以太坊虛擬機（EVM）是以太坊區塊鏈上負責執行智能合約及去中心化應用程式的核心計算環境。

簡介

Vitalik Buterin 創立了 Ethereum（以太坊），目標是讓區塊鏈技術的應用超越 Bitcoin（比特幣）原有的範疇。雖然他受到 Bitcoin 創新的點對點交易系統啟發，但 Buterin 堅信區塊鏈不應僅限於金融交易處理。這種遠見促成了 Ethereum 區塊鏈網路的誕生。Ethereum 不僅承襲了 Bitcoin 在 P2P 交易、不可竄改及去中心化儲存的核心能力，還創新加入了 Bitcoin 所缺乏的功能，特別是智能合約的執行能力。

這也帶出一個核心問題：區塊鏈網路如何執行智能合約？Ethereum 以 Ethereum Virtual Machine（EVM）來解決這項挑戰。EVM 是 Ethereum 網路的運算核心，為開發者部署和執行智能合約提供關鍵基礎設施，讓以太坊由單一加密貨幣升級為全球去中心化運算平台。本文將系統介紹 EVM 的定義、運作原理、優勢、應用場景與限制。在正式探討 EVM 前，將簡要說明智能合約的概念，為理解 EVM 的作用奠定基礎。

核心要點

• Vitalik Buterin 創立 Ethereum，率先實現智能合約——可在 Ethereum Virtual Machine（EVM）自動執行的合約協議。

• EVM 是複雜的軟體基礎設施，負責在 Ethereum 網路內部執行與部署智能合約，是生態系的運算主引擎。

• EVM 以世界狀態（管理帳戶餘額和合約）及機器狀態（分步執行交易）兩種方式處理網路交易。

• 智能合約以 Solidity 程式語言撰寫，編譯為位元組碼後由 EVM 執行。Gas 費用保障網路安全，防止惡意行為濫用資源。

• EVM 推動區塊鏈領域眾多創新，包括 ERC-20 代幣、去中心化交易所（DEX）、非同質化代幣（NFT）、DeFi 借貸協議以及去中心化自治組織（DAO）。

智能合約是什麼？

智能合約是區塊鏈領域的革命性創新——一種無需人工干預、可在區塊鏈網路自動執行的程式或應用。這類數位合約由開發者部署程式碼和資料，按既定邏輯自動執行預定操作。合約部署後，行為完全由程式碼掌控，用戶無法干預。

智能合約首度在 Ethereum 網路上成功落地，成為區塊鏈技術演進的重要里程碑。此後數百萬智能合約在 Ethereum 區塊鏈被創建和部署。EVM 在推動智能合約普及過程中扮演關鍵角色，為智能合約運行提供安全、可靠的運算環境。這些自動執行的合約催生大量去中心化應用和服務，徹底改變數位協議與自動化交易方式。

Ethereum Virtual Machine（EVM）是什麼？

Ethereum Virtual Machine 是 Ethereum 協議的運算核心。本質上是一台虛擬機器，驅動整個 Ethereum 網路的高階軟體環境，具備程式執行、資料儲存、網路連結等多種運算能力，是區塊鏈生態系不可或缺的底層支撐。

EVM 負責在 Ethereum 區塊鏈上執行程式碼與部署智能合約。這台去中心化電腦運行於全球數千個節點，確保智能合約嚴格按預設邏輯執行，無中斷、無審查、無詐騙且無第三方干預。EVM 為智能合約提供運行環境，開發者可據此建構複雜的去中心化應用（dApp），實現與以太坊區塊鏈深度互動。

運作原理

Ethereum 的功能不僅限於點對點交易處理，拓展需求促使開發者將網路視為「無限狀態機」而非單純分散式帳本，這也是 EVM 的設計理念。EVM 在世界狀態與機器狀態兩層面管理 Ethereum 的各項操作，功能分工互補。

世界狀態

世界狀態是 Ethereum 用於儲存帳戶餘額和智能合約的全域層級。與 Bitcoin 帳本類似，此狀態去中心化、不可竄改且公開，任何人皆可線上查詢。每筆交易完成後，EVM 都會更新世界狀態，確保區塊鏈上所有帳戶與合約資訊即時更新。

