Сегодня на обзоре Ethereum Virtual Machine (EVM), технология которая является сердцем платформы Ethereum, криптовалюты номер два по капитализации после Bitcoin. EVM предоставляет мощную, гибкую и безопасную среду для выполнения смарт-контрактов, которые автоматически выполняют условия соглашения между различными сторонами без необходимости в посредниках. Разберу устройство, технологии и применение.
История создания и развитие EVM
EVM была разработана как часть исходного предложения Ethereum, созданного Виталиком Бутериным в 2013 году. С тех пор технология прошла через множество итераций и улучшений, прежде чем стать тем, что мы знаем сегодня. От начальной концепции до реализации, EVM оставалась ключевым компонентом в обеспечении исполнения и безопасности смарт-контрактов на платформе.
Что такое EVM и как она функционирует?
Виртуальная машина Ethereum (EVM) — это компонент платформы Ethereum, представляющий собой полностью изолированную среду выполнения, где транзакции и смарт-контракты обрабатываются и выполняются. EVM работает как глобальный суперкомпьютер, позволяя разработчикам создавать децентрализованные приложения, которые могут выполняться на миллионах подключенных устройств по всему миру.
Технические характеристики EVM
EVM — это не просто исполняющая среда, но и сложная система, предназначенная для надежного и безопасного выполнения кода смарт-контрактов. Ниже приведены основные технологические аспекты и уникальные характеристики EVM:
- Изолированная среда выполнения: EVM работает как полностью изолированная виртуальная машина, что означает, что код внутри EVM не имеет прямого доступа к файлам или процессам хост-системы. Эта изоляция критически важна для безопасности, поскольку предотвращает возможные векторы атак через смарт-контракты на пользовательские данные или на саму блокчейн-сеть.
- Система хранения данных: EVM использует три основных типа хранилища данных: стек, память и долговременное хранилище. Стек — это структура данных типа LIFO (последний пришел — первый вышел), которая используется для хранения параметров и частичных результатов операций. Память (memory) — это временное хранилище для выполнения операций и хранения состояния в рамках одной транзакции. Долговременное хранилище (storage) используется для записи состояний, которые должны сохраняться между отдельными транзакциями. Это механизм, который позволяет смарт-контрактам сохранять состояние и взаимодействовать с ним в будущем.
- Таблица опкодов: EVM исполняет байт-код, который транслируется из высокоуровневых языков, таких как Solidity. Каждая операция в байт-коде представлена опкодом — это низкоуровневые инструкции, которые EVM может распознать и исполнить. Опкоды охватывают математические операции, логические операции, управление доступом к памяти, вызовы других контрактов и управление исполнением. Разнообразие и мощность набора опкодов EVM позволяют реализовывать сложные логические конструкции и алгоритмы в смарт-контрактах.
- Механизм газа: Каждая операция в EVM стоит определенное количество газа, которое необходимо заплатить за ее выполнение. Это механизм, предотвращающий злоупотребления ресурсами сети и бесконечные циклы в коде. Газ обеспечивает экономический баланс, делая атаки типа «отказ в обслуживании» экономически невыгодными для злоумышленников.
- Уникальность EVM заключается в ее универсальности и независимости от конкретного железа. Благодаря этому разработчики могут создавать приложения, которые будут работать в любой части сети Ethereum без необходимости адаптации под разные типы устройств или операционные системы. EVM также поддерживает создание децентрализованных приложений, которые могут взаимодействовать с другими смарт-контрактами и блокчейнами, что расширяет возможности интеграции и сотрудничества между различными проектами и платформами.
Эти технические особенности делают EVM мощным инструментом для реализации широкого спектра децентрализованных приложений, предоставляя разработчикам гибкость, безопасность и масштабируемость при создании новых цифровых услуг и продуктов.
