ماشین مجازی اتریوم یا EVM چیست؟

با گسترش فناوری‌های رمزارزی و بلاکچین، اتریوم (Ethereum) به عنوان یکی از برترین پلتفرم‌های بلاکچینی محسوب می‌شود که امکان اجرای قراردادهای هوشمند را فراهم می‌کند. این امکان نه تنها تغییری در برخی صنایع بلکه انقلابی در نحوه‌ی کارکرد شبکه‌ها و سیستم‌های اطلاعاتی به همراه داشته است.

در این مقاله، به بررسی ماشین مجازی اتریوم یا همان Ethereum Virtual Machine (EVM) می‌پردازیم. ماشین مجازی اتریوم یکی از قسمت‌های حیاتی اتریوم محسوب می‌شود و اصطلاحاً محیطی اجرایی تورینگ کامل برای اجرای قراردادهای هوشمند بر روی شبکه اتریوم است. توانمندی‌های بی‌نظیر EVM و محیطی که ایجاد می‌کند، باعث شده است تا اتریوم به یکی از محبوب‌ترین پلتفرم‌های توسعه برنامه‌های بلاکچینی تبدیل شود.

در این مقاله از حامی پرداخت ، به بررسی ماهیت و کارکرد EVM می‌پردازیم و نحوه‌ی اجرای قراردادهای هوشمند، برنامه‌ها و دی‌اپ‌ها در این محیط مجازی را بررسی خواهیم کرد.

 

ماشین مجازی چیست؟

 

 

ماشین مجازی یا VM معمولاً یک کامپیوتر مجازی است که می‌تواند داخل کامپیوتر واقعی دیگری ایجاد شود. این کامپیوتر مجازی می‌تواند همه ویژگی‌های یک کامپیوتر واقعی را داشته باشد، شامل سیستم عامل و نرم‌افزارها. با استفاده از VM، می‌توانید یک سیستم عامل مجزا را روی کامپیوتر خود اجرا کنید، به عنوان مثال، می‌توانید سیستم‌عامل لینوکس را روی ویندوز اجرا کنید.

این ویژگی مفید است چون به شما امکان می‌دهد بدون نیاز به کامپیوتر فیزیکی جدید، از چندین سیستم عامل و نرم‌افزار همزمان استفاده کنید. همچنین،VM  می‌تواند منابع سخت‌افزاری را بهینه‌تر مدیریت کند و از ایزوله‌سازی محیط‌ها برای تست نرم‌افزارها استفاده کند.

در اتریوم، ماشین مجازی اتریوم یا EVM نقشی مهم ایفا می‌کند. EVM یک نوع ماشین مجازی است که قراردادهای هوشمند اتریوم را اجرا می‌کند. با استفاده از EVM، توسعه‌دهندگان می‌توانند قراردادهای هوشمند و برنامه‌های مختلف را روی شبکه اتریوم ایجاد و اجرا کنند و از منابع شبکه بهره ببرند.

از جمله مزایای استفاده از ماشین مجازی اتریوم، کاهش نیاز به منابع سخت‌افزاری و افزایش امنیت شبکه است. با استفاده از EVM، برنامه‌ها به صورت محدود در اجرا از منابع شبکه استفاده می‌کنند و تلاش‌ها برای نفوذ به سیستم را کاهش می‌دهند.

در کل، ماشین مجازی اتریوم (EVM) به شما اجازه می‌دهد قراردادهای هوشمند اتریوم را به صورت امن و کارآمد اجرا کنید و توسعه‌دهندگان را قادر می‌سازد تا از امکانات پویا و بزرگ شبکه اتریوم بهره‌برداری کنند.

 

 

تورینگ کامل چیست ؟

 

در تئوری محاسبات و دنیای بلاک‌چین، اصطلاح “تورینگ کامل” به یک سیستم یا دستگاه اشاره دارد که می‌تواند هر نوع محاسبه‌ای را انجام دهد، حتی پروژه‌های بسیار پیچیده. به عبارت دیگر، تورینگ کامل بدان معناست که این دستگاه توانایی حل هر مسئله محاسباتی را دارد.

