Что такое Ethereum Virtual Machine (EVM)?

Ethereum Virtual Machine (EVM) — это прорывная инновация в блокчейн-технологиях и ключевой элемент для понимания смысла EVM в криптовалюте. Когда Виталик Бутерин создавал Ethereum, он задумывал блокчейн, который может не просто обрабатывать транзакции, как Bitcoin. В результате появилась сеть, способная выполнять смарт-контракты с помощью сложной вычислительной системы — Ethereum Virtual Machine. В этой статье рассматриваются основные концепции, принципы работы, преимущества и перспективы развития EVM.

Что такое смарт-контракты?

Смарт-контракты — это автономные программы, которые работают в блокчейн-сетях без участия человека. Они состоят из кода данных, который разработчики размещают для реализации конкретных инструкций при наступлении заранее заданных условий. После размещения смарт-контракт автоматически работает в полном соответствии с программой, устраняя посредников и централизацию. Ethereum стал первой сетью, реализовавшей смарт-контракты, и сегодня миллионы таких контрактов действуют в блокчейне Ethereum. Такой результат стал возможен благодаря EVM, который выступает вычислительной средой для всех операций со смарт-контрактами.

Что такое Ethereum Virtual Machine (EVM)?

Ethereum Virtual Machine — это цифровая программная платформа, встроенная в ядро протокола Ethereum. Понимание смысла EVM в криптовалюте важно для общего представления о современных блокчейн-технологиях. EVM — это виртуальная машина, то есть программная вычислительная среда, способная исполнять программы, хранить данные, подключаться к сетям и выполнять вычисления. Основная задача EVM — запуск и исполнение смарт-контрактов в сети Ethereum. В отличие от классических виртуальных машин, работающих на одном компьютере, EVM действует на тысячах узлов распределённой сети, что обеспечивает децентрализацию и защиту. Благодаря такой архитектуре Ethereum становится не только реестром, но и глобальной децентрализованной вычислительной платформой.

Как это работает

Механика работы EVM сложнее простой обработки транзакций между пользователями. Разработчики Ethereum называют сеть «неограниченной машиной состояний», что отражает продвинутый подход EVM к управлению данными и исполнению кода. Система работает через два состояния: мировое и машинное.

Мировое состояние — это постоянный реестр Ethereum, где хранятся балансы счетов и данные смарт-контрактов. Как и в Bitcoin, это состояние децентрализовано, неизменно и общедоступно. После каждой завершённой транзакции EVM обновляет мировое состояние, позволяя всем пользователям видеть синхронизированные данные в реальном времени через обозреватели блоков.

Машинное состояние — вычислительный уровень, на котором EVM поэтапно обрабатывает транзакции. Его называют «песочницей» для разработчиков Ethereum. Здесь существует два основных типа транзакций. Первый — message calls — перевод токенов ETH между счетами. При такой транзакции EVM перемещает токены между адресами и обновляет мировое состояние, взимая комиссию за вычисления (gas fee). Второй — contract creation — размещение смарт-контрактов в сети Ethereum. Для этого разработчик оплачивает gas fee и предоставляет байткод смарт-контракта для исполнения.

Язык программирования Solidity

Для создания смарт-контрактов в Ethereum разработчики используют в основном язык Solidity — это высокоуровневый язык, похожий на JavaScript. Чтобы разобраться в EVM, важно знать, как происходит компиляция и исполнение кода. Хотя Solidity читаем для программистов, машины не могут интерпретировать его напрямую. Поэтому смарт-контракты на Solidity компилируются в байткод с помощью компилятора EVM, например solc. Этот процесс превращает исходный код в низкоуровневые инструкции, которые EVM может исполнять. Байткод — это итоговая версия смарт-контракта, размещаемая в блокчейне и исполняемая EVM.

