EVM چیست و چگونه کار می‌کند؟

ماشین مجازی اتریوم (EVM) قلب تپنده شبکه اتریوم و یکی از ستون‌های اصلی اکوسیستم بلاکچین محسوب می‌شود. این ماشین مجازی با ارائه محیطی امن و قابل برنامه‌ریزی برای اجرای قراردادهای هوشمند، تحولی شگرف در صنعت بلاکچین ایجاد کرده است. EVM نه تنها به توسعه‌دهندگان امکان ساخت برنامه‌های غیرمتمرکز پیچیده را می‌دهد، بلکه به عنوان الگویی برای بسیاری از شبکه‌های بلاکچین دیگر نیز عمل کرده است. با خواندن این مقاله پی خواهید برد که EVM چیست، چه ویژگی‌های منحصربه‌فردی دارد و با چه شبکه‌هایی سازگار است.

Evm چیست؟

ماشین مجازی اتریوم یک موتور محاسباتی غیرمتمرکز است. EVM اجرای قراردادهای هوشمند در شبکه اتریوم را برعهده دارد. در واقع، این مکانیزم بخش حیاتی از زیرساخت اتریوم است و امکان اجرای دقیق کد را فراهم می‌کند. EVM یک ماشین مجازی است که در هزاران کامپیوتر در شبکه اتریوم فعالیت می‌کند. این ماهیت توزیع شده EVM تضمین‌کننده امنیت شبکه اتریوم است.

با توجه به اهمیت EVM در زیرساخت اتریوم، درک عمیق از این فناوری برای افرادی که قصد خرید ارز دیجیتال و سرمایه‌گذاری در این حوزه را دارند، بسیار مفید خواهد بود. درواقع، ماشین مجازی اتریوم یا EVM نرم‌افزاری است که قراردادهای هوشمند را اجرا می‌کند و وضعیت شبکه اتریوم را پس از افزودن هر بلوک جدید به زنجیره محاسبه می‌کند.

EVM بر روی لایه سخت‌افزار و شبکه گره‌های اتریوم قرار دارد. هدف اصلی آن، محاسبه وضعیت شبکه، اجرا و کامپایل انواع مختلف کد قرارداد هوشمند به فرمتی قابل خواندن به نام «بایت کد» است. همچنین، این امکان را برای قراردادهای هوشمند مستقر شده در زنجیره‌های سازگار با EVM مانند Polygon یا Avalanche فراهم می‌کند تا توسط گره‌های اتریوم تشخیص داده شوند و به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد تا برنامه‌های غیرمتمرکز یا توکن‌های خود را از اتریوم به سایر زنجیره‌های سازگار با EVM به راحتی انتقال دهند.

۹ ویژگی‌ کلیدی ماشین مجازی اتریوم EVM

ویژگی‌های کلیدی ماشین مجازی اتریوم شامل موارد زیر می‌شود:

۱. اجرای غیرمتمرکز

EVM روی شبکه‌ای از گره‌های مستقل و توزیع شده اجرا می‌شود. این شبکه گره‌ای از هرگونه تمرکز قدرت جلوگیری می‌کند و باعث می‌شود EVM به عنوان یک سیستم غیرمتمرکز عمل کند. این ویژگی، ماشین مجازی اتریوم را به ابزاری قدرتمند برای ایجاد سیستم‌هایی تبدیل می‌کند که در برابر سانسور، مقاوم هستند و نیازی به اعتماد به یک نهاد مرکزی ندارند.

۲. سیستم اپ‌کد (Opcode)

EVM از یک سیستم اپ‌کد برای تعریف اقدامات خاص در طول اجرای کد استفاده می‌کند. آپ‌کدها اجزای بنیادی دستورالعمل‌های این فناوری هستند و شامل عملیات‌های حسابی، ذخیره و بازیابی داده‌ها، عبارات شرطی، تعامل قراردادها و سایر عملکردهای مختلف می‌شوند.
قراردادهای هوشمند که ابتدا به زبان‌های برنامه‌نویسی سطح بالا مانند Solidity نوشته می‌شوند، برای اجرای در ماشین مجازی اتریوم (EVM) به زبان ماشین EVM (بایت‌کد) کامپایل می‌شوند. این فرایند، کدی که توسط انسان قابل خواندن است را به مجموعه‌ای از دستورالعمل‌های قابل فهم برای EVM تبدیل می‌کند.

