Sercem sieci Ethereum jest jej maszyna wirtualna, która umożliwia programistom konstruowanie i uruchamianie zdecentralizowanych aplikacji (DApps).
Mimo istnienia nowszych rozwiązań, Ethereum nadal cieszy się największym uznaniem wśród twórców oprogramowania blockchain. Nie zniechęcają ich nawet wolniejsze transakcje i wyższe opłaty za gaz.
Dojrzałość ekosystemu Ethereum jest czynnikiem zwiększającym zaufanie programistów, a dostępność szerokiej gamy narzędzi i zasobów programistycznych dodatkowo umacnia jego pozycję.
W ostatnich latach pojawiło się wiele nowych ekosystemów blockchain, jednak to Ethereum pozostaje liderem z kapitalizacją rynkową przekraczającą 368 miliardów dolarów.
Po zrozumieniu popularności i potrzeb związanych z blockchainem Ethereum, przejdźmy do omówienia jego maszyny wirtualnej, czyli EVM.
Wprowadzenie do EVM
Maszyna Wirtualna Ethereum (EVM) to wirtualny komputer umożliwiający tworzenie zdecentralizowanych aplikacji (DApps). Programiści korzystają z niej do wdrażania i wykonywania inteligentnych kontraktów w sieci Ethereum.
Inteligentny kontrakt to program komputerowy działający na blockchainie Ethereum, który automatycznie realizuje swoje funkcje na podstawie wcześniej ustalonych warunków umowy między użytkownikami.
Dzięki inteligentnym kontraktom można zdefiniować konkretne reguły lub warunki, które po spełnieniu automatycznie uruchomią zapisane w kontrakcie działania.
Kluczowe dla zrozumienia EVM są dwa pojęcia: maszyna wirtualna i kompletność Turinga.
Maszyny wirtualne
Maszyny wirtualne to programy symulujące działanie komputera, które działają jako jednostki przetwarzające i przechowujące dane.
Funkcjonują podobnie do oprogramowania komputerowego, ale potrafią realizować bardziej skomplikowane operacje.
Kompletność Turinga
Pojęcie kompletności Turinga, nazwane na cześć brytyjskiego matematyka Alana Turinga, oznacza, że maszyna jest w stanie przeprowadzić dowolne obliczenia. Przy wystarczającej ilości czasu i pamięci, maszyna Turinga jest w stanie wykonać dowolnie złożone zadania.
Podsumowując, EVM jest maszyną wirtualną, która posiada cechę kompletności Turinga, co stanowi ogromne udogodnienie dla twórców DApps.
EVM przyczynia się również do bezpieczeństwa blockchaina Ethereum, zapewniając jednocześnie szybkie wykonywanie skomplikowanych obliczeń.
EVM jest instalowany w systemie operacyjnym, co przyspiesza jego działanie. Działa jako warstwa pośrednia między systemem operacyjnym a inteligentnym kontraktem.
Cel EVM
Głównym zadaniem EVM jest wspieranie działania DApps, a także ograniczanie potencjalnych poważnych problemów w sieci Ethereum.
Programiści wdrażają inteligentne kontrakty, które po konwersji na kod bajtowy, czyli język komputerowy zrozumiały dla maszyny wirtualnej, są wykonywane w sieci blockchain.
Kod bajtowy jest językiem komputerowym, który powstaje z przekształcenia kodu źródłowego w formę gotową do uruchomienia na maszynie wirtualnej. Po konwersji jest on przesyłany do EVM.
Następnie, wdrożone kody bajtowe są rozprowadzane do wszystkich węzłów w sieci Ethereum.
EVM, oprócz kodu bajtowego, wykorzystuje również „kody operacji”, czyli zbiór instrukcji. Te instrukcje pomagają EVM wykonywać różnorodne zadania.
W EVM wykorzystywanych jest ponad 140 kodów operacji, które umożliwiają różnego rodzaju procesy. Kody operacyjne upraszczają instrukcje programistyczne dla EVM.
