イーサリアム仮想マシン (EVM) とは何ですか?また、どのようにコントラクトを実行しますか?

EVM のコア アーキテクチャ

1. Ethereum 仮想マシンは、すべての Ethereum ノード内に組み込まれた確定的なサンドボックス化されたランタイム環境として動作します。

2. 256 ビット ワード サイズのスタック ベースの仮想マシンとして実装され、暗号化操作と状態遷移用に最適化されています。

3. 各 EVM インスタンスはコントラクトの実行を基盤となるホスト システムから分離し、ファイル システム、ネットワーク、または外部プロセスへの直接アクセスを防ぎます。

4. EVM 内のメモリは揮発性であり、バイトアドレス指定可能な線形配列として編成されていますが、ストレージは永続的であり、ブロックチェーンのグローバル ステート トライにマッピングされています。

5. 実行は、トランザクション送信者によって割り当てられた固定ガス制限で開始され、無限ループやリソースの枯渇を防ぐために、すべてのオペコードが事前定義されたガス コストを消費します。

バイトコードのコンパイルと展開

1. Solidity などの高級言語で書かれたスマート コントラクトは、solc などのツールを使用して EVM バイトコードにコンパイルされます。

2. このバイトコードは、オペコード ( PUSH1 、 SSTORE 、 RETURNなどの低レベル命令) で構成されており、それぞれが 1 バイトの識別子にマップされます。

3. デプロイメント中、作成トランザクションは EVM をトリガーしてコンストラクター コードを実行し、結果のランタイム バイトコードを新しく派生したアドレスに保存します。

4. デプロイされたコントラクトのコードは不変になります。後続の呼び出しでは、再コンパイルせずに、この保存されたバイトコードが呼び出されます。

5. EVM は実行前にバイトコードの有効性を検証し、未定義または不正な形式のオペコードを含むシーケンスを拒否します。

トランザクション駆動の実行フロー

1. すべての契約のやり取りは、特定の契約アドレスを対象とした署名付きトランザクションを開始する外部所有アカウント (EOA) から始まります。

2. EVM はターゲット コントラクトのバイトコードをロードし、呼び出し元アドレス、転送された値、呼び出しデータ、および残りのガスを使用して新しい実行コンテキストを初期化します。

3. 実行は命令ごとに進行します。コールデータからの読み取り、メモリまたはストレージの変更、演算の実行、および条件ジャンプによる分岐です。

4. ゼロ除算、ガス不足、無効なジャンプ先など、操作が失敗した場合、EVM はそのトランザクション中に行われたすべての状態変更を元に戻します。

5. 実行が成功すると、ログが出力され、ストレージが更新され、他のコントラクトへのネストされた呼び出しがトリガーされる可能性があります。各コントラクトは、独自の分離されたスタックとメモリ空間内に制限されます。

ガス会計と国家の完全性

1. ガスは、計算上の価格設定メカニズムとセキュリティ境界の両方として機能します。各オペコードは実行前にガスを差し引き、ガスが不足すると処理が直ちに停止されます。

2. ストレージの書き込みは、ワールド状態での永続性を反映して、メモリ操作よりも大幅に高いガス コストが発生します。

3. EVM は厳密な決定性を強制します。同一の入力、同一のコントラクト コード、同一の事前状態は、常に同一の事後状態と出力を生成します。

4. ランダム性や時間ベースの値はネイティブにアクセスできません。ブロック番号とタイムスタンプは、呼び出し時に挿入される読み取り専用の環境変数です。

5. すべての状態変更はバッチ処理され、完全なトランザクション実行が例外なく終了した後にのみグローバル状態トライにコミットされます。

よくある質問

Q: EVM バイトコードをリバース エンジニアリングして読み取り可能な Solidity ソースにすることはできますか? A: 逆コンパイルでは近似ロジックが生成されますが、不可逆的なコンパイル損失のため、元の変数名、コメント、または高レベルの抽象化を回復することはできません。

Q: EVM が 64 ビットや 128 ビットではなく 256 ビット ワードを使用するのはなぜですか? A: 256 ビットは、すべて 32 バイトのチャンクで動作するイーサリアムの暗号化プリミティブ (Keccak-256 ハッシュ、ECDSA 署名、マークル証明) と一致します。

Q: 契約が自然消滅するとどうなりますか? A: EVM は、契約のコードとストレージを州のトライから削除し、残りのガスを返金し、残高全体を指定された受取人の住所に転送します。

Q: EVM の実行はノード間で並列化できますか? A: いいえ。イーサリアムはブロックごとに逐次的かつ決定的な実行を強制します。ノードはトランザクションを正規の順序で 1 つずつ再実行し、最終状態についての合意に達します。