用戶可透過區塊瀏覽器即時查詢 Ethereum 區塊鏈，取得網路現狀的所有資料。世界狀態其實是對所有 Ethereum 帳戶、餘額及已部署智能合約的快照。網路高度透明是 Ethereum 實現去信任化的核心，任何人都能獨立驗證網路狀態。

機器狀態

機器狀態指 EVM 逐步處理交易的執行環境，被稱為 Ethereum 的開發者「沙盒」，用於程式碼隔離運作。Ethereum 網路主要處理兩類交易，每類交易由 EVM 以不同方式執行。

第一類是訊息呼叫，即一個帳戶向另一個帳戶轉帳 ETH。EVM 於完成轉帳後更新世界狀態，發送方需支付相應 Gas 費用補償運算資源。

第二類是合約創建，開發者在 Ethereum 上執行智能合約時，需支付 Gas 並提交合約位元組碼。EVM 處理位元組碼，執行合約邏輯並同步更新世界狀態。這種雙狀態機制確保 Ethereum 處理複雜智能合約時仍能維持網路一致性。

Solidity 程式語言

Ethereum 智能合約主要以 Solidity 語言撰寫。Solidity 類似 JavaScript，屬於高階程式語言，但機器無法直接讀取。開發者以人類可讀程式碼撰寫合約，但 EVM 僅能執行機器可讀指令。

因此，開發者需透過Ethereum Virtual Machine 編譯器（如 solc）將 Solidity 合約編譯為位元組碼。編譯過程將高階程式碼轉化為低階位元組碼，確保智能合約邏輯精確轉換為 EVM 可高效執行的格式。

智能合約執行機制

EVM 執行智能合約程式碼時，Gas 供應會隨運算操作消耗逐步減少。每項合約操作有對應 Gas 消耗，反映所需運算資源。若交易完成前 Gas 耗盡，EVM 即時終止執行。

若因 Gas 不足而停止執行，交易即被中止，世界狀態不會有任何變動。此機制保護網路避免無窮迴圈與資源過度消耗。雖不影響網路安全，但發送方 ETH 餘額會因已消耗資源而減少。若交易在 Gas 充足下順利完成，EVM 會同步世界狀態與機器狀態，永久記錄交易結果。

Gas 機制不僅補償網路驗證者的運算資源，還能防止垃圾交易與拒絕服務攻擊，同時促使開發者優化智能合約程式碼。Ethereum 透過資源收費，激勵高效開發與負責任的網路使用。

Ethereum Gas 費用

Gas 費用是 Ethereum 區塊鏈處理交易的經濟基礎。過去在工作量證明（PoW）共識機制下，交易執行需消耗大量硬體與電力資源，礦工因此需要經濟激勵。Gas 費用為礦工提供激勵，確保他們投入資源維護網路安全及交易處理。

單純 ETH 轉帳的 Gas 費用隨交易池擁堵程度變動。交易高峰時 Gas 價格上漲，用戶為加速交易處理而競價；低負載時則費用下降，交易更為經濟。

智能合約執行過程中，Gas 費用對網路安全及資源管理影響更深遠。合約位元組碼會拆分為操作碼（opcode），每個操作碼對應一定 Gas 消耗，越複雜費用越高。細緻定價機制有助抵禦惡意攻擊。

例如分散式拒絕服務（DDoS）攻擊期間，EVM 在機器狀態下持續執行惡意合約，但每一步都需支付 Gas，Gas 用盡後交易遭拒，網路得以安全。此經濟防禦機制令攻擊成本高昂，同時保障合法用戶高效互動。

EVM 優勢

EVM 以 Gas 費用機制及隔離執行環境，有效防禦各種網路攻擊，保障智能合約及自動化服務安全可靠運行，讓用戶確信交易能按預期完成。

Ethereum 網路發展多年，已成為區塊鏈界規模最大的加密貨幣生態，被譽為去中心化應用及智能合約部署的黃金標準。EVM 強大架構與廣泛應用推動側鏈及相容環境發展，使開發者能無縫遷移應用。EVM 相容區塊鏈生態日益壯大，持續擴展 Ethereum 應用影響力與實用性。

EVM 去中心化特性，任何人都能在 Ethereum 上創建智能合約，無需中央許可。此開放創新大幅拓展區塊鏈技術普及面，全球開發者可自由參與生態建設。EVM 推動金融、遊戲、社群等領域創新，賦能開發者部署去中心化服務與應用。

