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什么是以太坊虛擬機(EVM)？架構、運行機制與生態(tài)系統(tǒng)

2026-07-03 10:30:40 | 來源： | 作者：佚名

以太坊虛擬機（EVM）是支持以太坊的內核計算引擎，負責執(zhí)行智能合約并在區(qū)塊鏈上運行去中心化應用進程（dApp）,本文旨在通過剖析 EVM 的架構、可用工具和即將推出的更新計劃，幫助您了解 EVM 在動態(tài)區(qū)塊鏈環(huán)境中的優(yōu)勢和劣勢

什么是以太坊虛擬機 (EVM)？

來源: Medium

以太坊虛擬機（EVM）是支持以太坊的內核計算引擎，負責執(zhí)行智能合約并在區(qū)塊鏈上運行去中心化應用進程（dApp）。

它充當一臺全球性的、去中心化的計算機，任何人都可以以無需信任的方式部署和執(zhí)行代碼。

EVM 處理用高級編程語言（如 Solidity）編寫的指令，并將其轉換為可以執(zhí)行的低級字節(jié)碼。

該字節(jié)碼存儲在以太坊區(qū)塊鏈上，并在網絡中的每個節(jié)點上運行，確保整個系統(tǒng)的統(tǒng)一合約執(zhí)行。

EVM 的一個關鍵特性是它能夠處理智能合約——具有預定義規(guī)則和條件的自動執(zhí)行協(xié)議。

這些合約在 EVM 上的隔離環(huán)境中運行，這意味著它們不會影響系統(tǒng)的其他部分，從而確保安全性和可靠性。

此外，EVM 是一種基于堆棧的架構，它通過將數據推送到堆棧和從堆棧彈出來處理命令。

該計算過程由 gas 系統(tǒng)控制，該系統(tǒng)要求用戶為操作的執(zhí)行付費，有助于防止濫用并確保有效利用資源。

“以太坊虛擬機（EVM）是以太坊去中心化生態(tài)系統(tǒng)中最重要的元素，它允許開發(fā)人員構建去中心化應用進程（dApps），而無需創(chuàng)建自己的區(qū)塊鏈。”

以太坊虛擬機的架構

以太坊虛擬機 (EVM) 采用基于堆棧的架構運行，這意味著它使用稱為堆棧的數據結構執(zhí)行指令。

在這個模型中，EVM 通過將值推送到堆棧和從堆棧彈出來處理命令，其中每個項目的大小為 256 位。

由于 EVM 不像傳統(tǒng)計算機那樣擁有通用寄存器，因此堆棧對于處理計算至關重要。相反，堆棧在智能合約執(zhí)行期間充當數據操作的臨時內存。

例如，在執(zhí)行加法等數學運算時，EVM 將兩個數字推送到堆棧上，將它們相加，然后將結果存儲回堆棧。

這種基于堆棧的設計使得EVM在執(zhí)行智能合約指令時高效且可預測。

與基于寄存器的系統(tǒng)相比，它簡化了臨時數據的管理，降低了復雜性。

然而，EVM 的堆棧有限制，例如固定深度為 1024 個項目，這意味著如果超過此限制，過于復雜的操作可能會導致堆棧溢出錯誤。

EVM 的組件

來源: 研究之門

以太坊虛擬機（EVM）由幾個關鍵組件組成，它們協(xié)同執(zhí)行智能合約和管理去中心化應用進程。

代碼執(zhí)行

在以太坊虛擬機 (EVM) 中，智能合約使用 Solidity 等高級語言編寫。這些合約隨后被編譯成字節(jié)碼，即 EVM 能夠理解的低級代碼。

這個字節(jié)碼存儲在區(qū)塊鏈上，每次調用合約時，EVM都會逐步執(zhí)行這個字節(jié)碼。

當執(zhí)行合約時，EVM 會逐條運行每個指令，處理計算、數據存儲以及與其他合約通信等邏輯。

例如，如果編寫合約以將代幣從一個用戶轉移到另一個用戶，則 EVM 會處理字節(jié)碼以更新合約存儲中的余額。

這確保了轉賬遵循合約規(guī)則，并且以太坊網絡中的所有節(jié)點都達到相同的結果。

內存和存儲模型

EVM 使用兩種不同類型的數據存儲：記憶與存儲.

內存是臨時的，僅在智能合約執(zhí)行期間存在。它用于存儲中間數據，例如計算或臨時需要的變量。

例如，在合約中對兩個數字進行加法運算時，結果可能會先存儲在內存中，然后再進行進一步處理。由于交易結束后內存會被清除，因此內存的使用效率比存儲更高效，成本也更低。

是永久性的，即使在交易完成后仍會保留數據。存儲用于保存需要長期保存的重要信息，例如代幣余額或合約狀態(tài)。

例如，在代幣合約中，每個用戶的余額都存儲在這里。修改存儲中的數據會消耗更多的 Gas（計算費用），因此開發(fā)者的目標是節(jié)約使用存儲空間以優(yōu)化成本。

