Introdução

O EVM é uma camada de abstração entre o código e o sistema anfitrião que serve como garantia para manter o funcionamento suave do Ethereum. O que é afinal o EVM? Quais são os princípios e casos de uso típicos do EVM? Vamos mergulhar mais fundo nisso.

Como a blockchain mais popular atualmente, a Ethereum fornece aos utilizadores uma variedade de aplicações descentralizadas. É o termo mencionado com mais frequência quando as pessoas se referem ao DEFI, NFs, etc. E o EVM, como parte central do Ethereum, também atrai a enorme atenção das pessoas. Então qual é a relação entre EVM e Ethereum?

O que é o EVM?

EVM significa máquina virtual Ethereum. Como definido pela Ethereum, EVM é o ambiente de tempo de execução em que todas as contas Ethereum e contratos inteligentes vivem na cadeia Ethereum.

O EVM existe como uma entidade única mantida por todos os computadores ligados que executam um cliente Ethereum. É o que define as regras para calcular um novo estado válido de bloco em bloco.

Como funciona o EVM?

Princípios por trás do EVM

Em vez de um livro de registro distribuído como a Bitcoin, a Ethereum é uma máquina de estado distribuída. A mudança de bloco em bloco representa uma atualização do estado de todas as contas e saldos na Ethereum. A atualização é calculada com base no código do contrato pelo EVM.

Figura: https://takenobu-hs.github.io/downloads/ethereum_evm_illustrated.pdf

O EVM é uma máquina virtual baseada em pilha e realiza todas as suas operações diretamente na pilha. Quando o contrato inteligente é compilado em código de bytes, o EVM realizará operações com base no código de bytes, incluindo buscar variáveis da memória e adicionar à pilha, calcular as variáveis na pilha e armazenar variáveis na memória, etc.

Existem dois tipos principais de armazenamento de dados no EVM: memória e armazenamento. As variáveis no armazenamento serão armazenadas no Ethereum permanentemente depois de o contrato ser executado, enquanto as variáveis na memória existem temporariamente enquanto o código está a ser executado no EVM.

Vejam chamar um contrato como exemplo. Escrevemos um contrato com o Soliity, compilámos metadados através de um compilador e publicámo-lo na Ethereum. Quando precisamos atualizar o estado do contrato, precisamos ligar para o contrato. No entanto, nem o SO nem o Windows podem executar contratos inteligentes diretamente. O EVM é necessário para fornecer um ambiente de funcionamento para contratos inteligentes. As etapas específicas são as seguintes: Primeiro, o EVM encontra o código do contrato armazenado na Ethereum através do endereço do contrato; depois, é gerado um ambiente de execução; finalmente, o conteúdo do contrato é convertido em código de bytes e colocado no EVM para operação. O resultado obtido com a operação será armazenado como o estado mais recente no próximo bloco, portanto, concluindo o processo de atualização do estado.

Figura: https://cnodejs.org/topic/5aeecba802591040485bab2a

Implementações EVM
Atualmente, todos os clientes da Ethereum incluem uma implementação EVM. A Ethereum lançou o código-fonte de várias linguagens de programação, incluindo Python, C++, js, Go, etc., para implementar as funcionalidades EVM. Ajuda os utilizadores a entender o princípio do EVM de uma forma mais conveniente.

Py-EVM - Python: https://github.com/ethereum/py-evm
evmone - C++: https://github.com/ethereum/evmone
Ethereumjs - vm - JavaScript: https://github.com/ethereumjs/ etéreumjs-monorepo
EEVM - C++: https://github.com/microsoft/eevm
Hiperledger Burrow - Vá: https://github.com/hyperledger/burrow

Elementos principais do EVM

Contrato inteligente

Os contratos inteligentes são um código que funciona exclusivamente no EVM. Não podem ser alterados uma vez implementados. A Ethereum define, modifica e armazena o estado através de contratos inteligentes para conseguir várias aplicações descentralizadas. O EVM funciona como um ambiente onde os contratos inteligentes podem correr, o que é semelhante à relação entre uma autoestrada e um carro.