یک دستگاه یا زبان برنامه‌نویسی زمانی به عنوان تورینگ کامل شناخته می‌شود که بتواند هر مساله را حل یا هر برنامه‌ای را اجرا کند، بدون محدودیت در نوع و پیچیدگی آن. این به این معناست که از نظر محاسباتی، هیچ مسئله‌ای برای این دستگاه یا زبان برنامه‌نویسی خارج از دسترس نیست.

در دنیای ارزهای دیجیتال و فناوری بلاک‌چین، هر شبکه ممکن است به‌صورت تورینگ کامل یا تورینگ ناقص طراحی شود، بسته به هدفی که دنبال می‌کند. به‌عنوان مثال، شبکه‌ی بیت‌کوین به‌عنوان یک نمونه از تورینگ ناقص طراحی شده است تا توسعه‌دهندگانِ آن بتوانند با دقت بالاتری رفتار بیت‌کوین را پیش‌بینی کنند.

در مقابل، شبکه‌ی اتریوم به‌عنوان یک شبکه تورینگ کامل شناخته می‌شود؛ به این معنا که می‌تواند هر قرارداد هوشمندی را اجرا و هر اپلیکیشنی را به درستی اجرا کند. به شرطی که منابع لازم، مانند زمان و قدرت پردازش، در دسترس باشند، اتریوم می‌تواند هر محاسبه‌ای را پردازش کند و به توسعه‌دهندگان اجازه بدهد قراردادهای هوشمند و برنامه‌های خود را با آزادی و کامل اجرا کنند.

 

قرارداد هوشمند چیست ؟

 

قرارداد‌های هوشمند به صورت توافق‌نامه‌هایی بین طرفین هستند که به صورت کدهای برنامه‌نویسی نوشته شده‌اند. این قراردادها به صورت خودکار اجرا می‌شوند و نیازی به شخص ثالث برای اجرای آنها ندارد. به این ترتیب، افراد می‌توانند در یک بستر امن و ناشناس با یکدیگر تعامل داشته باشند و تراکنش‌ها به صورت شفاف و غیرقابل تغییر در بلاک‌چین ثبت می‌شوند.

قراردادهای هوشمند در بستر بلاک‌چین کار می‌کنند و از امکانات ماشین مجازی اتریوم یا EVM بهره می‌برند. اجرای این قراردادها به‌وسیله چندین نود بدون هیچگونه دستکاری انجام می‌شود و نتیجه‌ی تراکنش‌ها بر روی بلاک‌چین ثبت می‌شود.

یکی از مزیت‌های اصلی قراردادهای هوشمند این است که بدون نیاز به سیستم‌های قانونی یا مراجع میانی، اجرا می‌شوند. به این ترتیب، می‌توان به‌صورت امن تراکنش‌ها را انجام داد. همچنین، این قراردادها برای تبادل ارزها، انجام معاملات مالی و سایر تعاملات بین طرفین مورد استفاده قرار می‌گیرند.

 

مفهوم EVM یا ماشین مجازی اتریوم چیست؟

 

ماشین مجازی اتریوم یا EVM، یک قسمت کلیدی و بسیار مهم از بلاکچین اتریوم است. در واقع، این ماشین مجازی، محیط اجرای قراردادهای هوشمند روی بلاکچین اتریوم را فراهم می‌کند. به عبارت ساده‌تر، EVM یک ماشین مجازی یا یک محیط مجازی است که بر روی تمامی نودها (کامپیوترهای مشارکت‌کننده در بلاکچین) اجرا می‌شود و قراردادهای هوشمند را به زبان ماشین قابل فهم برای کامپیوترها تفسیر و اجرا می‌کند.