堆

EVM 是一個基于堆棧的機器，這意味著它使用一種稱為堆管理運營。

堆棧類似于一個列表，數據只能從頂部添加或刪除，遵循“后進先出”（LIFO）原則。堆棧中的每個項目大小為 256 位，與 EVM 的字長一致。

例如，如果 EVM 需要將兩個數字相加，它會將這些數字推送到堆棧上。

然后，它通過彈出、處理并將結果推回堆棧來執(zhí)行加法。堆棧最多可容納 1024 個項目，如果超過此限制，則交易失敗。

堆棧的簡單性使得 EVM 能夠有效地處理計算，但這也意味著如果堆棧填滿，過于復雜的操作可能會導致錯誤。

煤氣費

Gas 是 EVM 的基本組成部分，用于確保網絡保持高效和安全。在 EVM 上執(zhí)行的每個操作都需要一定量的 Gas，用戶必須使用以太幣（以太坊的原生加密貨幣）支付。Gas 是使用 EVM 計算資源的手續(xù)費，用于防止濫用和垃圾郵件。

例如，像添加兩個數字這樣的簡單操作可能要花費 3 個 gas 單位，而像將數據寫入存儲這樣的更復雜的任務則要昂貴得多。

如果交易在完成之前耗盡了 gas，則交易失敗，并且所做的任何更改都將被撤銷，但所花費的 gas 不會退還。

該 gas 系統(tǒng)鼓勵開發(fā)人員編寫高效的代碼，并防止低效或惡意操作導致網絡過載。

EVM 操作碼

操作碼（Operation Code）是 EVM 能夠理解和執(zhí)行的基本指令。每個操作碼都是一個簡單的命令，它告訴 EVM 執(zhí)行什么操作，例如添加數字、存儲數據或跳轉到代碼的不同部分。

EVM 中有超過 140 個操作碼，每個操作碼都有與之相關的特定 gas 成本。

例如：

地址：從堆棧中取出兩個數字，將它們相加，然后將結果壓入堆棧。此操作消耗 3 個 Gas 單位。
商店：將數據存儲在合約的存儲空間中。這是最昂貴的操作之一，耗費 20,000 Gas 單位。

EVM 處理智能合約，并通過逐步執(zhí)行這些操作碼來確保每條指令在整個以太坊網絡中準確執(zhí)行。

通話數據

調用數據是指調用智能合約時隨交易發(fā)送的輸入數據。它包含有關要執(zhí)行的函數以及該函數所需的任何參數的信息。

例如，如果您使用智能合約轉移代幣，則調用數據將包括函數名稱（例如，轉讓) 和參數（收件人地址和轉賬金額）。

EVM 讀取此調用數據以了解要執(zhí)行哪個函數以及如何處理交易。

雖然調用數據是交易的一部分，但讀取它并不需要花費 gas，但是當它包含在交易中時，根據其大小確實會產生 gas 成本。

EVM 中的字長

EVM 以固定的字長 256 位（32 字節(jié)）。這意味著它處理的所有數據，無論是數字、地址還是指令，長度都是 256 位。

這種設計選擇與以太坊對加密安全性的重視相一致，因為大多數加密操作（例如散列）都需要處理大量數字。

例如，當 EVM 處理 32 字節(jié)地址或計算交易結果時，它使用 256 位字大小。

這種一致的字長使得 EVM 在處理加密任務所需的復雜數學運算時更加安全、高效。

然而，這也意味著更小的值也會擴展至 256 位，這有時會導致數據處理效率低下。

EVM執(zhí)行模型

來源: 基礎文檔

EVM執(zhí)行模型定義了以太坊的去中心化應用進程和智能合約在區(qū)塊鏈上運行的規(guī)則和流程。

以太坊賬戶模型

以太坊虛擬機（EVM）使用兩種類型的賬戶： 外部擁有賬戶 (EOA) 與 合同賬戶.

外部擁有賬戶 (EOA) 由私鑰控制，代表網絡上的用戶。這些賬戶可以發(fā)送和接收以太幣并發(fā)起交易。
合同賬戶另一方面，包含智能合約代碼，只有在 EOA 或其他合約觸發(fā)時才能執(zhí)行操作。它們沒有私鑰，但會響應其他賬戶的調用。

例如，當您將以太幣從錢包發(fā)送到智能合約時，您的 EOA 會與合約賬戶進行交互，觸發(fā)其代碼執(zhí)行特定功能，例如轉移代幣或存儲數據。

消息調用和交易

在 EVM 中，賬戶之間的交互通過 消息調用 與交易.