۳. اجرای قراردادهای هوشمند

قراردادهای هوشمند برنامه‌های غیرمتمرکزی هستند که بر روی بلاکچین مستقر شده و به صورت خودکار واکنش نشان داده و تراکنش‌ها را بر اساس شرایط از پیش تعریف شده انجام می‌دهند. ماشین مجازی اتریوم به طور خاص برای این قراردادهای هوشمند طراحی شده است که معمولا به زبان‌های برنامه‌نویسی سطح بالا مانند Solidity نوشته می‌شوند. توسعه‌دهندگان، کد خود را به بایت کد، یک زبان سطح پایین قابل فهم برای EVM، تبدیل می‌کنند.
یک قرارداد هوشمند پس از استقرار در بلاکچین اتریوم غیرقابل تغییر می‌شود، به این معنی که کد و عملکرد آن بدون تغییر باقی می‌ماند. EVM منطق و قوانین جاسازی شده در قرارداد هوشمند را اجرا می‌کند، و اجرای آن به صورت شفاف بر روی بلاکچین عمومی قابل حسابرسی است.

۴. اجرای قطعی

ماشین مجازی اتریوم اجرای قطعی را تضمین می‌کند، به این معنی که با ورودی و وضعیت اولیه یکسان، هر گره در شبکه اتریوم هنگام اجرای یک تراکنش یا قرارداد هوشمند دقیقا همان نتیجه را خواهد داد.
این قطعیت برای ایجاد اجماع بین همه گره‌ها، اطمینان از توافق یکسان در مورد وضعیت بلاکچین، حیاتی است. با حفظ اجرای قطعی، اعتماد و قابلیت اطمینان افزایش می‌یابد و یک محیط مبتنی بر اجماع در بین همه شرکت‌کنندگان شبکه تقویت می‌شود.

۵. ماشین تورینگ کامل (Decider)

توانایی EVM برای انجام هر محاسبه قابل بیان الگوریتمی، به توسعه‌دهندگان انعطاف‌پذیری قابل توجهی در ایجاد الگوریتم‌های پیچیده و راه‌حل‌های نوآورانه بلاکچین می‌دهد. این ویژگی آن را از بلاکچین‌های ساده‌تر و غیرکامل تورینگ متمایز می‌کند.
کامل بودن تورینگ، اگرچه به قراردادهای هوشمند انعطاف‌پذیری بالایی می‌دهد، اما خطر ایجاد حلقه‌های بی‌نهایت را نیز به همراه دارد که می‌تواند به توقف شبکه منجر شود. سیستم گس با تعیین محدودیتی برای منابع محاسباتی، از وقوع چنین شرایطی جلوگیری می‌کند و به این ترتیب، تعادل بین قدرت محاسباتی و امنیت شبکه را برقرار می‌کند.

۶. سیستم گس

گس نشان‌دهنده هزینه منابع محاسباتی مورد نیاز برای تکمیل یک تراکنش یا اجرای یک قرارداد هوشمند است. سیستم گس در EVM نه تنها به عنوان یک مکانیزم پرداخت هزینه استفاده از منابع شبکه عمل می‌کند، بلکه یک ابزار کنترل و مدیریت نیز به حساب می‌آید. این سیستم با تعیین هزینه برای هر عملیات، از سوءاستفاده و اسپم در شبکه جلوگیری کرده و در عین حال به ماینرها و گره‌ها برای پردازش تراکنش‌ها انگیزه می‌دهد.

۷. جداسازی و امنیت

هر قرارداد هوشمند در یک محیط ایزوله و امن به نام «sandbox» اجرا می‌شود. این محیط مانع از آن می‌شود که یک قرارداد هوشمند بتواند بر روی سایر قراردادها یا وضعیت کلی شبکه تأثیر منفی بگذارد. به عبارت دیگر، اگر یک قرارداد هوشمند دچار مشکل شود، تنها خود آن قرارداد تحت تأثیر قرار می‌گیرد و امنیت کل شبکه حفظ می‌شود.