Taxa gasolineira

É necessário poder de computação significativo para executar contratos inteligentes no EVM, que consome uma certa quantidade de gás. Para melhor compreensão, pense nos veículos que precisam pagar portagens nas estradas com portagens.
As taxas gasosas ajudam a incentivar os mineiros de todo o mundo a participar e a fornecer poder computacional, como forma de tornar a Ethereum mais descentralizada. Também evita que os usuários enviem pedidos de operação aleatórios que podem levar ao congestionamento do Ethereum Mainnet ou protege o Ethereum de travar evitando ataques mal-intencionados.

Solidez e Opcode

Os contratos inteligentes Ethereum são escritos no Soliity e são compilados no código de bytes antes de serem executados no EVM. O código de bytes contém opcodes ou códigos de operação. O EVM tem 144 códigos, cada um com funcionalidade específica, o que torna a Turing EVM completa. Pode resolver qualquer tipo de problema de computação. Solidez e Opcodes permite-nos escrever contratos inteligentes complexos e implementar uma grande variedade de funções no EVM, fornecendo assim aos utilizadores uma variedade de DAPPs.

Características do EVM

DETERMINÍSTICO

Para a mesma parte do código, a saída é a mesma depois de executada em diferentes EVM, pois não tem nada a ver com o ambiente de execução e o número de execuções. A certeza do EVM garante a fiabilidade do código e evita consequências inesperadas. Esta funcionalidade ajuda a proteger os interesses dos utilizadores especialmente quando fazem grandes transações na Ethereum.

Isolada

O EVM é como uma caixa de areia isolada onde o código corre. O processo em execução não prejudicará o software/hardware do computador nem afetará o protocolo subjacente da Ethereum. O isolamento do EVM impede que os hackers atacem a máquina que tem um EVM e também protege o protocolo subjacente da Ethereum de ser adulterado. Serve como garantia que protege a Ethereum.

Terminável

O processo de execução do código EVM pode ser interrompido. Se o utilizador utilizar o código errado, como um loop infinito, o mecanismo de gás pode ser implementado para terminar o processo de execução a fim de evitar que esse código ocupe a potência informática indefinidamente. Antes de executar o código no EVM, o limite superior de gás deve ser fixado antecipadamente. Quando o gás estiver esgotado, o código vai parar de funcionar e o estado será rolar para trás sem nenhuma atualização da cadeia.

Compatibilidade EVM

À medida que os utilizadores aumentam, a Ethereum Mainnet encontra muitos problemas, tais como redes congestionadas e altas taxas de gás. Limitado ao design de Ethereum, esses problemas não podem ser resolvidos radicalmente.

Nos últimos anos, existem muitas cadeias públicas novas que têm taxas de gás mais baixas e redes mais rápidas e cadeias de Camada 2 que foram concebidas para escalar a Ethereum. Estas cadeias são todas cadeias de contratos inteligentes, que dizem ter melhores designs subjacentes e podem ser utilizadas para construir uma variedade de DAPPs.

Estas cadeias assumem as exigências excedentárias do ecossistema Ethereum e desafiam o estatuto dominante da Ethereum. É necessário que as congéneres da Ethereum sejam compatíveis com o EVM? A propósito desta divergência, estas cadeias são divididas em duas categorias: cadeias compatíveis com EVM e cadeias não EVM.

Cadeias públicas compatíveis com EVM

Recentemente, as cadeias públicas de Camada 1 têm vindo a aparecer uma após outra. Embora reconstruir um ecossistema em cadeia que funciona em paralelo com o Ethereum possa superar as falhas existentes da Ethereum, é necessário recursos humanos significativos para construir um ecossistema completo e desenvolver um DAPP do zero. A falta de programadores qualificados impede que novos ecossistemas da cadeia pública cresçam. Para uma cadeia pública com um ecossistema não desenvolvido, seria difícil atrair um utilizador da Ethereum dentro de pouco tempo.

Perante isto, algumas cadeias públicas foram concebidas para serem compatíveis com EVM. Os DAPPs que estão a funcionar originalmente no Ethereum podem ser completamente transitados para cadeias públicas compatíveis com EVM apenas com pequenas modificações no código-fonte. Pode não só maximizar o uso dos recursos de desenvolvimento como proporciona aos utilizadores uma melhor experiência no processo de migração da Ethereum para uma nova cadeia.

