду. Для переказу токенів ETH комісія Gas змінюється залежно від навантаження мережі.

Під час виконання байткоду смартконтракту комісії Gas мають інше призначення. Байткод розбивається на "opcodes" (операційні коди) — інструкції для обчислень у EVM. Кожному opcode присвоюється певна вартість Gas: що складніша операція, то вище її ціна. Цей механізм захищає блокчейн Ethereum від атак. Наприклад, під час DDoS-атаки EVM продовжує виконувати смартконтракт у машинному стані, стягуючи комісію Gas за кожне обчислення; якщо Gas у відправника закінчується, транзакція скасовується, що ефективно нейтралізує атаки на ресурси.

Що таке Ethereum Virtual Machine (EVM)? Аналіз двох операційних станів

EVM інтегрована у ядро протоколу Ethereum. Це віртуальна машина, тобто цифрове програмне забезпечення, яке підтримує роботу мережі Ethereum. Віртуальна машина виконує програми, зберігає дані, підключається до мереж і реалізує обчислення. Вона відповідає за виконання та розміщення смартконтрактів, забезпечуючи обчислювальну основу всієї екосистеми Ethereum.

Ethereum опрацьовує не лише транзакції між учасниками, тому потребує складнішої обчислювальної системи. Замість визначення мережі як розподілений реєстр, розробники Ethereum називають її "машиною станів з необмеженою кількістю станів". Це базова концепція роботи EVM. У мережі існують два типи стану: глобальний та машинний, які виконують різні й доповнюючі функції.

Операційний стан EVM 1: Глобальний стан

Глобальний стан — це рівень, де Ethereum зберігає баланси рахунків і смартконтракти. Як і реєстр Bitcoin, він децентралізований, незмінний і доступний онлайн. EVM оновлює цей рівень після кожної завершеної транзакції, гарантує однакову інформацію для всіх учасників. Кожен, хто має блокчейн-оглядач, може переглянути дані Ethereum у реальному часі. Глобальний стан — це актуальний знімок рахунків, балансів і сховищ контрактів, що забезпечує прозорий, перевіряємий запис статусу мережі.

Операційний стан EVM 2: Машинний стан

Машинний стан — це ізольоване середовище, в якому EVM поетапно обробляє транзакції. Його також називають "пісочницею Ethereum" для розробників. У мережі Ethereum обробляються два типи транзакцій. Перший — "message calls" (виклики повідомлень): рахунок передає ETH іншому рахунку. EVM здійснює переказ ETH з одного гаманця на інший і оновлює глобальний стан. Відправник сплачує комісію Gas за виконані обчислення. Машинний стан дозволяє здійснювати тимчасові зміни й обчислення до фіксації результату у глобальному стані, забезпечуючи атомарність і узгодженість транзакцій.

Переваги та обмеження Ethereum Virtual Machine (EVM): Вигоди та обмеження

Переваги EVM

EVM протидіє атакам через механізм комісій Gas і контроль виконання. Вона виконує смартконтракти і автоматизовані сервіси на захищеній платформі. Мережа Ethereum має найбільшу криптоекосистему, є галузевим стандартом для створення DApp і розміщення смартконтрактів.

Інші блокчейни створили сайдчейни, що дозволяють розробникам Ethereum переносити застосунки без модифікації коду, демонструючи сумісність і широке впровадження EVM. Це сприяє інноваціям і знижує витрати на розробку у блокчейн-галузі.

EVM є децентралізованою — кожен може створювати смартконтракти в Ethereum без дозволу. Вона забезпечує розробку і розміщення децентралізованих сервісів та застосунків, які стали популярними останніми роками. Бездозвільний доступ демократизує технології блокчейн, залучаючи розробників з усього світу.

Обмеження EVM

EVM має два ключових обмеження. Перше — необхідність знань і навичок програмування на Solidity, що ускладнює старт новачкам. Це технічний бар’єр для масового впровадження та потребує освітніх рішень.

Друге — під час створення смартконтрактів чи застосунків у мережі Ethereum комісії Gas можуть стати занадто високими, особливо в періоди навантаження. Високі витрати роблять окремі сценарії невигідними і стимулюють розвиток Layer 2 рішень та альтернативних блокчейнів.

Екосистема EVM Ethereum Virtual Machine: П’ять основних сценаріїв використання

Під час роботи Ethereum Virtual Machine з’явилися численні інновації у блокчейні. Нижче — п’ять основних сценаріїв використання EVM, що ілюструють різноманітність і потужність технології:

Сценарій екосистеми EVM 1: ERC-20 токени

ERC-20 токени створюються через смартконтракти із заданими структурами даних. Структура відповідає за назву, розподіл і облік токенів, забезпечуючи стандарт для створення токенів. У 2017 році, під час популярності Initial Coin Offering (ICO), нові криптовалюти запускалися через ERC-20 токени. Останні роки найкраще застосування ERC-20 токенів — стабільні монети, такі як USDT, які гарантують стабільність ціни та полегшують торгівлю на децентралізованих платформах. Стандарт ERC-20 став основою токенізації у блокчейні.

Сценарій екосистеми EVM 2: Децентралізовані біржі (DEX)

Децентралізовані біржі (DEX) дозволяють купувати, продавати та обмінювати криптовалюти через смартконтракти без посередників. Біржі Uniswap і SushiSwap використовують Automated Market Maker (AMM), що дозволяє працювати з пулами ліквідності без участі третіх сторін. Такі платформи докорінно змінюють торгівлю криптовалютами, забезпечуючи прозорий, бездозвільний доступ до ринку та зберігаючи контроль користувачів над активами.

