ماشین مجازی اتریوم چیست؟

اگر بخواهیم میزان اهمیت ماشین مجازی اتریوم (EVM) را توصیف کنیم، می‌توانیم آن را مغز بلاک چین اتریوم بدانیم، بدون آن اتریوم تنها یک ارز دیجیتال ساده‌ای بود که قابلیت اجرای قرارداد هوشمند، برنامه‌های غیرمتمرکز (dApps) و دیفای (DeFi) را نداشت. برای آشنایی بیشتر با این فناوری، قصد داریم در این مطلب از ایران بروکر به بررسی نحوه عملکرد ماشین مجازی اتریوم، مزایا، معایب، آینده و ارتباطش با قراردادهای هوشمند بیشتر بپردازیم. با ما همراه باشید.

ماشین مجازی اتریوم چیست؟

ماشین مجازی اتریوم (Ethereum Virtual Machine) یا به اختصار EVM، یک سیستم و موتور محاسباتی غیرمتمرکز است که قراردادهای هوشمند و تراکنش‌ها را روی بلاک چین اتریوم اجرا می‌کند. این سیستم روی یک سرور واحد و یا به‌صورت فیزیکی در جهان وجود ندارد و به‌صورت دیجیتالی و مجازی بوده و توسط هزاران گره یا اعتبارسنج در سراسر جهان پشتیبانی و اجرا می‌شود. در نتیجه هر شخص می‌تواند به‌عنوان اعتبارسنج به شبکه بپیوندد و به اجرای ماشین مجازی اتریوم کمک کند.

همین موضوع به افزایش غیرمتمرکز بودن این سیستم کمک می‌کند و باعث می‌شود که ماشین مجازی اتریوم یک سیستم غیرمتمرکز، ایمن و قابل اعتماد باشد. در واقع EVM را می‌توان به‌عنوان بخش اصلی شبکه اتریوم در نظر گرفت، زیرا به توسعه‌دهندگان این امکان را می‌دهد که برنامه‌های غیرمتمرکز (DApps) جدیدی روی بلاک چین ساخته و اجرا کنند.

ماشین مجازی اتریوم همچنین یک ماشین تورینگ کامل است که در صورت داشتن منابع و زمان کافی، می‌تواند هر نوع محاسباتی را انجام دهد. ماشین‌های تورینگ برخلاف کامپیوترهای معمولی در دنیا، دارای حافظه نامحدود در نظر گرفته می‌شوند و از آن‌جاکه هر کامپیوتری می‌تواند یک ماشین تورینگ را اجرا کند، EVM هم می‌تواند روی هر کامپیوتری اجرا شود. برای درک بهتر ماشین مجازی اتریوم اجازه دهید نحوه عملکرد آن را بررسی کنیم.

ماشین مجازی اتریوم چگونه کار می کند؟

اکثر قراردادهای هوشمند اتریوم توسط سالیدیتی (Solidity) نوشته می‌شوند؛ زبان برنامه‌نویسی سطح بالایی که توسعه‌دهندگان از آن برای نوشتن قراردادهای هوشمند خود استفاده می‌کنند. اما EVM نمی‌تواند این کدها را مستقیم بخواند، بنابراین کدها ابتدا باید به بایت‌کد (Bytecode) که یک زبان برنامه‌نویسی کاربرپسند است تبدیل شوند تا برای EVM قابل فهم باشند و بتواند آن‌ها را اجرا کند.

در واقع وقتی کاربری می‌خواهد با یک قرارداد هوشمند تعامل داشته باشد، یک تراکنش به آدرس قرارداد هوشمند ارسال می‌کند. این تراکنش شامل بایت‌کد به همراه تابعی است که کاربر می‌خواهد فراخوانی کند. سپس ماشین مجازی اتریوم، بایت‌کد را می‌خواند و آن تابع را اجرا می‌کند. EVM همچنین برای هر فعالیتی که انجام می‌دهد، به قدرت محاسباتی نیاز دارند. این قدرت محاسباتی توسط اعتبارسنج‌هایی که ارز دیجیتال اتر (Ether) استیک کرده‌اند تأمین می‌شود.