Исполнение смарт-контрактов

Исполнение в EVM построено на чётком и управляемом процессе. EVM обрабатывает байткод, расходуя газ в соответствии с вычислительной стоимостью каждой операции. Если газ заканчивается до завершения транзакции, EVM сразу прекращает выполнение и отменяет транзакцию без изменения мирового состояния. Сеть не меняется, но отправитель теряет ETH, потраченный на газ. Если исполнение завершается, EVM обновляет мировое состояние с учётом всех изменений, обеспечивая согласованность данных во всей сети.

Комиссии за газ в Ethereum

Комиссии за газ играют важнейшую роль в экосистеме Ethereum. Первоначально при консенсусе Proof of Work они компенсировали майнерам затраты на оборудование и электроэнергию для обработки транзакций. Для простых переводов ETH комиссия зависит от загруженности сети и спроса на транзакции.

При исполнении смарт-контрактов gas fee выполняет и защитную функцию. Байткод разбивается на opcodes — отдельные инструкции для EVM. Каждый opcode имеет стоимость газа в зависимости от сложности. Это защищает сеть от атак: например, при попытке DDoS-атаки через бесконечный цикл EVM продолжает исполнение и списывает газ за каждую операцию. Когда газ у злоумышленника заканчивается, EVM отменяет транзакцию, предотвращая сбой и исключая постоянный ущерб для сети.

Какие преимущества даёт EVM?

EVM обеспечивает экосистеме Ethereum ряд значимых преимуществ. Прежде всего, он защищает сеть от вредоносных действий, ограничивая потребление ресурсов через gas fee. Такая модель позволяет смарт-контрактам и автоматизированным сервисам работать в децентрализованной и доверенной среде.

Ethereum стал крупнейшей криптоэкосистемой и признанным стандартом для разработки децентрализованных приложений (DApp) и размещения смарт-контрактов. Смысл EVM выходит далеко за рамки среды исполнения — это новая парадигма работы децентрализованных приложений. EVM повлиял не только на Ethereum — многие блокчейны развернули совместимые с EVM среды, позволяя переносить приложения без изменения кода.

Кроме того, EVM работает без разрешений: любой может создать и разместить смарт-контракт в Ethereum без одобрения центрального органа. Эта открытость стимулирует инновации и развитие множества популярных децентрализованных сервисов и приложений.

Применение EVM

EVM открыл путь множеству инновационных решений в блокчейне. Пять ключевых примеров демонстрируют его универсальность и влияние.

ERC-20 токены — взаимозаменяемые цифровые активы, выпускаемые смарт-контрактами на основе стандартизированных структур данных. Эти структуры определяют имя токена, распределение эмиссии и механизмы учёта. Со временем многие криптовалюты были созданы как ERC-20 токены. Сегодня стейблкоины, например USDT, являются наиболее ценной реализацией стандарта ERC-20.

Децентрализованные торговые платформы используют смарт-контракты для организации торговли криптовалютой без посредников. Такие площадки часто реализуют протоколы автоматизированного маркет-мейкера (AMM), что позволяет пользователям работать с пулами ликвидности и обменивать токены напрямую, без участия третьих лиц.

Невзаимозаменяемые токены (NFT) — уникальные цифровые объекты в блокчейне, подтверждающие право собственности и не подлежащие дублированию. Смарт-контракты позволяют создавать и выпускать NFT-коллекции, например Bored Ape Yacht Club и Cryptopunks. Владельцы NFT могут торговать ими на маркетплейсах.

Платформы DeFi-кредитования позволяют пользователям предоставлять и получать займы в криптовалюте без традиционных финансовых посредников. Смарт-контракты управляют этими протоколами, автоматически выдавая займы и распределяя проценты между заёмщиками и кредиторами, иногда ежедневно.

Децентрализованные автономные организации (DAO) — это коллективные объединения без централизованного управления. Члены совместно принимают решения о развитии проектов, правила определяются ядром сообщества и реализуются смарт-контрактами, которые автоматически исполняют условия.