EVM 的確定性執行確保智能合約在任何環境下，只要輸入條件一致就會產生相同結果，是打造可靠去中心化應用的基礎。

EVM 應用場景

Ethereum Virtual Machine 的智能合約執行能力推動區塊鏈產業多項創新，徹底改變數位資產與服務的互動方式。以下列出 EVM 五大主流應用場景：

ERC-20 代幣

智能合約透過預設資料結構生成 ERC-20 代幣，負責命名、發行及追蹤。標準化合約讓代幣在 Ethereum 生態內行為一致，便於錢包、交易所及各類應用互通。2017 年首次代幣發行（ICO）熱潮期間，眾多新代幣採用此標準，展現智能合約的標準化優勢。

近年來，ERC-20 代幣在穩定幣領域最具代表性，如 USDT（Tether）、USDC（USD Coin）、DAI 等透過錨定法幣或其他資產達到價格穩定，為加密生態提供可靠媒介與價值儲存工具。ERC-20 的簡潔與廣泛支援讓其成為 Ethereum 上同質化代幣的事實標準。

去中心化交易所（DEX）

去中心化交易所透過智能合約讓用戶自主買賣加密貨幣，無需中心化中介。Uniswap、SushiSwap 等平台採用自動化造市商（AMM）模型，讓用戶可無第三方干預地存取代幣流動池。

DEX 完全由智能合約管理流動性池、執行交易及分配手續費，用戶始終掌控資產，大幅降低對手方風險。智能合約高度透明，確保交易規則一致且不可更改，提高平台公平性與用戶信任。

非同質化代幣（NFT）

非同質化代幣是區塊鏈上的獨特數位資產，專用於驗證所有權且不可複製替代。用戶透過智能合約創建 NFT 收藏，每個代幣對應獨一無二的數位內容，例如藝術品、音樂、虛擬地產或收藏品。

Bored Ape Yacht Club（BAYC）、CryptoPunks 等 NFT 收藏具有極高文化與經濟價值。持有者可在 OpenSea、Rarible 等市場交易 NFT，智能合約自動處理所有權變更及版稅支付等複雜流程。EVM 強大的合約執行能力促使 NFT 市場快速發展。

DeFi 借貸

去中心化金融（DeFi）平台讓用戶免除銀行等第三方中介即可借貸加密貨幣。智能合約自動管理借貸協議，包括抵押品處理及利息分配。

借款人透過足額抵押即時獲得貸款，出借人則按日收取利息，打造全天候、無地域限制的高效市場。Aave、Compound、MakerDAO 等平台充分展現智能合約借貸的實力，為全球用戶提供創新金融服務。

去中心化自治組織（DAO）

去中心化自治組織是一種無中央權威的社群實體，專案治理由成員集體決策。核心成員制定 DAO 規則並透過智能合約自動執行。

智能合約可實現投票、資金管理、提案提交與執行、成員管理等功能。DAO 打破傳統層級架構，促成全球協作及去中心化決策。典型案例如投資型 DAO、協議治理型 DAO 和社群型 DAO，皆仰賴 EVM 建構透明自動化治理體系。

EVM 局限性

EVM 主要有兩項局限。首先，使用者必須具備 Solidity 程式技能才能開發及互動智能合約，技術門檻限制生態普及。

其次，在 Ethereum 網路部署智能合約或應用時，可能面臨高額 Gas 費用。網路壅塞時費用特別高，致使部分應用難以維持經濟可行性。因此產業積極推動 Layer-2 解決方案及 EVM 相容區塊鏈，以降低成本並提升生態相容性。

EVM 相容加密貨幣

EVM 相容區塊鏈提供與 Ethereum 智能合約相容的替代執行環境，解決高 Gas 費用問題。開發者借鏡 Ethereum 架構，打造可於任意 EVM 相容網路間快速轉移資產的 DApp，形成多鏈互操作生態，開發者無需重寫程式即可多鏈部署。

目前主流 EVM 相容區塊鏈包括：

• BNB Smart Chain：以低成本、高出塊速度實現 Ethereum 相容
• Avalanche：高吞吐量、近乎即時終局，並支援 EVM
• Fantom：採用 DAG 架構提升擴充性
• Cardano：透過側鏈實現 EVM 相容，連結不同區塊鏈生態
• Polygon：專為 Ethereum 設計的 Layer-2 擴展方案
• Tron：提供 EVM 相容的去中心化應用平台