نگهداری پایگاه داده اتریوم

البته وظیفه ماشین مجازی اتریوم فقط اجرای قراردادهای هوشمند و تراکنش‌ها نیست، بلکه وظیفه دیگری نیز دارد و آن هم نگهداری پایگاه داده شبکه اتریوم است که تمامی داده‌های ذخیره شده را نگهداری می‌کند و به آن وضعیت نیز گفته می‌شود. این وضعیت قراردادهای هوشمند موجود، توزیع توکن‌ها در کیف پول‌های اتریوم و تمام تراکنش‌ها را ثبت می‌کند. وضعیت به‌طور مداوم تغییر خواهد کرد؛ زیرا هر تراکنش جدید توسط EVM در پایگاه داده ذخیره می‌شود. این کار با همکاری گره‌ها انجام می‌شود که صحت تغییرات را تأیید می‌کنند.

ماشین مجازی اتریوم به عنوان یک ماشین مبتنی بر استک

اگر بخواهیم عملکرد ماشین مجازی اتریوم را کمی عمیق‌تر بررسی کنیم، به سراغ نحوه ذخیره‌سازی داده‌ها توسط EVM می‌رویم. در واقع EVM یک ماشین مجازی مبتنی بر پشته است که از یک پشته یا استک (Stack) برای ذخیره‌سازی موقت داده‌ها برای محاسبات فوری استفاده می‌کند تا بتواند سریع عمل کرده و هزاران داده‌ را در ساعت کمتری پردازش کند. علاوه‌بر این، EVM از یک حافظه موقت دیگر نیز استفاده می‌کند که برای ذخیره داده‌های اضافی حین اجرا کاربرد دارد.

لازم به ذکر است بدانید که داده‌های این دو بخش پس از اتمام اجرای عملیات حذف خواهند شد. اما EVM یک حافظه دائمی هم دارد که محل نگهداری نتایج تراکنش‌ها و تعاملات قراردادهای هوشمند هستند؛ مانند تغییرات در میزان دارایی کیف پول‌ها که به‌صورت دائمی در حافظه اتریوم ثبت خواهند شد. این دقیقاً همان بخشی از بلاک چین است که توسط همه گره‌ها نگهداری می‌شود.

مزایا ماشین مجازی اتریوم

ماشین مجازی اتریوم مزایای مهمی دارد که در این بخش به برخی از آن‌ها اشاره خواهیم کرد:

• غیرمتمرکز بودن: ماهیت غیرمتمرکز بودن این فناوری، شبکه را در برابر دستکاری‌ها مقاوم می‌کند و به توسعه‌دهندگان برای ساخت و اجرای برنامه‌هایشان انعطاف‌ و آزادی بیشتری می‌دهد.
• شفافیت: شبکه اتریوم و EVM متن‌باز و شفاف هستند. در نتیجه همه می‌توانند پایگاه داده را مشاهده کنند؛ اینکه کدام تراکنش انجام شده، چه کیف پول‌هایی وجود داشته و چه مقدار دارایی دارند، چه قراردادهای هوشمندی روی بلاک چین ثبت شده‌اند و وضعیت آن‌ها به چه شکلی است.
• امنیت: بلاک چین اتریوم با استفاده از مکانیزم اجماع اثبات سهام که از ولیدیتورها برای اعتبارسنجی تراکنش‌ها استفاده می‌کند و همچنین اجرای قراردادهای هوشمند توسط EVM، امنیت زیادی را فراهم می‌آورد.
• قابلیت اجرا EVM روی هر سیستمی: ماشین مجازی اتریوم یک ماشین تورینگ کامل است و تقریباً هر کامپیوتری می‌تواند آن را درک کند. همین امر آن را برای توسعه اپلیکیشن‌های غیرمتمرکز (dApps) جدید مناسب می‌کند.

می‌توانید با استفاده از سایت اتر اسکن (لینک سایت)، وضعیت تراکنش‌ها، کیف پول‌های موجود و قراردادهای هوشمند شبکه اتریوم را بررسی کنید.