Языки программирования для EVM
Языки программирования, используемые для создания смарт-контрактов в среде Ethereum Virtual Machine (EVM), играют ключевую роль в определении структуры, безопасности и функциональности децентрализованных приложений. Наиболее распространенными языками для EVM являются Solidity и Vyper, каждый из которых имеет свои уникальные особенности и предназначение.
Язык Solidity
Solidity — это объектно-ориентированный язык высокого уровня, специально разработанный для создания и реализации смарт-контрактов на платформах блокчейна, таких как Ethereum. Язык предлагает синтаксис, близкий к JavaScript, что делает его доступным для широкого круга разработчиков.
Технические особенности:
- Типизация: Solidity статически типизирован, что позволяет разработчикам получать ошибки во время компиляции, а не во время выполнения кода, уменьшая вероятность фатальных ошибок в смарт-контрактах.
- Наследование и интерфейсы: Поддержка этих объектно-ориентированных концепций позволяет создавать сложные иерархические структуры контрактов, что облегчает организацию кода и повторное использование компонентов.
Уникальность:
Solidity интегрирует такие элементы как «умное» управление собственностью и автоматические геттеры для публичных переменных, упрощая разработку и повышая прозрачность выполнения контрактов.
Язык Vyper
Vyper — язык программирования, разработанный с упором на безопасность выполнения и простоту. Он отказывается от некоторых возможностей Solidity в пользу уменьшения риска ошибок и уязвимостей.
Технические особенности:
- Прозрачность и безопасность: Vyper не поддерживает модификаторы, наследование и другие возможности, которые могут скрыть опасные действия. Это сделано для того, чтобы код был максимально прозрачным и предсказуемым.
- Ограниченный набор функций: В Vyper отсутствуют циклы неопределенной длительности и рекурсия, что предотвращает ряд атак, связанных с исчерпанием газа (gas exhaustion).
Уникальность:
Vyper фокусируется на создании кода, который легко аудитировать на наличие ошибок и уязвимостей, что критически важно для финансовых приложений и других сценариев, где безопасность является первостепенной.
Эти языки программирования предоставляют разработчикам инструменты для точной настройки логики и поведения смарт-контрактов, обеспечивая выполнение нужных функций при соблюдении высоких требований к безопасности.
Безопасность на EVM
Безопасность в Ethereum Virtual Machine (EVM) строится на ряде встроенных механизмов и практик, каждый из которых играет свою роль в обеспечении надежности и стабильности работы смарт-контрактов. Рассмотрим эти механизмы более подробно, а также их плюсы и минусы.
Механизмы безопасности EVM
- Изолированное исполнение: Каждый смарт-контракт в EVM выполняется в изолированной среде, что предотвращает его взаимодействие с другими контрактами и хост-системой, кроме как через четко определенные интерфейсы.
- Ограничение газа: Каждая операция в смарт-контракте стоит определенное количество газа, что предотвращает бесконечные циклы и длительные исполнения кода, потенциально ведущие к отказу в обслуживании.
- Статическая типизация (применяемая в языках как Solidity): Языки для EVM используют строгую типизацию, что помогает предотвратить ряд ошибок во время компиляции.
Каждый из этих механизмов не просто добавляет слой защиты, но и определяет, как разработчики должны подходить к созданию смарт-контрактов. Например, ограничение газа требует от разработчиков тщательного планирования логики контракта, чтобы уложиться в предоставленный лимит. Это требует более глубокого понимания работы EVM и оптимизации кода.
Эти механизмы в совокупности формируют строгую, но гибкую среду для разработки и исполнения смарт-контрактов, делая EVM одной из самых защищенных сред для разработки децентрализованных приложений.
Проекты, основанные на возможностях EVM
Ethereum Virtual Machine (EVM) поддерживает широкий спектр децентрализованных приложений (dApps), демонстрируя возможности блокчейн-технологий в различных сферах. Вот некоторые ключевые проекты, работающие на EVM:
DeFi (децентрализованное финансирование)
- Примеры DeFi: Uniswap, MakerDAO, Compound
- Функции: Эти DEX платформы обеспечивают займы, кредитование и обмен криптовалютами, используя автоматизированные механизмы, как, например, автоматические маркет-мейкеры на Uniswap для поддержания ликвидности.
