Wie die virtuelle Maschine von Ethereum funktioniert

So funktioniert die Ethereum Virtual Machine (EVM).

1. Übersicht

Die Ethereum Virtual Machine (EVM) ist eine Laufzeitumgebung zur Ausführung von Smart Contracts auf der Ethereum-Blockchain. Es handelt sich um eine dezentrale, Turing-vollständige Maschine, die es Entwicklern ermöglicht, beliebige Programme auf der Blockchain zu erstellen und auszuführen.

2. Architektur

Das EVM besteht aus:

• Stapel: Ein Speicherbereich, der Daten und Operationsergebnisse speichert
• Speicher: Ein riesiger, linearer Speicherbereich, der Vertragscode und Daten speichert
• Programmzähler: Ein Zeiger, der den aktuell ausgeführten Befehl verfolgt
• Anrufer: Die Adresse des Vertrags, der die Ausführung eingeleitet hat
• Wert: Der ETH-Betrag, der mit der Transaktion übertragen wurde, die die Ausführung ausgelöst hat
• Eingabedaten: Beliebige Daten, die mit der Transaktion übergeben werden, die die Ausführung aufgerufen hat

3. Ausführungsprozess

Wenn ein Smart Contract aufgerufen wird, wird sein Code (genannt Bytecode) in den Speicher des EVM geladen. Das EVM führt dann den Bytecode Befehl für Befehl aus und manipuliert dabei den Stapel und den Speicher nach Bedarf.

• Jeder Befehl verbraucht eine bestimmte Menge Gas, eine Gebühr, die für die Berechnung auf der Blockchain gezahlt werden muss.
• Die Anweisungen reichen von einfachen arithmetischen Operationen (z. B. Addieren, Sub) bis hin zu komplexeren Operationen (z. B. Aufrufen anderer Verträge, Speicherzugriff).

• Der Ausführungsprozess wird fortgesetzt, bis:

  • Dem Vertrag geht das Benzin aus oder
  • Das Ende des Codes ist erreicht oder
  • Eine Ausnahme tritt auf (z. B. Division durch Null)

4. Zustandsänderungen

Während der Ausführung kann die EVM den Status der Blockchain ändern, indem sie Konten erstellt oder aktualisiert und den Speicher ändert.

• Konten stellen Adressen auf der Blockchain dar und speichern ETH und Code.
• Der Speicher dient zum Speichern beliebiger Daten, die mit Konten verknüpft sind.

5. Funktionen

• Dezentralisiert: Die EVM-Ausführung ist über das Ethereum-Netzwerk verteilt, was sie äußerst sicher und resistent gegen Zensur macht.
• Turing-vollständig: Das EVM kann jedes beliebige Programm ausführen und ermöglicht so die Entwicklung komplexer Anwendungen.
• Kostenbasierte Berechnung: Der Gasverbrauch begrenzt die Ausführungskosten und verhindert Endlosschleifen oder übermäßige Berechnungen.
• Kontoabstraktion: Die EVM kann auf Konten in der Blockchain zugreifen und diese ändern und so die Interaktion zwischen Verträgen erleichtern.

6. Verwendungsmöglichkeiten

Das EVM wird hauptsächlich verwendet für:

• Intelligente Verträge ausführen: Code auf der Blockchain ausführen, um Aufgaben zu automatisieren oder Regeln durchzusetzen.
• Erstellen dezentraler Anwendungen (dApps): Erstellen von Webschnittstellen oder mobilen Anwendungen, die mit Smart Contracts interagieren.
• Entwicklung von Blockchain-Protokollen: Definieren von Konsensmechanismen und anderen Blockchain-Primitiven mithilfe intelligenter Verträge.