 EVM باعث اجرای کدهای برنامه‌نویسی اسمارت کانترکت‌ها می‌شود. اسمارت کانترکت‌ها توافق‌نامه‌هایی هستند که به زبان برنامه‌نویسی نوشته می‌شوند و در بلاکچین ذخیره می‌شوند. وقتی کاربران تراکنش‌هایی انجام می‌دهند که مرتبط با اجرای یک قرارداد هوشمند است،  EVM به اجرای کدهای مربوطه می‌پردازد.

مهمترین ویژگی EVM این است که برنامه‌ها و قراردادهای هوشمند اجرا شده در آن بر روی تمامی نودهای شبکه اتریوم یکسان خواهد بود و همگامی اطلاعات و وضعیت اجرای قراردادها تضمین می‌شود. همچنین، اجرای قراردادها در EVM باعث مصرف منابع محاسباتی (مثل زمان پردازش و حافظه) مورد نیاز برای اجرای کدها می‌شود که با استفاده از واحد پولی اتر، هزینه‌های مربوط به اجرای کدها و تراکنش‌ها پرداخت می‌شود.

به این ترتیب، EVM نقش بسیار مهمی در امکان اجرای قراردادهای هوشمند با اطمینان و توافق‌پذیری در بستر بلاکچین اتریوم ایفا می‌کند و از این طریق توسعه‌دهندگان می‌توانند برنامه‌ها و اپلیکیشن‌های تحت بستر بلاکچین را ایجاد و اجرا کنند.

 

ویژگی‌های ماشین مجازی اتریوم یا EVM

 

ماشین مجازی EVM، در اساس خود، یک پایگاه داده بزرگ برای ذخیره حساب‌ها و موجودی‌های شبکه می‌باشد. به عبارت دیگر، یک ابزار پردازشی و نرم‌افزاری است که مشابه یک کامپیوتر غیر متمرکز عمل می‌کند. از ایده‌ها و برنامه‌های رمزنگاری شده گرفته تا بازی‌ها و بازارهای آنلاین مانند اوپن سی، توسعه‌دهندگان از این ماشین مجازی برای ایجاد برنامه‌های غیرمتمرکز مبتنی بر اتریوم و به زبان سالیدیتی که برای آن طراحی شده، استفاده می‌کنند.

این ماشین مجازی بخشی اساسی از شبکه اتریوم است و مسئول اجرا و انتقال قراردادهای هوشمند است. در اینجا قراردادهای هوشمند و دی‌اپ‌ها به طور زنده و بدون وابستگی به مراکز کنترلی در این شبکه فعال هستند. شبکه اتریوم را می‌توان به عنوان یک ساختار همتا به همتا در نظر گرفت که از نودهای مجزای مختلف تشکیل شده است. هر نود به نود بعدی متصل می‌شود و وظیفه تضمین امنیت و استحکام کل اکوسیستم را به عهده دارد. این نودها برای اتصال و حفظ اجماع در کل شبکه اتریوم از ماشین مجازی EVM بهره می‌برند.

 

ارتباط گس (Gas) با روند اجرای EVM چیست؟

 

 Gasدر ارتباط با روند اجرای ماشین مجازی اتریوم (EVM) نقش بسیار مهمی دارد. در شبکه اتریوم، تراکنش‌ها و قراردادها برای اجرای کد و انجام عملیات‌های خود، مقداری از واحد محاسباتی را نیاز دارند. این واحد محاسباتی به عنوان Gas شناخته می‌شود و برای هر تراکنش یا عملیاتی که در قراردادها انجام می‌شود، مصرف می‌شود.

 Gasمعادل با هزینه‌های محاسباتی است که برای انجام یک تراکنش یا عملیات در EVM لازم است. هر یک از دستورالعمل‌ها و عملیات‌های کد EVM به تعداد مشخصی از Gas نیاز دارند. بنابراین، اگر یک کاربر یک تراکنش ارسال کند یا یک قرارداد اجرا شود، مقدار معینی از Gas برای انجام عملیات مصرف می‌شود. این مصرف GAS به عنوان پاداش به ماینرها ارائه می‌شود تا انرژی لازم برای انجام عملیات‌ها در شبکه فراهم شود.