۸. اجرای مبتنی بر استک

در ماشین مجازی اتریوم، استک یک فضای موقت برای ذخیره‌سازی داده‌های محاسباتی است. هر دستور در EVM، داده‌ها را از استک می‌گیرد، عملیات لازم را انجام می‌دهد و نتیجه را دوباره به استک برمی‌گرداند.

۹. محاسبات جهانی

بهره‌گیری از قدرت محاسباتی مشترک همه گره‌ها در شبکه، امکان انجام محاسبات پیچیده و گسترده را فراهم می‌کند و در عین حال، امنیت، تحمل‌پذیری خطا و مقاومت در برابر سانسور سیستم را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد.

EVM چگونه کار می‌کند؟

EVM به عنوان یک ماشین وضعیت (State Machine) عمل می‌کند. این بدان معناست که EVM براساس مجموعه‌ای از قوانین از پیش تعریف‌شده، از یک بلاک به بلاک بعدی، یک وضعیت معتبر جدید را محاسبه می‌کند. این قوانین اجرای قراردادهای هوشمند و به‌روزرسانی وضعیت بلاکچین اتریوم را کنترل می‌کنند.
هنگامی که یک قرارداد هوشمند اجرا می‌شود، EVM کد قرارداد را تفسیر می‌کند. این کد به زبانی به نام Solidity نوشته شده و سپس به بایت‌کد تبدیل می‌شود. EVM از این بایت‌کد برای انجام وظایف خاص استفاده می‌کند و اطمینان حاصل می‌کند که کد قرارداد دقیقاً همانطور که نوشته شده اجرا می‌شود.

نحوه طراحی و معماری EVM چگونه است؟

EVM از یک ساختار مبتنی بر استک (Stack) برای حافظه استفاده می‌کند و شامل اجزای حافظه مانند Memory Storage و Stack است. این ساختارها برای برای خواندن یا نوشتن در بلاکچین و مدیریت وضعیت استفاده می‌شوند.
این عبارت به این معناست که ماشین مجازی اتریوم (EVM) قادر است طیف وسیعی از محاسبات را انجام دهد، درست مانند یک ماشین تورینگ (Turing machine) که در تئوری محاسبات به عنوان یک مدل محاسباتی قدرتمند شناخته می‌شود و می‌تواند هر مسئله‌ای را که الگوریتمی برای حل آن وجود داشته باشد، حل کند.

اهمیت EVM چیست؟

ماشین مجازی اتریوم (EVM) قلب تپنده‌ مکانیزم اجماع اتریوم است و نقش محوری در حفظ امنیت و یکپارچگی شبکه ایفا می‌کند. هر گره در شبکه اتریوم EVM را اجرا می‌کند و اطمینان حاصل می‌کند که همه گره‌ها در مورد وضعیت بلاکچین توافق دارند. این اجماع برای امنیت و یکپارچگی شبکه اتریوم حیاتی است.

توانایی EVM در اجرای قراردادهای هوشمند، ایجاد برنامه‌های غیرمتمرکز (dApps) را امکان‌پذیر می‌کند. این برنامه‌ها به جای یک سرور مرکزی، روی بلاکچین اجرا می‌شوند. این امر امکانات گسترده‌ای را برای توسعه‌دهندگان و کاربران فراهم می‌کند، از جمله برنامه‌های مالی غیرمتمرکز (DeFi) تا توکن‌های غیرقابل تعویض (NFTs).

جمع‌بندی

در این مقاله به موضوع EVM چیست پرداختیم. درواقع، ماشین مجازی اتریوم به عنوان یک محیط اجرای پیچیده، غیرمتمرکز و امن عمل می‌کند و پایه و اساس بلاکچین اتریوم را تشکیل می‌دهد. قابلیت‌های نوآورانه ماشین مجازی اتریوم آن را در پیشرفت بلاکچین قرار داده است و در حال هدایت پیشرفت و بازتعریف چشم‌انداز دیجیتال است، زیرا نقش محوری در تحول مستمر صنایع و دنبال کردن آینده‌ای شفاف، کارآمد و غیرمتمرکز دارد.

سوالات متداول

منابع: coinbase | quicknode | tangem