A 交易是從 EOA 發(fā)送的簽名數據包。它可以轉移以太幣或調用智能合約中的函數。交易會被廣播到以太坊網絡，并由礦工或驗證者處理。
A 留言調用 發(fā)生在一個合約與另一個合約或 EOA 交互時。與交易不同，消息調用是內部的，不需要使用私鑰簽名。

例如，當用戶向去中心化交易所合約發(fā)送交易時，該合約可以向代幣合約發(fā)出消息調用，代表用戶轉移代幣。

氣體力學的執(zhí)行

EVM 使用氣管理執(zhí)行操作的成本并防止網絡濫用。Gas 是衡量交易或合約執(zhí)行所需計算工作量的單位。

EVM 中的每個操作，從簡單的數學運算到存儲數據，都有固定的 Gas 成本。在執(zhí)行交易之前，用戶必須指定 Gas 限額，該限額決定了用戶愿意為該操作支付的最高 Gas 金額。

如果交易在完成之前耗盡了 gas，則交易失敗，所有更改都會被恢復，但所消耗的 gas 不會退還。

例如，發(fā)送以太幣需要花費 21,000 個 gas 單位，而在合約中存儲數據的成本則要高得多，可能超過 20,000 個 gas 單位。

EVM執(zhí)行周期

EVM 以結構化的 取指-譯碼-執(zhí)行周期。這個過程涉及幾個步驟：

取：EVM 從合約的字節(jié)碼中檢索下一條指令（操作碼）。
解碼：EVM 解碼指令以幫助您了解要執(zhí)行什么操作。
執(zhí)行：EVM 執(zhí)行操作，例如數學計算、數據檢索或合約調用。

此循環(huán)不斷重復，直到所有指令處理完畢或交易耗盡 Gas。執(zhí)行周期確保以太坊網絡中的每個節(jié)點都處理相同的指令，從而保持共識。

EVM中的合約生命周期

EVM 中的智能合約遵循特定的生命周期，從部署到最終終止：

創(chuàng)建：通過發(fā)送包含合約字節(jié)碼的交易來部署合約。部署后，合約將在以太坊網絡上獲得一個唯一的地址。
互動：合約由交易或消息調用觸發(fā)。一旦觸發(fā)，EVM 就會執(zhí)行合約代碼，包括讀取或寫入數據、調用其他合約或轉移資金。
自我毀滅：合同可以通過調用自毀操作碼。這將從區(qū)塊鏈中刪除合約，并將任何剩余的以太幣轉移到指定的地址。

例如，管理眾籌活動的合同可能會在活動結束后自毀，確保其無法再次使用。

編程語言和 EVM

以太坊虛擬機（EVM）支持多種編程語言，使開發(fā)人員能夠無縫地編寫和部署智能合約。

Solidity 和 EVM

來源: Medium

Solidity 是最廣泛使用的編程語言聰明的合同在以太坊上。它是一種專為以太坊虛擬機（EVM）設計的高級靜態(tài)類型語言。

Solidity 允許開發(fā)人員編寫可部署在以太坊區(qū)塊鏈上并與其他合約或外部擁有賬戶 (EOA) 交互的智能合約。

用 Solidity 編寫的代碼被編譯成 EVM字節(jié)碼，這是 EVM 理解和執(zhí)行的低級機器代碼。

例如，用于轉移代幣的基本 Solidity 合約將定義如下函數轉移（）處理用戶之間的代幣移動。

當這個合約被部署時，它的 Solidity 代碼會被編譯成字節(jié)碼，每當調用這個合約時，EVM 就會執(zhí)行這個字節(jié)碼。

Solidity 支持多種數據類型和控制結構，可以靈活地創(chuàng)建復雜的分布式應用進程（dApps）比如去中心化交易所、借貸協(xié)議或代幣標準（例如， ERC-20，ERC-721）。

“超過 80% 的區(qū)塊鏈開發(fā)人員選擇 Solidity 作為他們的主要語言，它可以直接編譯為 EVM 字節(jié)碼。”

其他 EVM 兼容語言

雖然 Solidity 是主流語言，但還有其他 EVM兼容的編程語言 旨在提供不同的功能或滿足特定用例。兩個值得注意的例子是：

Vyper的Vyper 是 Solidity 的一個更簡單、更安全的替代方案。它旨在通過提供更少的功能來降低智能合約的復雜性，使代碼更易于審計和理解。Vyper 通常用于安全性至關重要的應用進程中，例如分布式金融（DeFi）協(xié)議。
尤伯：Yul 是一種中間語言，旨在實現(xiàn)更高級的優(yōu)化。它比 Solidity 更底層，允許開發(fā)人員微調性能，從而有助于優(yōu)化 Gas 成本。Yul 通常用于開發(fā)人員需要精確控制合約執(zhí)行的情況。

這些語言還可以編譯為 EVM 字節(jié)碼，從而允許它們像基于 Solidity 的合約一樣在以太坊網絡上部署和執(zhí)行。

例如，對于需要嚴格安全性的項目，可能會選擇 Vyper，而對于旨在最大程度降低 gas 費用的性能關鍵型 dApp，可能會選擇 Yul。

EVM字節(jié)碼

來源: 信任觀

EVM 字節(jié)碼是以太坊虛擬機 (EVM) 執(zhí)行的低級機器語言。智能合約一旦用 Solidity 或 Vyper 等高級語言編寫，就會被編譯成字節(jié)碼。