Ограничения EVM

Несмотря на свои преимущества, EVM имеет ограничения. Первое — доступность: для создания и использования смарт-контрактов нужны знания Solidity и навыки программирования. Это техническое препятствие ограничивает вовлечение многих пользователей в экосистему Ethereum.

Второе — стоимость. Комиссии за газ при создании смарт-контрактов или запуске приложений на Ethereum могут быть слишком высокими, особенно при перегруженности сети. Такие расходы отпугивают разработчиков и пользователей от создания и использования приложений на Ethereum.

Какие криптовалюты совместимы с EVM?

Блокчейны, совместимые с EVM, стали решением проблемы высоких комиссий в Ethereum. Разработчики создали альтернативные сети, включающие элементы архитектуры Ethereum, что позволяет пользователям свободно перемещать активы между совместимыми с EVM цепочками. Некоторые популярные блокчейны реализовали такую совместимость: различные smart chain платформы, Avalanche, Fantom, Cardano, Polygon, Tron. Эти сети предлагают функционал, аналогичный Ethereum, часто обеспечивая более высокую скорость и низкие комиссии, расширяя экосистему децентрализованных приложений и сервисов для пользователей.

Будущее EVM

Виталик Бутерин видит целью Ethereum создание доступного децентрализованного суперкомпьютера, и EVM играет ключевую роль в реализации этой идеи. EVM прошёл множество обновлений и продолжает развиваться с развитием технологий.

Обновление Dencun, завершённое в начале 2024 года, принесло серьёзные улучшения. EIP-4844 внедрил proto-danksharding в Ethereum, что снизило комиссии за газ благодаря более эффективной обработке данных транзакций второго уровня. Для этого используется новый тип данных — blobs, которые хранятся временно и удаляются, не занимая место в блокчейне навсегда. Кроме того, EIP-4788 повысил совместимость, позволив EVM напрямую обращаться к состоянию Beacon Chain, что поддерживает такие протоколы, как ликвидный стейкинг и кроссчейновые операции.

В будущем дорожная карта Ethereum предусматривает масштабирование за счёт rollup-технологий. Zero-knowledge EVM (zkEVM) играют в этом процессе ключевую роль, позволяя эффективно обрабатывать транзакции вне основной цепи при сохранении совместимости с инфраструктурой Ethereum. Эти разработки позволят повысить масштабируемость, сохраняя безопасность и децентрализацию, которые определяют сеть Ethereum.

Заключение

Ethereum Virtual Machine — фундаментальный элемент блокчейн-технологий, который изменил принципы работы децентрализованных приложений. Понимание сути EVM в криптовалюте необходимо для понимания будущего децентрализованных вычислений. Благодаря автономному исполнению смарт-контрактов в распределённой сети EVM превратил Ethereum из простой криптовалюты в комплексную платформу для децентрализованных вычислений. Его роль выходит за пределы обработки транзакций — EVM обеспечивает ключевые механизмы безопасности, поддерживает множество сценариев использования от токенов до DAO и постоянно совершенствуется благодаря обновлениям, таким как Dencun, и внедрению zkEVM. Несмотря на техническую сложность и высокие комиссии, EVM стал эталоном исполнения смарт-контрактов. По мере развития Ethereum EVM остаётся важнейшим инструментом для создания по-настоящему децентрализованной, глобальной вычислительной платформы, где разработчики и пользователи могут реализовывать инновационные проекты без централизованного контроля.

FAQ

Какой криптокошелёк поддерживает EVM?

Rabby Wallet — EVM-кошелёк. Он поддерживает Ethereum и все совместимые с EVM сети. Кошелёк некастодиальный и с открытым исходным кодом.

Как получить адрес EVM-кошелька?

Откройте приложение кошелька с поддержкой EVM, выберите сеть Ethereum — ваш адрес будет показан. Этот адрес можно скопировать или отправить для проведения транзакций.

Что такое EVM простыми словами?

EVM — виртуальная машина Ethereum, цифровая среда для работы смарт-контрактов и обработки транзакций в сети Ethereum.