مقدار Gas مورد نیاز برای یک تراکنش یا عملیات به موارد زیر وابسته است:

• نوع عملیات: نوع عملیات مشخص می‌کند که تراکنش یا قرارداد چه عملیاتی را انجام می‌دهند و چه مقدار از    Gasنیاز دارند.
• میزان پیچیدگی عملیات: اگر عملیات بیشتری پیچیده باشد و نیاز به محاسبات و ذخیره‌سازی بیشتر داشته باشد، مقدار GAS مصرفی بیشتر خواهد بود.
• کارمزد تراکنش: کاربران می‌توانند در تراکنش‌های خود کارمزد ارسال Gas انتخاب کنند. کارمزد بالاتر باعث اجرای سریع‌تر تراکنش می‌شود، زیرا ماینرها بیشترین کارمزد را در انتخاب تراکنش‌ها برای اجرا در نظر می‌گیرند.

 

مزایا و معایب ماشین مجازی اتریوم

 

مزایا:

1. امنیت: از آنجایی که ماشین مجازی اتریوم بر روی بلاکچین اجرا می‌شود، امکان تغییر داده‌ها و برنامه‌ها کاهش می‌یابد. همچنین، اطلاعاتی که درون ماشین مجازی قرار دارد، با استفاده از رمزنگاری و امضای دیجیتالی ایمن‌سازی می‌شود.
2. شفافیت: برنامه‌های اجرا شده در ماشین مجازی اتریوم را می‌توان به‌سادگی بر روی بلاکچین پیگیری کرد. این امر شفافیت بیشتری در مورد اجرای برنامه‌ها و تراکنش‌هایی که درون آن‌ها اتفاق می‌افتد، به ارمغان می‌آورد.
3. کاهش هزینه‌ها: اجرای برنامه‌ها بر روی ماشین‌های مجازی اتریوم، می‌تواند هزینه‌های مرتبط با سرورها و نگهداری آن‌ها را به‌طور قابل‌توجهی کاهش دهد.
4. غیرمتمرکزسازی: ماشین مجازی اتریوم بر روی بلاکچین اجرا می‌شود که یک زیرساخت غیرمتمرکز است. این به معنای عدم نیاز به اعتماد به‌طور کامل به یک مرکز مشخص است و برنامه‌ها بدون نیاز به دخل و تصرف متمرکز، اجرا می‌شوند.

معایب:

1. کارایی: اجرای برنامه‌ها بر روی ماشین‌های مجازی اتریوم ممکن است نسبت به اجرای مستقیم بر روی سرورها کندتر باشد. این امر ممکن است برای برنامه‌هایی که نیاز به عملکرد بالا دارند، مشکل‌ساز باشد.
2. هزینه‌های گاز: اجرای تراکنش‌ها و برنامه‌ها در محیط اتریوم هزینه‌های گاز (Gas) را می‌طلبد. هزینه‌های گاز ممکن است برای انجام عملیات‌های پیچیده و محاسباتی بزرگ، به‌طور قابل‌توجهی افزایش یابد.
3. محدودیت‌های اجرایی: برخی از برنامه‌ها و زبان‌های برنامه‌نویسی ممکن است نتوانند به‌طور کامل در محیط ماشین مجازی اتریوم اجرا شوند یا نیاز به تغییرات و تنظیمات خاصی داشته باشند.
4. انطباق با بلاکچین اتریوم: برخی از برنامه‌ها ممکن است به‌دلیل محدودیت‌های محیط ماشین مجازی اتریوم، با بلاکچین اتریوم انطباق نکنند یا مشکلات امنیتی داشته باشند.