然后，該字節(jié)碼被存儲在以太坊區(qū)塊鏈上，并在調用合約時由 EVM 運行。

EVM字節(jié)碼由以下部分組成 操作碼，它們是 EVM 可以理解的單獨指令，例如算術運算、數據存儲命令或控制流指令。

例如，ADD 操作碼告訴 EVM 在堆棧上添加兩個數字，而 SSTORE 操作碼將一個值存儲在合約的存儲中。

每個操作碼都有特定的 gas 成本，優(yōu)化字節(jié)碼的結構可以幫助減少執(zhí)行合約所需的 gas。

例如，設計用于處理代幣轉移的合約將包括用于檢查余額、更新存儲和發(fā)出事件的字節(jié)碼指令。

每次調用合約時，EVM 都會讀取并執(zhí)行這些指令，確保以太坊網絡中的所有節(jié)點都獲得相同的結果。

“每個 EVM 操作碼都有特定的 gas 成本，加密功能等復雜操作最多消耗 20,000 個 gas 單位，而簡單操作僅需 3 個 gas 單位。”

Gas 成本、費用和效率

來源: 精細學

Gas 成本和費用在決定效率和可擴展性方面起著至關重要的作用聰明的合同以及以太坊虛擬機（EVM）上的 dApps。

氣體計算與效率

在以太坊虛擬機（EVM）中，氣表示執(zhí)行交易或智能合約所需的計算成本。EVM 執(zhí)行的每個操作，無論是簡單的加法還是將數據寫入存儲，都需要一定的 Gas 成本。

例如，像添加兩個數字這樣的基本操作需要 3 個 gas 單位，而使用商店操作碼最多可花費 20,000 個 gas 單位。

Gas 以 Ether (ETH) 支付，交易的總 Gas 成本是通過將交易使用的 Gas 乘以 汽油價格.

Gas 價格由用戶設置，代表他們愿意為每單位 Gas 支付多少以太幣。如果網絡擁堵，用戶可以設置更高的 Gas 價格，以激勵礦工或驗證者優(yōu)先處理他們的交易。

高效使用 gas 至關重要，因為優(yōu)化不佳的合約會導致更高的費用，從而使用戶的交易成本更高。

例如，在賬戶之間轉移以太幣需要花費 21,000 個 gas 單位，但與復雜的智能合約交互的成本可能會高得多，尤其是當合約涉及多個存儲更改或函數調用時。

“2021 年，EVM 的 gas 費用占以太坊總交易成本的 96%，這推動了 Layer 2 解決方案的推出，以緩解擁堵。”

氣體優(yōu)化技術

Gas 優(yōu)化是智能合約開發(fā)者需要考慮的關鍵因素，因為減少 Gas 用量可以顯著降低交易成本。一些常用的 Gas 優(yōu)化技術包括：

最小化存儲寫入：由于在區(qū)塊鏈上存儲數據是最昂貴的操作之一，開發(fā)人員可以通過最大限度地減少將數據寫入存儲的次數來優(yōu)化 gas 的使用。

例如，開發(fā)人員可以批量更新以減少存儲操作的次數，而不是在多次交易期間重復更新用戶的余額。

高效的數據結構：選擇正確的數據結構有助于降低 Gas 成本。例如，使用較小的數組或更緊湊的數據類型可以減少存儲空間的使用，從而降低煤氣費.

開發(fā)人員通常更喜歡單位8 or 單位16 超過單位256 如果較小的數字足以滿足合同的邏輯。

循環(huán)和函數優(yōu)化：循環(huán)和重復性任務會快速增加 Gas 消耗。開發(fā)者可以通過限制循環(huán)迭代次數或重構代碼來消除不必要的計算，從而降低 Gas 成本。

例如，合同應該避免在大型數據集上進行迭代的復雜循環(huán)，因為這些循環(huán)可能會變得昂貴。

通過應用這些和其他優(yōu)化技術，開發(fā)人員可以為用戶創(chuàng)建更高效??、更具成本效益的合同。

Gas 限制和 Gas 耗盡場景

每筆以太坊交易都必須包含 氣體限制，它設置了用戶愿意在該交易中花費的最大 gas 量。

此 gas 限制可確保用戶不會在運行時間過長的交易中意外耗盡所有以太幣。

如果交易在完成之前超出了 gas 限制，則會導致缺氣錯誤，交易失敗。

例如，如果用戶為最終需要 60,000 個 gas 單位的交易設置了 50,000 個 gas 單位的 gas 限制，則交易將在中途停止，并且不會對區(qū)塊鏈進行任何更改。