معایب ماشین مجازی اتریوم

البته ماشین مجازی اتریوم با وجود مزایای جذاب، معایب و چالش‌هایی هم دارد که به آن‌ها می‌پردازیم:

• مسائل مقیاس‌پذیری: عملکرد ماشین مجازی اتریوم به مقیاس‌پذیری شبکه اتریوم متکی است. از آن‌جایی که بلاک چین اتریوم به کندی پردازش تراکنش‌ها و کارمزدهای بالا در زمان ازدحام شبکه معروف است، می‌تواند روی عملکرد و سرعت EVM نیز تأثیر بگذارد.
• پیچیدگی: EVM از زبان برنامه‌نویسی سالیدیتی (Solidity) برای اجرای قراردادهای هوشمند استفاده می‌کند. زبان سالیدیتی یک زبان سطح‌بالا و نسبتاً سخت است که توسعه‌دهندگان برای نوشتن قرارداد هوشمند خود باید به آن مسلط شوند.
• خطرات امنیتی: اگرچه EVM امن و قابل‌اعتماد است اما وجود خطاهای موجود در کدهای یک قرارداد هوشمند می‌تواند خطرات جبران‌ناپذیری را در آینده به‌وجود آورد.

ارتباط EVM با قراردادهای هوشمند

احتمالاً تا به اینجا متوجه وابستگی مهم میان ماشین مجازی اتریوم و قراردادهای هوشمند در اکوسیستم اتریوم شده‌اید. در واقع قراردادهای هوشمند بدون EVM قابل اجرا نیستند و EVM را می‌توان موتور اصلی اجرای اسمارت کانترکت‌ها دانست. زمانی که یک توسعه‌دهنده، یک قرارداد هوشمند را با استفاده از زبان سالیدیتی می‌نویسد، کدهای آن به بایت‌کد تبدیل می‌شوند تا EVM بتواند آن‌ها را بخواند و اجرا کند.

به‌عبارتی این ماشین به‌عنوان یک محیط اجرایی غیرمتمرکز، مسئول تفسیر و اجرای بایت‌کدها است. برای مثال هر بار که کاربر با یک قرارداد هوشمند تعامل می‌کند و می‌خواهد توکنی را ارسال کند، درخواستی برای اجرای کد آن قرارداد به EVM ارسال می‌شود. EVM این کد را به‌صورت مرحله‌به‌مرحله پردازش کرده و وضعیت شبکه (State) را بر اساس آن به‌روزرسانی می‌کند. این فرایند در تمام نودهای شبکه به‌صورت یکسان انجام می‌شود تا اجماع و یکپارچگی داده‌ها حفظ شود.

همچنین، EVM با فراهم کردن یک محیط ایزوله و امن، تضمین می‌کند که اجرای یک قرارداد تأثیری منفی بر سایر بخش‌های شبکه نداشته باشد. به همین دلیل، می‌توان گفت EVM به‌عنوان موتور اصلی اجرای قراردادهای هوشمند، نقش حیاتی در عملکرد و امنیت کل شبکه اتریوم ایفا می‌کند. نکته مهم در اجرای قرارداد هوشمند توسط ماشین مجازی اتریوم، پرداخت کارمزد یا همان گس است که در بخش بعدی بیشتر به جزئیات آن می‌پردازیم.

گس (Gas) در ماشین مجازی اتریوم چیست؟

گس (Gas) در ماشین مجازی واحدی برای اندازه‌گیری میزان محاسبات و منابع موردنیاز برای اجرای عملیات‌های پیچیده در شبکه اتریوم است. هر عملی که در یک قرارداد هوشمند اجرا می‌شود؛ از انتقال اتریوم گرفته تا عملیات‌های پیچیده، نیازمند مقدار مشخصی گس است. این سازوکار باعث می‌شود استفاده از منابع شبکه قابل اندازه‌گیری و کنترل باشد و از اجرای بی‌نهایت یا مخرب کدها جلوگیری شود. به‌عبارتی زمانی که یک کاربر بخواهد یک تراکنشی را انجام دهد، باید مقدار مشخصی اتر به‌عنوان کارمزد بپردازد.

این کارمزد با واحدی به‌نام Gwei محاسبه می‌شود که بخشی از اتر است و به ولیدیتورها به‌عنوان پاداش برای اعتبارسنجی تراکنش‌ها داده خواهد شد. طبیعی است که هرچه عملیات پیچیده‌تر باشد، گس بیشتری هم مصرف می‌کند. البته کاربران می‌توانند سقف گس (Gas Limit) و قیمت گس (Gas Price) تراکنش‌های خود را مشخص کنند تا بتوانند مدیریت بیشتری بر هزینه‌های خود داشته باشند. مثلا در زمان شلوغی شبکه اتریوم، کاربر می‌تواند کارمزد بیشتری بپردازد تا تراکنشش زودتر توسط ولیدیتورها بررسی شود.

