以太坊虛擬機 EVM 最完整指南！3 分鐘看懂運作原理與生態！

發佈於 2023年6月28日

更新於 2024年9月11日

當 Vitalik Buterin 創建以太坊時，他希望突破區塊鏈技術的界限。比特幣啟發了他，但他認為這項技術不應該僅限於處理交易。因此他建立了以太坊區塊鏈網路。以太坊具備比特幣的所有功能，能夠處理點對點交易並以不可變和去中心化的方式儲存這些交易。此外它還能執行比特幣無法實現的功能，例如運行智能合約。

那麼區塊鏈是如何運作智能合約的呢？在以太坊中，答案是以太坊虛擬機器（EVM）。EVM 是以太坊網路運作的基石。在本文中，我們將討論什麼是 EVM、它的工作原理、優點和用例。但在深入探討之前，讓我們先快速回顧一下什麼是智能合約。

智能合約是什麼？3 大運作要素介紹！

智能合約是在區塊鏈網路上自主運行的電腦程式或應用程式。它們由開發人員部署，以執行特定指令的資料代碼組成。使用者無法控制智能合約，因為它們是按照程式設計自動運行的。

以太坊網路是第一個實施智能合約的區塊鏈。因此，如今有數以百萬計的智能合約被編碼並部署在以太坊區塊鏈上。EVM 在實現這一壯舉的過程中發揮了至關重要的作用。

智能合約要素（一）：實體程式語言

用於創建以太坊智能合約的最廣泛使用的電腦語言是 Solidity。和 Javascript一樣，它是適合人類的高階語言，但機器無法理解它。因此，一旦開發人員在 Solidity 中編寫智慧合約，他們必須使用以太坊虛擬機器編譯器（如 solc）將其翻譯為機器語言或字節碼。

智能合約要素（二）：智能合約執行

當 EVM 執行程式碼時，Gas 供應量會根據執行計算的 Gas 成本而減少。如果在任何時間交易完成之前 Gas 供應量減少到零，EVM 就會立即停止。它放棄交易並且不對世界狀態進行任何改變。網路不受影響，但發送者的 ETH 餘額會下降，以支付用於執行代碼到停止點的計算費用。但是，如果執行成功完成，EVM 會更新世界狀態以符合機器狀態版本。

智能合約要素（三）：以太坊 Gas 費

從上面我們可以看出，Gas 費用在以太坊區塊鏈上的交易處理中扮演至關重要的角色。當以太坊使用工作量證明（PoW）共識機制時，處理交易需要硬體和電力，礦工需要激勵來執行他們的任務。在處理 ETH 代幣轉帳的情況下，Gas 費用會根據池的擁塞程度而有所不同。

在執行智能合約時，Gas 費扮演不同的角色。在執行時，智能合約字節碼被分解為稱為“操作碼”的較小的部分。操作碼是操作程式碼的縮寫，是 EVM 用來執行計算的指令。每個操作碼都會分配一定的 Gas 費－操作碼越複雜，成本就越高。此步驟對於保護以太坊區塊鏈免受惡意攻擊至關重要。例如，如果使用者部署 DDos 攻擊，EVM 將繼續在機器狀態下執行智慧合約。它會對每次計算收取 Gas 費用，當發送者耗盡 Gas 時，它將放棄交易。

以太坊虛擬機（EVM）是什麼？2 運作狀態分析！

EVM 內建於以太坊協定的核心。顧名思義，EVM 是支援以太坊網路運作的虛擬機器或數位軟體。虛擬機器軟體可以執行程式、儲存資料、連接網路以及執行其他運算任務。它還負責智能合約的程式碼執行和部署。

由於以太坊不僅僅處理點對點價值交易，因此它需要一個更複雜的計算系統。因此以太坊開發人員沒有將網路稱為分散式帳本，而是稱其為「無界狀態機」。這描述了 EVM 工作原理的基本概念。以太坊網路包含兩種狀態：世界狀態和機器狀態。