用戶仍然會損失在交易失敗前用于 Gas 的以太幣。因此，對于用戶和開發(fā)者來說，準確估算 Gas 限額以避免交易失敗至關重要。

在復雜的智能合約中，開發(fā)人員通常會包含 gas 檢查，以確保交易不會意外耗盡 gas。

同樣，用戶可以根據交易的預期復雜性調整其 gas 限制，以確保交易成功完成。

EVM 中的安全性

以太坊虛擬機（EVM）的安全性對于確保智能合約和去中心化應用進程的完整性和安全性至關重要。

智能合約中的常見漏洞

部署在以太坊虛擬機（EVM）上的智能合約由于其不可變性和公開性而面臨各種漏洞。

智能合約一旦部署就無法更改，因此確保其安全性至關重要。一些最常見的漏洞包括：

重入攻擊：重入攻擊是指外部合約在初始執(zhí)行完成之前回調到原始合約。這允許攻擊者利用合約的狀態(tài)，例如在合約余額更新之前反復提取資金。

例如，2016 年臭名昭著的 DAO 黑客攻擊利用了可重入漏洞，導致數百萬以太幣被盜。

整數上溢/下溢：在智能合約中，整數運算必須謹慎管理。如果數字大于或小于數據類型所能處理的范圍，就會導致溢出或下溢。

這可能導致不正確的合約行為，例如未經授權的代幣鑄造或價值操縱。

拒絕服務（DoS）：當合約被故意壓垮，導致其無法使用時，就可能發(fā)生 DoS 攻擊。攻擊者還可以利用 Gas 限制，使合法用戶執(zhí)行合約功能的成本過高。

這些漏洞可能導致資金損失、合約故障或網絡不穩(wěn)定。因此，開發(fā)者在部署合約之前必須遵循最佳實踐并進行全面的測試以降低風險。

EVM安全機制

以太坊虛擬機集成了多種安全機制，以幫助保護合約并確保交易的完整性。這些機制包括：

氣體限制：Gas 系統(tǒng)可作為防止無限循環(huán)或過度計算的保護層。每筆交易都受到用戶提供的 Gas 數量的限制，從而確保合約不會無限期運行或消耗過多資源。

這有助于防止網絡濫用，并保護合約免受因無限循環(huán)而導致的 DoS 攻擊。

隔離度：EVM 將智能合約彼此隔離。合約在沙盒環(huán)境中運行，這意味著它們只能通過明確定義的函數與其他合約和數據進行交互。

這確保了即使一個合約被破壞，它也不能直接干擾其他合約的執(zhí)行或存儲在單獨賬戶中的數據。

簽名驗證：EVM 確保外部賬戶發(fā)起的交易使用加密密鑰進行正確簽名。這可以防止未經授權的訪問或操縱交易，因為只有私鑰的所有者才能從其賬戶發(fā)起交易。

雖然這些機制提供了基礎級別的安全性，但開發(fā)人員仍然有責任保護他們的合約邏輯并避免已知的漏洞。

審計智能合約以確保 EVM 安全

審計是確保智能合約在以太坊網絡上部署之前的安全的關鍵步驟。

智能合約審計包括審查合約的代碼庫、識別潛在漏洞并確保其遵循最佳實踐。審計流程通常側重于：

代碼審查：審計人員逐行審查合約代碼，以檢測錯誤、漏洞和低效邏輯。這有助于發(fā)現(xiàn)整數溢出、不當訪問控制或易受攻擊的外部調用等問題。
測試與驗證：審計人員對合約進行手動和自動測試。這包括針對單個函數的單元測試和模擬測試，以評估合約在各種場景（例如高交易量或極端情況）下的表現(xiàn)。
正式驗證在某些情況下，形式化方法用于數學證明智能合約行為的正確性。這可以提供更高級別的保證，尤其是對于去中心化金融 (DeFi) 應用中使用的高風險合約。

CertiK 和 OpenZeppelin 等審計公司專門對智能合約進行深入審查，以識別風險并提出改進建議。全面的審計有助于最大限度地減少漏洞，確保合約在 EVM 上安全運行。

EVM用例

以太坊虛擬機 (EVM) 在支持各種區(qū)塊鏈應用（從去中心化金融 (DeFi) 到 NFT 和智能合約）方面發(fā)揮著重要作用。

去中心化應用進程（dApps）

來源: 藍色侏儒鳥

去中心化應用進程 (dApps) 是在區(qū)塊鏈網絡上運行的軟件進程，通常使用智能合約作為其后端邏輯。

以太坊虛擬機 (EVM) 在執(zhí)行這些 dApp 中發(fā)揮著重要作用，因為它允許它們以安全和分散的方式與區(qū)塊鏈交互。

例如，Uniswap（去中心化交易所）和Aave（去中心化借貸平臺）等流行的 dApp 使用 EVM 來處理交易、貸款和其他交互，而無需依賴中央權威。

您可以直接與區(qū)塊鏈交互，EVM 確保所有交易都按照智能合約代碼執(zhí)行。這種去中心化的方式增強了安全性、透明度以及用戶對其資金或數據的控制。

智能合同

智能合約是自動執(zhí)行的協(xié)議，合約條款直接寫入代碼。EVM 負責執(zhí)行這些合約，確保它們在部署后能夠完全按照預期運行。

這些合約可以自動化各種流程，從簡單的代幣轉移到復雜的金融協(xié)議，并且是許多基于以太坊的服務的基礎。

例如，可以使用智能合約創(chuàng)建托管服務，資金將被保留，直到滿足預定義的條件為止。

一旦這些條件得到驗證（例如貨物交付），EVM 就會自動將資金發(fā)放給賣方，從而無需中介機構。智能合約的使用降低了成本，提高了效率，并實現(xiàn)了各方之間無需信任的交互。