انواع ماشین های مجازی اتریوم

 

مناسب‌ترین پیاده‌سازی‌های ماشین مجازی EVM، به زبان‌های برنامه‌نویسی مختلف، عبارتند از:

• : go-EVM با زبان برنامه‌نویسی Golang
• : SputnikEVM با زبان برنامه‌نویسی Rust
• : Py-EVM با زبان برنامه‌نویسی Rust و کمی از زبان Python
• : evmone اکثراً با زبان C++ و بخشی با زبان CMake
• : ethereumjs-VMبا استفاده از زبان TypeScript و کمی زبان جاوا اسکریپت
• : eEVM اغلب با زبان C++ و کمی زبان CMake
• : Hyperledger Burrowبه زبان GO نوشته شده است، اما همچنین از TypeScript، Solidity و زبان‌های دیگر پشتیبانی می‌کند.
• : hevmبا زبان Haskell

 

کدام شبکه‌ها با ماشین مجازی اتریوم سازگار هستند؟

 

چند نمونه ازمعروف ترین شبکه‌های سازگار با ماشین مجازی اتریوم (EVM) عبارت‌اند از:

بایننس اسمارت چین (Binance Smart Chain – BSC):

• یک شبکه موازی با بلاکچین اصلی بایننس کوین (BNB) است.
• از الگوریتم Proof of Stake(PoS) برای اجماع استفاده می‌کند که باعث سرعت بالا و کارمزد کمتر تراکنش‌ها می‌شود.
• از EVM برای اجرای قراردادها و داپ استفاده می‌کند.

پالیگان (Polygon):

• از سایدچین‌ها یا زنجیره‌های جانبی برای مقیاس‌پذیری شبکه اتریوم استفاده می‌کند.
• اجازه اجرای قراردادهای هوش مصنوعی اتریوم را به شبکه می‌دهد.
• هدف آن بهینه‌سازی سرعت تراکنش‌ها و کاهش هزینه‌هاست.

آوالانچ (Avalanche):

• از الگوریتم کنسانس Avalanche برای اجماع استفاده می‌کند که باعث سرعت بالا و پایداری شبکه می‌شود.
• به انجام تراکنش‌ها و اجرای قراردادها از EVM می‌پردازد.

xDAI Chain:

• یک شبکه زنجیره‌بسته‌ای است که از PoS)) برای اجماع استفاده می‌کند.
• کارمزد کم و سرعت بالا را تضمین می‌کند و برای دپلوی قراردادها از EVM استفاده می‌کند.

بوبا نتورک (Boba Network):

• از الگوریتم (PoS) به عنوان روش اجماع استفاده می‌کند.
• باعث افزایش سرعت تراکنش‌ها و کاهش هزینه‌ها نسبت به اتریوم می‌شود.
• قابلیت اجرای قراردادها و داپ با استفاده از EVM را دارد.

 

نتیجه گیری

 

در این مقاله، به بررسی مفهوم ماشین مجازی اتریوم پرداخته شد و اهمیت این تکنولوژی نوظهور در دنیای امروز مورد بررسی قرار گرفت. هدف اصلی ما این بود که مفاهیم اساسی ماشین مجازی اتریوم را به خوانندگان معرفی کنیم و نحوه عملکرد و کاربردهای آن را توضیح دهیم.

از اهمیت‌های اصلی ماشین مجازی اتریوم می‌توان به افزایش امنیت در برنامه‌ها و اجراهای قرارداد‌های هوشمند اتریوم اشاره کرد. با استفاده از این تکنولوژی، کاربران می‌توانند به‌طور امن و بدون نگرانی از حمله‌های تقلبی، قراردادهای هوشمند خود را اجرا کنند.

ماشین مجازی اتریوم به عنوان یک تکنولوژی نوظهور و نوآورانه می‌تواند نقش مهمی در آینده‌ی شبکه‌های بلاکچین ایفا کند. با ادامه‌ی تحقیقات و توسعه‌ی این تکنولوژی، انتظار می‌رود که موانع موجود از جمله محدودیت‌های مقیاس‌پذیری بهبود یابند و این تکنولوژی به طور گسترده‌تری در صنعت‌ها و کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار گیرد.