Игры и коллекционные предметы
- Примеры: CryptoKitties, Axie Infinity
- Функции: Используют блокчейн для подтверждения владения уникальными цифровыми активами, такими как NFT.
Децентрализованные автономные организации (DAO)
- Примеры: Aragon, DAOstack
- Функции: Используют смарт-контракты для создания и управления организациями, где решения принимаются через голосование участников.
Идентификация и аутентификация
- Примеры: Galxe, Civic
- Функции: Позволяют пользователям контролировать свои личные данные и управлять цифровой идентичностью, сохраняя конфиденциальность.
Предиктивные рынки и ставки
- Примеры: Augur, Gnosis
- Функции: Создают децентрализованные рынки для ставок на исход событий, где результаты определяются голосованием участников.
Эти проекты подчеркивают гибкость и мощь EVM в реализации разнообразных децентрализованных решений, от финансов и игр до управления идентичностью и социальных платформ, обеспечивая безопасное и эффективное взаимодействие на основе блокчейна.
Оптимизация и масштабируемость
Для улучшения производительности и масштабируемости сети Ethereum были предприняты ключевые инициативы, такие как переход на механизм консенсуса Proof of Stake (PoS) и внедрение решений второго уровня.
Переход на Proof of Stake (PoS)
Ethereum 2.0 включает переход с Proof of Work (PoW) на Proof of Stake, что является значительным шагом в повышении эффективности и устойчивости сети.
- Технические детали: В PoS валидаторы, а не майнеры, несут ответственность за подтверждение транзакций и создание новых блоков, что требует значительно меньше энергии. Валидаторы выбираются на основе количества их вклада в стейкинг ETH, что уменьшает вероятность централизации и повышает безопасность сети.
- Роль PoS: Этот переход направлен на уменьшение потребления энергии и ускорение транзакций, что делает сеть более привлекательной для широкого круга приложений и устойчивой к масштабированию.
Решения второго уровня
Ethereum активно развивает технологии второго уровня для улучшения масштабируемости и производительности, включая State Channels и Rollups.
State Channels
- Описание: Позволяют выполнение транзакций вне основной блокчейн-сети с финальным подтверждением в блокчейне после завершения всех операций.
- Пример: Raiden Network, который обеспечивает быстрые и экономичные транзакции, аналогично Lightning Network для Bitcoin.
Rollups
Rollups обрабатывают транзакции вне основной цепи, сохраняя данные на блокчейне для гарантии безопасности.
- Optimism: Применяет Optimistic Rollups, предполагающие действительность транзакций по умолчанию с возможностью их оспаривания в определенный период. Это ускоряет обработку при сохранении возможности аудита.
- Arbitrum: Использует улучшенные Optimistic Rollups для более эффективной и безопасной обработки транзакций, сокращая время ожидания для их финализации.
- ZK-Rollups: Включает проекты как zkSync, использующие доказательства с нулевым разглашением для быстрой и конфиденциальной обработки транзакций.
Эти технологии существенно повышают пропускную способность Ethereum, позволяя сети эффективно масштабироваться и обрабатывать больший объем транзакций. Такие решения делают Ethereum более привлекательной платформой для масштабных приложений, требующих высокой пропускной способности, как финансовые операции и микротранзакции.
Заключение
EVM остается ключевым столпом в экосистеме Ethereum, предлагая разработчикам мощные инструменты для создания и исполнения смарт-контрактов. Постоянные улучшения и обновления обещают еще большую оптимизацию и масштабируемость в будущем, укрепляя позиции Ethereum как ведущей платформы для децентрализованных приложений.