DeFi平臺

去中心化金融（DeFi）平臺利用 EVM 創(chuàng)建不依賴傳統(tǒng)金融中介機構的金融產品和服務。

這些平臺直接在區(qū)塊鏈上為用戶提供各種金融工具，例如借貸、交易和收益耕作。

例如，Compound 和 MakerDAO 是兩個基于以太坊網絡構建的 DeFi 平臺，它們允許用戶無需銀行即可借出或借入加密貨幣。

EVM 確保借貸協(xié)議安全執(zhí)行，自動計算利率、抵押要求和其他因素。

您可以通過智能合約與這些平臺互動來賺取利息或獲得貸款，而 EVM 可確保所有條款都得到執(zhí)行。

不可替代令牌（NFT）

不可替代令牌（NFT）是代表特定物品或內容（例如藝術品、音樂或收藏品）所有權的獨特數字資產。

EVM 支持通過遵循 ERC-721 或 ERC-1155 等標準的智能合約創(chuàng)建和傳輸 NFT。

例如，OpenSea 和 Rarible 等平臺使用 EVM 來鑄造、購買和出售 NFT。當用戶購買 NFT 時，EVM 會在以太坊區(qū)塊鏈上記錄所有權轉移，確保買家擁有可驗證且不可篡改的所有權記錄。

NFT 改變了數字藝術和游戲等行業(yè)，它允許創(chuàng)作者將他們的作品代幣化并直接出售給收藏家，所有交易均由 EVM 處理和保護。

跨鏈和多鏈 EVM 實現(xiàn)

以太坊虛擬機 (EVM) 不再局限于以太坊，因為它現(xiàn)在通過以下方式為跨多個區(qū)塊鏈的應用進程提供支持：交叉鏈以及多鏈實現(xiàn)。

其他區(qū)塊鏈上的 EVM

以太坊虛擬機（EVM）已被以太坊以外的各種區(qū)塊鏈采用，允許開發(fā)人員在其他網絡上構建和運行與以太坊兼容的智能合約。

這些區(qū)塊鏈實現(xiàn)了 EVM，以支持相同的基于 Solidity 的應用進程，使開發(fā)人員能夠更輕松地跨多個平臺部署 dApp。示例包括：

幣安智能鏈（BSC）：BSC 是一個兼容 EVM 的區(qū)塊鏈，允許開發(fā)者以極少的改動移植以太坊 dApp。與以太坊相比，BSC 的交易速度更快，手續(xù)費更低，因此對某些去中心化應用（例如去中心化交易所 (DEX) 和收益挖礦平臺）頗具吸引力。
多邊形（以前為Matic）：Polygon 是以太坊的 Layer 2 擴容解決方案，支持 EVM，使以太坊 dApp 能夠以更低的交易費用和更快的處理速度運行。它廣泛應用于游戲、NFT 市場和 DeFi 應用。
雪崩和幻影：Avalanche 和 Fantom 都是實現(xiàn) EVM 的高性能區(qū)塊鏈，為以太坊開發(fā)人員提供了以更快的速度和更低的成本將其應用進程擴展到新網絡的機會。

這些與 EVM 兼容的鏈通過提供具有獨特優(yōu)勢（例如可擴展性和可負擔性）的替代平臺來增強以太坊的生態(tài)系統(tǒng)，同時保持與基于以太坊的 dApp 的兼容性。

EVM 和 Layer 2 解決方案

來源: 英國證券交易所

第2層解決方案創(chuàng)建在以太坊之上，以幫助擴展網絡、降低交易費用并提高吞吐量，而無需改變基礎層（第 1 層）。

許多 Layer 2 解決方案都設計為與 EVM 兼容，以確保已在以太坊上運行的 dApp 能夠無縫過渡。主要示例包括：

樂觀匯總：Optimism 和 Arbitrum 等解決方案使用 Optimistic Rollup 在鏈下批量處理多筆交易，并向以太坊主鏈提交單一證明。它們與 EVM 兼容，允許開發(fā)者以極少的調整即可遷移其智能合約。
zk匯總：zk-Rollups（例如由 zkSync 開發(fā)的版本）使用零知識證明來驗證鏈下交易的有效性。這些 rollups 也兼容 EVM，旨在在保證安全性的同時減少以太坊的計算負載。

第 2 層解決方案顯著降低了 gas 費用并提高了以太坊網絡的吞吐量，同時仍然使用 EVM 執(zhí)行合約，這對以太坊的可擴展性策略至關重要。

EVM的演變

隨著時間的推移，EVM 已經適應并克服了其局限性，以太坊 2.0 和第 2 層解決方案等發(fā)展有望實現(xiàn)更高效的虛擬機。

EVM 的局限性

事實證明，以太坊虛擬機是去中心化應用進程的強大工具，但它也有一定的局限性：

性能瓶頸：EVM 會按順序處理交易，這會導致執(zhí)行時間緩慢，尤其是在網絡擁堵時。這會導致 Gas 費用高昂，交易確認延遲。
天然氣效率低下：某些 EVM 操作的 Gas 成本較高，尤其是在存儲和某些算術運算方面。這限制了智能合約的復雜性，因為開發(fā)者必須不斷優(yōu)化 Gas 效率，以避免交易成本過高。
缺乏并行化：EVM 的當前設計不支持交易的并行執(zhí)行，這意味著所有操作必須一次處理一個。這限制了可擴展性和吞吐量，尤其是在以太坊網絡需求不斷增長的情況下。

