什么是以太坊虚拟机（EVM）以及它如何执行合约？

EVM核心架构

1. 以太坊虚拟机作为嵌入在每个以太坊节点中的确定性沙盒运行时环境运行。

2. 它被实现为基于堆栈的虚拟机，字大小为 256 位，针对加密操作和状态转换进行了优化。

3. 每个 EVM 实例将合约执行与底层主机系统隔离，防止直接访问文件系统、网络或外部进程。

4. EVM 中的内存是易失性的，并组织为字节可寻址的线性数组，而存储是持久的，并映射到区块链的全局状态树。

5. 执行以交易发送者指定的固定 Gas 限制开始，每个操作码都会消耗预定义的 Gas 成本，以防止无限循环和资源耗尽。

字节码编译和部署

1. 使用Solidity等高级语言编写的智能合约，使用solc等工具编译成EVM字节码。

2. 该字节码由操作码（低级指令，如PUSH1 、 SSTORE和RETURN ）组成，每个操作码映射到一个单字节标识符。

3. 在部署期间，创建事务触发 EVM 执行构造函数代码，然后将生成的运行时字节码存储在新派生的地址中。

4. 部署的合约代码变得不可变；任何后续调用都会调用此存储的字节码，而无需重新编译。

5. EVM 在执行前验证字节码有效性，拒绝包含未定义或格式错误的操作码的序列。

事务驱动的执行流程

1. 每个合约交互都源自外部拥有的账户（EOA）发起针对特定合约地址的签名交易。

2. EVM 加载目标合约的字节码，并使用调用者地址、传输的值、调用数据和剩余气体来初始化新的执行上下文。

3. 执行逐条指令进行：从调用数据读取、修改内存或存储、执行算术以及通过条件跳转进行分支。

4. 如果操作失败（例如除以零、气体耗尽或跳转目标无效），EVM 将恢复该事务期间所做的所有状态更改。

5. 成功执行会发出日志、更新存储，并可能触发对其他合约的嵌套调用，每个合约都限制在自己独立的堆栈和内存空间内。

天然气核算和国家诚信

1. Gas既充当计算定价机制，又充当安全边界；每个操作码在执行前都会扣除gas，gas不足会立即停止处理。

2. 存储写入所产生的 Gas 成本明显高于内存操作，这反映了它们在世界状态中的持久性。

3. EVM 强制执行严格的确定性：相同的输入、相同的合约代码和相同的前状态总是产生相同的后状态和输出。

4. 本身无法访问随机性或基于时间的值；块号和时间戳是在调用时注入的只读环境变量。

5. 所有状态修改都是批量的，并且只有在完整事务执行结束后才会提交到全局状态树，无一例外。

常见问题解答

问：EVM 字节码可以逆向工程为可读的 Solidity 源吗？答：反编译产生近似逻辑，但由于不可逆的编译损失而无法恢复原始变量名称、注释或高级抽象。

问：为什么 EVM 使用 256 位字而不是 64 位或 128 位？答：256 位与以太坊的加密原语（Keccak-256 哈希、ECDSA 签名和 Merkle 证明）一致，所有这些都在 32 字节块上运行。

问：合约自毁时会发生什么？答：EVM 从状态树中删除合约的代码和存储，退还剩余的 Gas，并将其全部余额转移到指定的受益人地址。

问：EVM 执行可以跨节点并行吗？答：不会。以太坊强制执行每个区块的顺序、确定性执行；节点按照规范顺序一一重播交易，以就最终状态达成共识。