EVM 內建於以太坊協定的核心。顧名思義，EVM 是支援以太坊網路運作的虛擬機器或數位軟體。虛擬機器軟體可以執行程式、儲存資料、連接網路以及執行其他運算任務。

以太坊虛擬機 EVM 運作狀態（一）：世界狀態

世界狀態是以太坊儲存其帳戶餘額和智能合約的地方。與比特幣分類帳類似，它是去中心化的、不可變的，每個人都可以在線上存取。 EVM 每次完成交易時都會更新該層。這意味著擁有區塊瀏覽器的每個人都可以查看以太坊區塊鏈並即時查看相同的數據。

以太坊虛擬機 EVM 運作狀態（二）：機器狀態

機器狀態是 EVM 逐步處理交易的地方。它也通常被稱為開發人員的以太坊沙箱。以太坊網路處理兩種類型的交易。第一種類型是「訊息呼叫」—當一個帳戶將 ETH 代幣轉移到另一個帳戶時。在這種情況下，EVM 將 ETH 代幣從一個錢包地址轉移到另一個錢包地址。然後更新世界狀態上的交易。發送者需要為發送交易時完成的計算收取 Gas 費。

以太坊虛擬機（EVM）的優劣分析 | 好處與限制有哪些？

（一）EVM 的優點

如上所述，EVM 可防止惡意活動攻擊網路。因此它可以在安全可靠的平台上執行智慧合約和其他自動化服務。以太坊網路擁有最大的加密生態系統。它是 Dapp 創建和智能合約部署的黃金標準。許多其他區塊鏈已經創建了側鏈，允許以太坊開發人員在不更改程式碼的情況下轉移他們的應用程式。

同時EVM 也是去中心化的，這意味著任何人都可以在未經許可的情況下在以太坊上創建智能合約。它還使開發人員能夠構建和部署去中心化的服務和應用程序，最近受到廣泛歡迎。

（二）EVM 的限制

EVM 有兩個顯著的限制。首先，它要求使用者對Solidity有預知和編碼技能。許多人需要編碼方面的幫助，這使得新用戶很難創建智能合約並與之互動。它的第二個限制是，在創建智慧合約或部署以太坊網路應用程式時，Gas 費可能會變得非常昂貴。

EVM 以太坊虛擬機生態分享！5 大 EVM 用例！

EVM 的存在是為了能讓程序員用 Solidity 編寫的合約代碼，運行在以太坊的環境中。

隨著以太坊虛擬機器執行智慧合約，許多新發明已經進入區塊鏈領域。以下是前五個 EVM 用例：

EVM 以太坊虛擬機生態（一）：ERC-20 代幣

ERC-20 代幣由智慧合約使用預先定義的資料結構產生。資料結構負責為令牌命名、分發並追蹤它。 2017年，當首次代幣發行（ICO）流行時，許多新的加密貨幣都是使用 ERC-20 代幣推出的。如今，ERC-20 代幣的最佳用途是穩定幣，例如 USDT。

EVM 以太坊虛擬機生態（二）：去中心化交易所（DEX）

去中心化交易所（DEX）允許用戶透過部署智能合約來購買、出售或交易加密貨幣。 Uniswap 和 ShushiSwap 等交易所還使用自動做市商（AMM）應用程序，允許用戶在沒有第三方乾預的情況下利用代幣的流動性池

EVM 以太坊虛擬機生態（三）：NFT

不可替代代幣（NFT）是儲存在區塊鏈上的數位藝術品。它們驗證所有權並且無法複製。區塊鏈愛好者使用智能合約來創建和鑄造 NFT 集合。一些最昂貴的 NFT 系列包括 Bored Ape Yacht Club (BAYC) 和 Cryptopunks。所有者可以在 OpenSea 等市場上轉讓或交易他們的 NFT。