EVM ma kluczowe znaczenie dla prawidłowego funkcjonowania każdego inteligentnego kontraktu oraz aktualizacji danych transakcji w sieci Ethereum.
Gaz i jego wpływ na wydajność EVM
Gaz można uznać za paliwo dla EVM. Stanowi on opłaty potrzebne do wykonania obliczeń przez inteligentne kontrakty w sieci Ethereum.
Ilość gazu zależy od złożoności kodu operacji, a opłaty za gaz są pobierane w Wei, najmniejszej jednostce eteru (ETH).
Gaz odgrywa również ważną rolę w ochronie sieci Ethereum przed atakami. Wyższe opłaty za gaz działają jako zabezpieczenie.
Walidatorzy transakcji otrzymują gaz jako nagrodę, a wzrost złożoności obliczeń przekłada się na wyższe wynagrodzenie.
Mechanizm gazowy pomaga walidatorom wybierać transakcje o wyższych i niższych opłatach. Na przykład walidatorzy mogą preferować trudniejsze kody operacji w celu uzyskania wyższego gazu.
Aktywność sieci ma duży wpływ na wysokość opłat za gaz. Nadawca otrzymuje zwrot niewykorzystanego gazu po zakończeniu transakcji.
Po zrozumieniu znaczenia gazu, przejdźmy do omówienia sposobu przechowywania danych w EVM.
Przechowywanie danych w EVM
Dane są niezwykle cennym zasobem, dlatego ich przechowywanie jest ważnym elementem działania EVM.
W pierwszej kolejności omówimy sposób przechowywania danych w Ethereum.
Ethereum przechowuje dane w strukturach danych zwanych drzewami Trie. Dzięki nim zarządza danymi stałymi i tymczasowymi.
Blockchain Ethereum wykorzystuje trzy rodzaje drzew Trie:
- State Trie: Jest to globalne drzewo stanu, które odzwierciedla aktualny stan sieci Ethereum i jest stale aktualizowane. Zawiera pary klucz-wartość dla każdego konta w sieci.
- Storage Trie: Drzewo to przechowuje dane związane z każdym z inteligentnych kontraktów. Drzewo Storage Trie istnieje dla każdego konta w sieci Ethereum.
- Transaction Trie: Drzewo to przechowuje zapis wszystkich transakcji w każdym bloku sieci. Za jego pomocą można znaleźć konkretną transakcję.
Podział danych na trzy drzewa Trie pozwala Ethereum skutecznie zarządzać ogromnymi ilościami informacji, zapewniając użytkownikom bezpieczny i łatwy dostęp do nich.
W kontekście EVM rozróżniamy dwa rodzaje danych protokołów Ethereum: dane efemeryczne i stałe.
- Dane efemeryczne: to dane tymczasowe, które zmieniają się wraz z nowymi transakcjami, np. saldo portfela.
- Dane trwałe: to dane zapisane na stałe w strukturze danych Ethereum, których nie można zmienić ani zmodyfikować.
Można zauważyć pewne podobieństwa między EVM a procesorem komputera.
Programiści tworzą DApps, które przypominają aplikacje komputerowe, z tym że do ich tworzenia używają języka Solidity zamiast np. C++ czy Javy. Kod Solidity jest następnie dystrybuowany między węzłami w sieci.
Podobnie jak komputery, EVM nie posiada fizycznego procesora. Jest to rozproszony wirtualny procesor działający w sieci.
Korzyści z EVM
Przyjrzyjmy się zaletom EVM:
Decentralizacja
EVM pełni kluczową rolę w ograniczeniu wpływu centralnych organów kontrolnych, co oznacza, że nikt nie ma wyłącznej kontroli nad transakcjami w sieci Ethereum.
Dodatkowo, wdrożonych DApps nie da się usunąć, co daje programistom swobodę w tworzeniu innowacyjnych projektów.
Niskie bariery wejścia
EVM ułatwia tworzenie DApps bez większych ograniczeń. Programiści mogą tworzyć i wdrażać inteligentne kontrakty zgodnie ze swoimi potrzebami i celami.