這些限制正在推動持續(xù)的研究和開發(fā)，旨在改進或替換 EVM 的部分功能，以提高其性能、可擴展性和效率。

以太坊 2.0 和 EVM 的未來

隨著過渡到 以太坊2.0 （ETH2），以太坊網絡正在從工作量證明（PoW）轉向權益證明（PoS）共識機制。

此次升級旨在提高可擴展性、安全性和能源效率。然而，EVM 本身不會被取代，而是會不斷演進，以適應新的生態(tài)系統(tǒng)。

碎片鏈：以太坊 2.0 引入了分片技術，將網絡劃分為多個較小的鏈（分片），并行處理交易。這可以緩解擁堵并降低 Gas 費用，但這需要調整 EVM 與這些分片鏈的交互方式。
執(zhí)行環(huán)境：在以太坊 2.0 中，有計劃創(chuàng)建 執(zhí)行環(huán)境，它將與 EVM 協(xié)同工作，支持更復雜的應用進程，并使其他虛擬機能夠在以太坊上共存。

這可以為智能合約的執(zhí)行提供更大的靈活性，并在不從根本上改變 EVM 的情況下提高性能。

以太坊 2.0 路線圖標志著 EVM 在未來網絡的持續(xù)作用，但可擴展性和適應性得到增強。

EVM 的創(chuàng)新和升級

目前，我們正在進行多項升級 EVM 的工作，以使其更加高效、功能更加豐富。一些值得注意的創(chuàng)新包括：

EVM 384：本提案旨在擴展 EVM 的原生數據類型，以實現(xiàn)更高效的加密操作，而這些操作目前非常耗費 Gas。通過擴展 EVM 的字長，可以簡化某些計算，從而降低復雜操作的成本。
eWASM（以太坊 WebAssembly）：eWASM 是一項旨在用 WebAssembly (WASM) 取代 EVM 的計劃，WASM 是一種更現(xiàn)代、更通用的虛擬機。WASM 速度更快，支持并行執(zhí)行，并且在區(qū)塊鏈應用之外得到廣泛應用。

如果全面實施，eWASM 將使以太坊能夠更有效地處理合約，并向熟悉主流編程語言的開發(fā)人員開放網絡。

帳戶抽象：本次升級旨在簡化賬戶和合約與網絡的交互方式。通過抽象化與簽名驗證和交易管理相關的某些復雜性，本次升級將允許更靈活、更人性化的智能合約設計，從而增強 EVM 的功能。

這些創(chuàng)新旨在確保 EVM 保持競爭力并能夠支持以太坊的長期增長。

EVM 生態(tài)系統(tǒng)和工具

以太坊虛擬機（EVM）擁有不斷壯大的工具生態(tài)系統(tǒng)，旨在幫助開發(fā)人員有效地構建、測試和優(yōu)化智能合約。

EVM 的開發(fā)者工具

已經構建了各種各樣的開發(fā)工具，以使以太坊虛擬機（EVM）的使用更加高效和用戶友好。

這些工具可幫助開發(fā)人員編寫、編譯、部署和測試智能合約，確保其性能和安全性得到優(yōu)化。一些最受歡迎的工具包括：

混音IDERemix 是一個基于 Web 的集成開發(fā)環(huán)境 (IDE)，用于編寫和測試智能合約。它支持 Solidity（以太坊智能合約的主要編寫語言），并提供一套調試和部署工具。由于其易用性和靈活性，它被初學者和經驗豐富的開發(fā)人員廣泛使用。
Truffle Suite：Truffle 是一個開發(fā)框架，可簡化構建去中心化應用進程 (dApp) 的過程。它包含一組用于管理合約、運行自動化測試以及與以太坊區(qū)塊鏈交互的庫。Truffle 還與其他工具（例如 Ganache）集成，后者可在本地模擬區(qū)塊鏈以進行測試。
Hardhat：Hardhat 是另一個流行的開發(fā)環(huán)境，它提供了豐富的功能，用于編譯智能合約、調試和運行測試。它支持 Solidity，并提供靈活的插件，例如能夠在本地運行 EVM，以便在開發(fā)過程中快速迭代。