Сценарій екосистеми EVM 3: NFT

NFT — це цифрові твори на блокчейні, що підтверджують право власності та унікальність. Блокчейн-ентузіасти використовують смартконтракти для створення та карбування NFT-колекцій, гарантуючи рідкість і автентичність. Найцінніші NFT-колекції — Bored Ape Yacht Club (BAYC) та CryptoPunks. Власники можуть передавати чи продавати NFT на маркетплейсах, таких як OpenSea, створюючи активний вторинний ринок цифрових колекцій і мистецтва.

Сценарій екосистеми EVM 4: DeFi-кредитування

DeFi-кредитування — це платформи, які дозволяють позичати або брати у позику криптовалюту без третіх сторін. Протоколи кредитування автоматизуються смартконтрактами, від оформлення до погашення позики. Позики надаються миттєво, а кредитори іноді отримують відсотки щоденно. Така модель розширює доступ до фінансових послуг, дозволяє отримувати прибуток або ліквідність без традиційної банківської інфраструктури.

Сценарій екосистеми EVM 5: Децентралізовані автономні організації

Децентралізовані автономні організації (DAO) — це публічні структури без централізованого управління, що діють через колективні рішення. У DAO учасники приймають управлінські рішення щодо проектів через голосування, закладене у смартконтракти. Правила DAO встановлюють основні учасники і закріплюють у смартконтракті, що забезпечує прозоре, демократичне управління. Така модель відкриває нову парадигму координації у цифрову епоху.

Криптовалюти та сумісність з EVM: Які криптовалюти підтримують EVM?

EVM-сумісні блокчейни вирішують проблему високих комісій Gas та зберігають сумісність із середовищем розробників Ethereum. Розробники використовують компоненти Ethereum і створюють DApp, які дозволяють швидко переміщати активи між EVM-мережами. Серед основних блокчейнів, що працюють із EVM, головні:

• Провідні платформи Smart Chain
• Avalanche
• Fantom
• Cardano
• Polygon
• Tron

Ці EVM-сумісні мережі надають розробникам гнучкість для розміщення застосунків у різних мережах, використовуючи інструменти та інфраструктуру Ethereum. Мультичейновий підхід стимулює інновації, знижує витрати та покращує користувацький досвід у блокчейн-екосистемі.

Перспективи EVM Ethereum Virtual Machine: Останні тенденції у сфері смартконтрактів

На основі Bitcoin, Віталік Бутерін задумав створити децентралізований суперкомп’ютер із доступом для всіх. Ethereum Virtual Machine допомогла реалізувати це бачення, перетворивши блокчейн із простого реєстру транзакцій на глобальну обчислювальну платформу. З моменту запуску EVM постійно вдосконалюється, отримує нові функції та оптимізації.

Смартконтракти визначають основні тренди у блокчейн-технологіях — DeFi, NFT, DAO. У майбутньому EVM стане рушієм наступного покоління децентралізованих застосунків, трансформуючи фінанси, логістику, ігри й інші сфери. Розвиток Layer 2 рішень, кросчейнових мостів і інструментів для розробників зробить EVM доступнішою, ефективнішою і розширить її вплив на цифрову економіку.

FAQ

Що таке Ethereum Virtual Machine (EVM)? Яка її основна функція?

EVM — це ізольоване середовище виконання смартконтрактів Ethereum. Вона компілює Solidity у байткод і виконує його безпечно. Головна функція — забезпечення детермінованого виконання контрактів, контроль витрат Gas і узгодженість стану мережі.

Як EVM виконує смартконтракти? Які принципи її роботи?

EVM виконує смартконтракти, завантажуючи байткод і покроково виконуючи інструкції у стековій моделі. Вона опрацьовує opcodes ізольовано, забезпечує середовище, де код контракту не має доступу до мережі чи зовнішніх систем. Зміни стану фіксуються у блокчейні через обробку з урахуванням Gas.

Чим EVM відрізняється від інших віртуальних машин блокчейнів, наприклад Solana VM?

EVM реалізує контрактну модель зберігання і послідовне виконання, Solana VM — модель рахунків із паралельною обробкою. EVM акцентує безпеку через ізоляцію стану, Solana VM — оптимізацію пропускної здатності через паралельність на рівні рахунків.

Які мови та інструменти потрібні для розробки смартконтрактів на EVM?

Для смартконтрактів на EVM використовують переважно Solidity. До основних інструментів належать Hardhat і Truffle для компіляції, тестування та розгортання. Для взаємодії з блокчейном — бібліотеки Web3.js і Ethers.js.

Як працює механізм комісій Gas у EVM?

Gas у EVM — це вимір обчислювальної потужності для операцій. Споживання Gas охоплює виконання та виклики повідомлень. Комісії розраховуються динамічно залежно від складності й сплачуються користувачами для обробки транзакцій.

Які основні Layer 2 рішення для масштабування в екосистемі EVM?

Головні Layer 2 рішення — Optimism, Polygon 2.0, Mantle, zkSync. Вони підвищують масштабованість і пропускну здатність Ethereum за допомогою rollup і zero-knowledge proof.

Як забезпечити безпеку смартконтрактів, розміщених на EVM?

Для безпеки смартконтрактів EVM проводьте аудит коду, уникайте недетермінованих операцій (наприклад, випадкових чисел і часових міток), здійснюйте тестування, використовуйте інструменти формальної верифікації до розміщення.

Що таке EVM-сумісні блокчейни? Чому вони обирають EVM-сумісність?

Головні EVM-сумісні блокчейни — BNB Chain, Polygon, Avalanche, Arbitrum, Optimism. Вони обирають EVM-сумісність для використання розробницьких інструментів Ethereum, гаманців MetaMask і смартконтрактів, що забезпечує швидке зростання екосистеми, просту міграцію користувачів і зниження складності розробки.