這些網路讓開發者幾乎無需修改程式即可部署 Ethereum 智能合約，極大拓展應用覆蓋面，為用戶在 Ethereum Gas 費用高昂時提供更多選擇。

EVM 發展前景

Vitalik Buterin 在 Bitcoin 基礎上提出了全球去中心化超級電腦的願景。Ethereum Virtual Machine 是實現此願景的核心，將區塊鏈由交易帳本提升至全球運算平台。自誕生以來，EVM 持續迭代升級，不斷適應區塊鏈生態的變化與成長。

Dencun 升級落地 EIP-4844 提案，為 Ethereum 引入 proto-danksharding，大幅降低 Gas 費用，提升 Layer-2 交易資料處理效率。升級核心為 blob 資料型態，不同於傳統區塊鏈資料，blob 可刪除而非永久儲存，明顯降低長期儲存負擔。EIP-4788 也提升相容性，讓 EVM 能直接存取 Beacon Chain 狀態，促進流動性質押與跨鏈互動，支援更複雜金融應用。Dencun 升級已於 2024 年初完成，是 Ethereum 進化的關鍵里程碑。

Ethereum 路線圖聚焦於 rollup 擴充性，零知識 Ethereum Virtual Machine（zkEVM）扮演重要角色。zkEVM 支援高效鏈下處理交易並與 Ethereum 相容，提升擴充性且不損安全。此方案以零知識證明驗證交易，有效支援大量鏈下交易並以極低成本上鏈驗證。

未來，EVM 有望在執行效率、安全性及 Layer-2 方案整合方面持續優化。關於無狀態用戶端、儲存模型及密碼學技術的研究，將進一步強化 EVM 功能與易用性。

結語

Ethereum Virtual Machine 是 Ethereum 的基礎核心，為生態系統提供強大的運算引擎。它支援區塊鏈智能合約執行，其高階軟體系統確保去中心化應用安全、可靠運作。

EVM 透過 Gas 費用機制及隔離執行環境保護網路安全，防範各類攻擊，維持平台的安全性、韌性與去中心化。憑藉確定性執行環境，EVM 推動金融、遊戲、社群媒體、供應鏈等多領域的去中心化應用創新。

隨著 Ethereum 持續升級（如 Dencun）及 Layer-2 方案不斷完善，EVM 持續站穩生態核心，滿足用戶與開發者多元需求。其影響力遍及多條 EVM 相容區塊鏈，擴展 Ethereum 應用範圍，打造多鏈生態。EVM 持續進化與廣泛應用，將繼續成為區塊鏈技術基石，推動創新及去中心化經濟合作模式發展。

常見問題解答

Ethereum Virtual Machine（EVM）是什麼？核心功能為何？

EVM 是 Ethereum 的核心組件，在隔離環境下執行智能合約。其主要功能為處理與驗證全網合約程式碼，實現安全、去中心化的可程式化區塊鏈應用。

EVM 如何執行智能合約程式碼？

EVM 會解譯編譯後的位元組碼為操作碼，採用堆疊模型逐步處理指令，在沙盒環境內維持狀態與記憶體的隔離變化。

EVM 與其他區塊鏈虛擬機（如 Solana VM、Cosmos VM）有何不同？

EVM 專為 Ethereum 設計，採用帳戶模型支援智能合約執行。Solana VM 強調平行處理以實現高吞吐量，Cosmos VM 著重生態互操作性。三者在架構、共識機制及開發語言各具特色。

為何 EVM 被稱為「世界電腦」？

EVM 被譽為「世界電腦」，因其能在全球分布式網路執行智能合約、實現無國界、無需許可的運算服務，任何人都能存取與使用。

什麼是 Gas 費用？與 EVM 運作機制有何關聯？

Gas 費用是 Ethereum 網路執行交易及智能合約的成本。每步運算均需消耗 Gas，與 EVM 運作環環相扣，既保障網路安全，也防止垃圾交易及攻擊。

開發者如何在 EVM 上部署及執行智能合約？

開發者以 Solidity 撰寫智能合約，利用 Truffle、Hardhat 等工具編譯並部署至 EVM 相容區塊鏈。合約部署後，將依預設邏輯及用戶互動自動執行。