這些工具簡化了開發(fā)過程，并有助于確保開發(fā)人員能夠有效地構建、測試和部署基于 EVM 的應用進程。

EVM調試和測試

鑒于區(qū)塊鏈交易的不可變性，調試和測試是智能合約開發(fā)的關鍵步驟。

智能合約一旦部署，錯誤就很難輕易修復，因此嚴格的測試至關重要。一些用于調試和測試的關鍵工具包括：

伽納徹Ganache 是 Truffle 套件的一部分，它是一個本地區(qū)塊鏈模擬器，允許開發(fā)者創(chuàng)建個人以太坊網絡。它模擬區(qū)塊鏈，使開發(fā)者無需支付 Gas 費用或等待以太坊主網絡的確認即可測試智能合約。這使得它非常適合在各種條件下測試合約的功能。
安全帽調試器Hardhat 提供內置調試工具，允許開發(fā)者逐步檢查智能合約的執(zhí)行情況。這使得開發(fā)者更容易識別邏輯問題或發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn) Gas 效率低下的地方。該工具支持在本地網絡上進行實時測試，從而降低部署存在錯誤或效率低下的合約的風險。
Solidity 覆蓋率Solidity Coverage 是一款用于衡量智能合約代碼測試程度的工具。它確保測試涵蓋關鍵功能和邊緣情況，從而降低已部署合約中存在未發(fā)現(xiàn)漏洞的風險。

使用這些工具進行徹底的測試有助于防止實際合同中出現(xiàn)代價高昂的錯誤和安全漏洞。

EVM 仿真器和模擬器

EVM 模擬器和仿真器允許開發(fā)人員在本地機器上模擬以太坊網絡的執(zhí)行環(huán)境。

這些工具有助于在智能合約部署到主網之前進行測試、性能調整和調試。一些廣泛使用的模擬器和仿真器包括：

伽納徹：作為區(qū)塊鏈模擬器，Ganache 允許開發(fā)者運行本地以太坊區(qū)塊鏈，以便在受控環(huán)境中測試交易、部署合約并監(jiān)控 Gas 消耗。開發(fā)者可以模擬現(xiàn)實世界的交互，從而幫助他們微調 dApp 和合約。
EVM 游樂場：EVM Playground 是一款基于瀏覽器的工具，允許開發(fā)者直接在沙盒環(huán)境中編寫、編譯和執(zhí)行 EVM 字節(jié)碼。這對于想要探索特定 EVM 操作碼的行為方式或排查底層合約問題的開發(fā)者尤其有用。
以太坊：EthFiddle 是一款輕量級的在線工具，允許用戶實時測試 Solidity 代碼片段。開發(fā)者可以快速共享和測試代碼片段，使其成為調試和測試小段代碼的協(xié)作工具。

這些模擬器和仿真器對于確保智能合約在部署前按預期運行至關重要，從而節(jié)省開發(fā)過程中的時間和資源。

結語

以太坊虛擬機 (EVM) 是以太坊區(qū)塊鏈的支柱，為去中心化應用進程、智能合約、DeFi 平臺和 NFT 提供支持。

它的跨鏈兼容性和在第 2 層解決方案中的作用凸顯了它在更廣泛的區(qū)塊鏈生態(tài)系統(tǒng)中的重要性。

然而，它也面臨著一些限制，例如 gas 效率低下和缺乏并行化，以太坊 2.0 等正在進行的升級和 eWASM 等創(chuàng)新旨在解決這些問題。

憑借強大的開發(fā)工具、調試系統(tǒng)和模擬器生態(tài)系統(tǒng)，EVM 不斷發(fā)展，確保它仍然是推動以太坊日益增長的去中心化格局的關鍵引擎。

隨著區(qū)塊鏈技術的進步，EVM 將不斷適應和增強，推動跨平臺去中心化應用進程和智能合約的未來。

以太坊虛擬機（EVM）常見問題解答

此常見問題解答部分解答了一些常見問題，可以幫助您縮小選擇范圍：

EVM 可以在其他區(qū)塊鏈上運行嗎？

是的，EVM 與多個其他區(qū)塊鏈兼容，例如幣安智能鏈、Avalanche 和 Polygon，允許它們運行基于以太坊的應用進程。

EVM 使用什么編程語言？

EVM 使用的主要編程語言是 Solidity，它編譯成 EVM 字節(jié)碼以在以太坊網絡上執(zhí)行。

EVM 如何計算 gas 費？

EVM 根據每筆交易或智能合約執(zhí)行所需的計算資源來計算 gas 費用，更復雜的操作需要更高的 gas。

EVM 可以運行任何類型的代碼嗎？

是的，EVM 是圖靈完備的，這意味著只要有足夠的時間和資源，它就可以運行任何計算算法。

第 2 層解決方案如何改進 EVM？

第 2 層解決方案通過從主以太坊網絡卸載交易、減少擁堵并降低 gas 費用來改進 EVM。

所有基于以太坊的應用進程都使用 EVM 嗎？

是的，以太坊網絡上的所有去中心化應用進程（dApp）和智能合約都是使用 EVM 執(zhí)行的。

EVM如何處理智能合約安全？

EVM 通過在隔離環(huán)境中執(zhí)行智能合約來增強安全性，防止惡意代碼影響其他合約或網絡。

什么是 EVM 操作碼？

EVM 操作碼是 EVM 執(zhí)行的低級指令，用于執(zhí)行智能合約中的數學運算、數據存儲和控制流等任務。

到此這篇關于什么是以太坊虛擬機(EVM)？架構、運行機制與生態(tài)系統(tǒng)的文章就介紹到這了,更多相關以太坊虛擬機詳細介紹內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章，希望大家以后多多支持腳本之家！

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