وجود گس در ماشین مجازی علاوه‌بر ایجاد انگیزه اقتصادی برای اعتبارسنج‌ها، نقش مهمی در حفظ پایداری و کارایی سیستم دارد. بدون این مکانیزم، امکان اجرای بی‌رویه کدهای سنگین یا حملات اسپم وجود داشت که می‌توانست شبکه را مختل کند. بنابراین، گس نه‌تنها یک ابزار پرداخت کارمزد، بلکه یک لایه حفاظتی مهم برای عملکرد سالم و ایمن اتریوم محسوب می‌شود. البته EVM دیگر محدود به بلاک چین اتریوم نیست و از برخی بلاک چین‌های دیگر نیز پشتیبانی می‌کند که در بخش بعدی بیشتر به آن خواهیم پرداخت.

آینده ماشین مجازی اتریوم

آینده ماشین اتریوم (EVM) را می‌توان در بستر رشد سریع اکوسیستم Web3 و گسترش بلاک چین‌های سازگار با آن بررسی کرد. EVM دیگر محدود به شبکه اتریوم نیست و با بیشتر بلاک چین‌های دیگر مانند بایننس اسمارت چین، پلیگان و آربیتروم سازگار است. این موضوع باعث شده که توسعه‌دهندگان بتوانند پروژه‌ها و برنامه‌های غیرمتمرکز خو را روی شبکه‌های مختلف راه‌اندازی و اجرا کنند؛ موضوعی که به پذیرش گسترده‌تر این فناوری کمک زیادی کرده است.

از طرفی دیگر، با افزایش تقاضا برای اپلیکیشن‌های غیرمتمرکز، چالش‌های مقیاس‌پذیری مانند سرعت کم و کارمزد بالا بیش‌ از قبل مورد توجه قرار گرفته که در راستای آن راهکارهایی مانند لایه دوم (Layer 2) در حال توسعه هستند تا عملکرد EVM را افزایش دهند. همچنین فناوری‌هایی مانند Rollups و به‌روزرسانی‌های مستمر شبکه اتریوم، نقش مهمی در کاهش هزینه‌ها و افزایش توان پردازشی این ماشین مجازی خواهند داشت.

در مجموع، EVM همچنان به‌عنوان استاندارد اصلی اجرای قراردادهای هوشمند در دنیای بلاک چین شناخته می‌شود و به‌نظر می‌رسد در آینده نیز این جایگاه را حفظ کند. با گسترش کاربردهای دیفای، NFT و دیگر حوزه‌های نوظهور، اهمیت EVM بیشتر خواهد شد و احتمالاً شاهد نسخه‌های پیشرفته‌تر و بهینه‌تری از آن خواهیم بود که تجربه کاربری بهتر و زیرساختی قدرتمندتر برای توسعه‌دهندگان فراهم می‌کند.

کلام پایانی | ماشین مجازی اتریوم یا Evm چیست؟

ماشین مجازی اتریوم (EVM) یک سیستم محاسباتی غیرمتمرکز و دیجیتالی بوده که وظیفه آن اجرای قراردادهای هوشمند و تراکنش‌ها در بلاک چین اتریوم است. EVM، کدهایی که به زبان سالیدیتی نوشته شده‌اند را پس از تبدیل به بایت‌کد، پردازش و اجرا می‌کند. این سیستم با وجود مزایایی همچون غیرمتمرکز بودن، قابلیت اجرا روی هر نوع کامپیوتر، شفافیت بالا و متن‌باز بودن معایبی مانند پیچیدگی و خطرات امنیتی نیز دارد که کار را برای توسعه‌دهندگان سخت‌تر می‌کند.

هرچند به‌نظر می‌رسد با گسترش کاربرد دیفای، ان اف تی و نوآوری‌های آینده، اهمیت EVM بیشتر شده و به نسخه‌های پیشرفته‌تری تبدیل خواهد شد.