Łatwość wykonywania złożonych inteligentnych kontraktów
EVM jest zdolna do wykonywania złożonych zadań zdefiniowanych w inteligentnych kontraktach. Programiści mogą tworzyć inteligentne kontrakty i uruchamiać je na wielu platformach.
Niezawodność
Dzięki zaawansowanej konstrukcji EVM umożliwia bezawaryjne przeprowadzanie transakcji. Programista, znając złożoność kontraktu, może oszacować jego wpływ na sieć.
Bezpieczeństwo danych
EVM chroni dane programistów, co daje im pewność i zachęca do eksperymentowania z różnymi rodzajami kodów.
Nawet gdy używany jest niezaufany kod, dane osobowe pozostają bezpieczne, a proces obliczeniowy nie wpływa na działanie innych funkcji systemu.
Wady EVM
Wysoki koszt gazu
Do przeprowadzenia transakcji konieczne jest uiszczenie opłat w tokenach ETH. Wysokość opłaty zależy od złożoności transakcji.
Rodzaj transakcji i jej szybkość również wpływają na opłatę za gaz. W internecie dostępne są kalkulatory gazu, które pomagają oszacować jego koszt.
Opłaty za gaz wzrastają w przypadku dużego przeciążenia sieci, co skutkuje bardzo wysokimi kosztami transakcji.
Wysokie koszty przechowywania danych
Dane są kluczowym elementem działania EVM, a ich przechowywanie i zarządzanie jest niezbędne dla prawidłowego funkcjonowania maszyny.
Podobnie jak w przypadku opłat za gaz, złożoność transakcji prowadzi do zwiększenia ilości danych i kosztów ich przechowywania.
Wymaga wiedzy technicznej
Wdrożonego inteligentnego kontraktu nie da się zmienić, dlatego programista musi posiadać odpowiednie umiejętności techniczne.
EVM jako system kompletny w sensie Turinga pozwala na używanie różnych języków programowania. Błędy w kodzie mogą mieć negatywny wpływ na cały projekt.
Przyszłość EVM
Technologia blockchain i EVM są stosunkowo nowe i wciąż rozwijają się. W nadchodzących latach powinna wzrosnąć szybkość i efektywność EVM.
Dużym wyzwaniem pozostają szybkość transakcji i wysokie opłaty za gaz. Pokonanie tych trudności otworzy nowe perspektywy dla EVM.
EVM będzie odgrywać kluczową rolę w decentralizacji różnych branż, wywierając wpływ na sektor bankowy, gry, cyberbezpieczeństwo, logistykę, opiekę zdrowotną, przechowywanie w chmurze i rynek nieruchomości. Bardziej zaawansowane DApps ułatwią życie ludzi.
Wizja Vitalika Buterina, założyciela Ethereum, dotycząca rozwoju ekosystemu multi-rollup również pozytywnie wpływa na EVM, zwiększając jego funkcjonalność.
Kolejnym istotnym krokiem w rozwoju EVM będzie interoperacyjność, czyli możliwość współpracy DApps z różnych łańcuchów bloków.
Współpraca między projektami kryptowalutowymi staje się coraz łatwiejsza, a EVM jest coraz częściej wybierany przez programistów do wdrażania inteligentnych kontraktów.
Notka autora
Maszyny wirtualne Ethereum pełnią istotną rolę w zapewnianiu zdecentralizowanego ekosystemu. Twórcy DApp mają coraz większe możliwości tworzenia innowacyjnych projektów.
Ethereum staje się dla programistów uniwersalną platformą do tworzenia aplikacji DApp, co zapowiada obiecującą przyszłość dla EVM.
Wirtualne maszyny Ethereum nie są idealne i mają pewne wady, jednak wraz z rozwojem technologii EVM jest ciągle ulepszany.
Kolejnym krokiem może być zapoznanie się z najlepszymi portfelami Ethereum.
newsblog.pl