Ethereum Virtual Machine (EVM) とは何ですか?また、コードはどのように実行されますか?

イーサリアム仮想マシン (EVM) について理解する

1. イーサリアム仮想マシン (EVM) は、イーサリアム ブロックチェーン上でスマート コントラクトを実行する分散型ランタイム環境です。これは、プログラム可能なトランザクションと分散型アプリケーション (dApp) をサポートするイーサリアムの機能の背後にある中核的な計算エンジンとして機能します。 Ethereum ネットワーク内のすべてのノードは EVM のインスタンスを実行し、システム全体のコンセンサスを確保します。

2. EVM は、最大スタック深さ 1024 項目のスタックベースのアーキテクチャを使用して動作します。 Solidity や Vyper などの高水準プログラミング言語から生成されたバイトコードで書かれた命令を処理します。これらのスマート コントラクト コードは、EVM オペコード (EVM が解釈して実行できる低レベルの機械命令) にコンパイルされます。

3. EVM 内の各操作は、事前定義された量のガスを消費します。これは、無限ループを防止し、悪意のある計算を阻止するための計測メカニズムとして機能します。ユーザーは、トランザクションを実行したり契約を展開したりするためにイーサ (ETH) でガス料金を支払う必要があり、ネットワーク リソースが効率的かつ公平に使用されるようにします。

4. EVM はホスト オペレーティング システムおよびネットワークからの完全な分離を維持し、コード実行のための安全なサンドボックス環境を提供します。この設計により、スマート コントラクトが外部システムに直接アクセスすることがなくなり、ファイル システム、ネットワーク、またはその他のプロセスに関連する脆弱性が軽減されます。

5. アカウント残高の更新やストレージの変更など、イーサリアム上の状態の変更は、トランザクションが正常に完了した場合にのみ完了します。実行中にエラーが発生した場合、すべての状態変更が元に戻され、ブロックチェーン全体でデータの整合性が維持されます。

EVM がスマート コントラクト コードを実行する方法

1. ユーザーがスマート コントラクトをデプロイまたは操作するためにトランザクションを送信すると、そのリクエストはイーサリアム ピアツーピア ネットワーク全体にブロードキャストされます。マイナーまたはバリデーターはトランザクションを取得し、それを処理用のブロックに含めます。

2. 実行前に、EVM は送信者アドレス、受信者アドレス、入力データ、ガス制限、転送される値などの情報を含む新しい実行環境を初期化します。このコンテキストは、コードが実行される条件を定義します。

3. コントラクトのバイトコードがメモリにロードされ、EVM が各オペコードの処理を順番に開始します。操作には、算術計算、メモリまたは永続ストレージ内のデータの操作、他のコントラクトの呼び出し、またはイベントのトリガーが含まれる場合があります。

4. 実行中、EVM は各操作後のガス消費量を追跡します。利用可能なガスがいずれかの時点でゼロを下回った場合、実行はただちに停止し、トランザクションは失敗します。ただし、計算作業はネットワークによって実行されるため、ガス料金は引き続き請求されます。

5. 正常に完了すると、契約ストレージへの書き込みや資金の転送など、イーサリアムの状態に加えられた変更は永続的にコミットされます。イベントの発行に関連するログも記録され、後で dApp またはインデックス サービスによってクエリできます。

EVM 運用におけるガスとオペコードの役割

1. ガスは EVM 機能の重要なコンポーネントであり、計算量の単位として機能します。各オペコードには、その複雑さとリソースの使用量によって決定される特定のガスコストがあります。加算などの単純な操作には最小限のガスしか必要としませんが、ストレージへの書き込みや暗号化機能には大幅に多くのガスが必要になります。

2. 開発者は、特に大規模なアプリケーションを展開する場合、ガス消費を最小限に抑えるためにスマート コントラクト コードを慎重に最適化する必要があります。非効率的なコードはコストを増加させるだけでなく、エンドユーザーにとってインタラクションが法外なものになる可能性があります。

3. EVM は厳密な決定論を強制します。同じ入力と初期状態が与えられた場合、すべてのノードはまったく同じ結果に到達する必要があります。これにより、分散ネットワーク全体で一貫性が保証され、異なる実行結果によるフォークが防止されます。

4. CALL、DELEGATECALL、STATICCALL などの特別なオペコードにより、コントラクトが相互に対話できるようになります。これらの契約間通信により、複雑なロジックが連携して動作する複数の契約に分割されるモジュール設計が可能になります。

5. EVM はその強力さにもかかわらず、セキュリティと予測可能性を維持するために制限を課します。たとえば、浮動小数点演算のネイティブ サポートはなく、再帰はガスの制約と呼び出しの深さの制限によって効果的に防止されます。

よくある質問

スマートコントラクトのガスがなくなるとどうなりますか?実行中にスマート コントラクトが割り当てられたガス制限を超えると、EVM は処理を直ちに停止します。すべての状態変更はロールバックされますが、トランザクションは失敗したものとしてブロックチェーン上に残り、送信者は計算に支払ったガスを失います。

EVM は任意のプログラミング言語のコードを実行できますか? EVM 自体はバイトコードのみを理解します。 Solidity、Vyper、Yul などの高水準言語は、展開前に EVM 互換のバイトコードにコンパイルする必要があります。言語を有効なオペコードに変換するコンパイラが存在する限り、ソース言語は実行を制限しません。

EVM はチューリング完全ですか? EVM は準チューリング完全です。ループと条件付きロジックをサポートしていますが、ガス制限の存在により無限の計算が妨げられます。この設計の選択では、すべての実行の実質的な終了を確実にするために、完全なチューリング完全性が犠牲になります。