No entanto, a compatibilidade EVM vem inevitavelmente com certos problemas. Confinadas às regras do EVM, muitas cadeias compatíveis com EVM encontram um problema sobre como conseguir inovação sem homogeneização. No entanto, as cadeias não EVM podem quebrar essas regras e desenvolver um novo conjunto de regras a partir do zero, conseguindo assim a inovação fundamentalmente.

Atualmente, mais de 70% das cadeias públicas comuns são compatíveis com EVM, tais como BSC, Avalanche, Fantom, Tron, Celo, etc. Não seria difícil para os desenvolvedores desenvolver DAPPs ou implantar aplicações Ethereum nessas cadeias para um maior desempenho e baixar as taxas de gás, melhorando assim a experiência do utilizador.

Algumas outras cadeias públicas não são EVM mas desenvolveram as suas próprias máquinas virtuais, tais como Sol, Terra, etc. Embora não sejam compatíveis com EVM, estas cadeias atraíram um grupo de utilizadores e instituições fiéis com o seu design inovador e excelente desempenho em cadeia. Por exemplo, os dois jogos de blockchain, Step N e Deixe-me falar, que têm sido populares recentemente em todo o mundo, baseiam-se na cadeia Sol e atraíram fãs entusiastas de todo o mundo para participar.

Notavelmente, as cadeias compatíveis com o EVM podem coexistir com cadeias não EVM. Algumas cadeias não EVM também começam a ser compatíveis com o EVM. O processo para conseguir isso seria árduo, uma vez que exige esforços amplos para modificar o código. Um exemplo disso é o Sol que lançou a Neon, que permite aos desenvolvedores construir DAPPs no EVM.

Figura: Compatibilidade EVM das cadeias públicas

Correntes Layer 2 compatíveis com EVM

Como solução escalante de Ethereum, a Camada 2 é complementar da Ethereum em vez do seu concorrente. As correntes de camada 2 são todas compatíveis com o EVM, com um nível de compatibilidade superior ao da Camada 1. Para a Camada 2 ser compatível com o EVM, temos duas soluções: Compatibilidade EVM e equivalência EVM.

As primeiras cadeias Layer 2 são compatíveis com EVM, o que é semelhante à compatibilidade EVM das cadeias Layer 1. Os contratos inteligentes na Camada Ethereum podem ser implementados na Camada 2 fazendo algumas modificações. Por exemplo, Unipig, lançada pelo Otimismo, é completamente uma reconstrução do código Uniswap. É considerado Uniswap na Camada 2.

Existem algumas limitações na compatibilidade com o EVM. Ao desenvolver contratos inteligentes numa cadeia compatível com o EVM, algumas ferramentas e estruturas de desenvolvimento baseados em EVM podem não estar disponíveis. Além disso, para os contratos inteligentes originalmente organizados na Camada 1, os desenvolvedores ainda precisam fazer alguns ajustes para que os contratos inteligentes possam correr sem problemas na blockchain compatível com o EVM.

A equivalência EVM visa dar aos desenvolvedores a mesma experiência ao desenvolverem contratos inteligentes na Camada 2 que na Camada Ethereum 1. Isso beneficiou muito os programadores da Layer2, melhorou ainda mais a eficiência do desenvolvimento e economizou os custos de desenvolvimento e manutenção de código com base na compatibilidade EVM.

Atualmente, as soluções de camada 2 convencionais, tais como Artbitrum, Optimismo e Metis, alcançaram a equivalência EVM. A equivalência EVM pode transferir melhor as funcionalidades do Ethereum para a Camada 2, com vista a minimizar os custos de desenvolvimento e migração causados pela escala. A equivalência EVM deverá tornar-se no padrão comum da Camada 2 no futuro e muitas soluções de Camada 2 terão uma corrida feroz em torno da equivalência EVM.

Conclusão

O EVM é o núcleo que mantém a Ethereum a funcionar. Com o estabelecimento do domínio da Ethereum, as principais cadeias públicas e as cadeias de Camada 2 seguiram ou são compatíveis com o conceito de design subjacente da EVM. Portanto, o EVM teve definitivamente um impacto profundo em toda a blockchain. O próprio EVM vem com muitos problemas, tornando difícil que as novas cadeias sejam compatíveis com o EVM. Apesar disso, os desenvolvedores têm trabalhado arduamente para fazer melhorias, o que facilitou muito o aparecimento de muitas outras cadeias públicas.