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以太坊虚拟机 (EVM) 是以太坊的核心部分，帮助推动区块链和智能合约。它对于协助以太坊实现用户采用和去中心化至关重要。在本指南中，我们将详细了解 EVM，学习 EVM 是什么以及它是如何运作的。然后，我们将覆盖一些关键点以巩固我们的理解。
想要视频讲解吗？跟随 Sahil，了解如何在 5 分钟内认识以太坊虚拟机 (EVM)。
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你需要准备什么
- 对 以太坊 的基本知识
- 对数据结构和内存的基本理解
你将学到什么
- 以太坊虚拟机 (EVM) 是什么
- 以太坊虚拟机 (EVM) 如何运作
- 关于以太坊虚拟机 (EVM) 的关键要点
什么是 EVM?
以太坊虚拟机 (EVM) 是以太坊的计算引擎，它管理区块链的状态并使智能合约功能得以实现。EVM 包含在客户端软件中（如 Geth, Nethermind 等），你需要这些软件才能在以太坊上运行一个 节点。以太坊上的节点保留交易数据的副本，EVM 处理这些数据以更新分布式账本。一般来说，以太坊上的节点原生支持 EVM，因为客户端软件实现了这一功能。
接下来，我们来覆盖 EVM 执行的一些任务。
EVM 参与区块创建和交易执行。在区块创建中，EVM 设置了从区块到区块管理状态的标准。这些状态存储在一个 Merkle Patricia Trie 中，并保存以太坊的真实状态。
在交易执行中，EVM 通过解释 Opcodes（低级机器指令）中的指令来执行任务（例如，调用智能合约的函数）；但是，数据是以字节码格式进行整理的。为了将数据转换为字节码，可以使用编程语言，如 Solidity（即智能合约的本地编程语言）来编译和部署智能合约。
请注意，当 EVM 执行任务时，它受到交易提供的 Gas 限制和 EVM 的整体限制。Gas 是以太坊上计算能力的度量单位。
要了解更多关于交易的信息，请查看我们的指南 以太坊交易是什么？
接下来，让我们看一下 EVM 的架构。
EVM 是如何设计的？
EVM 基于 基于栈的 内存结构运作，包含内存组件，如 Memory、Storage 和 Stack（用于读写与区块链的交互以及管理状态）。
EVM 被认为是 准图灵完全，这意味着它可以在给定指令和输入的情况下解决问题，但其计算能力受到交易提供的 Gas 限制。
现在，让我们讨论当交易的字节码被执行或新块被创建时 EVM 的内部运作情况。
EVM 如何运作？
在这一部分，我们将讨论 EVM 是如何运作的。请注意，这只是一个高层次的解释，不能涵盖 EVM 的每个操作。
如前所述，EVM 执行格式化为字节码的任务，EVM 在 Opcodes 中解释这些字节码。让我们解释一下智能合约代码（字节码）是如何分解成 Opcodes 的。
在这个例子中，我们将引用 Remix.IDE 上的简单存储合约 (1_Storage.sol)。简单存储合约的编译字节码如下所示：
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
你可以通过前往 Remix.IDE，找到示例 1_Storage.sol 合约，然后编译并单击字节码复制按钮来查看相同的字节码。
请注意，EVM 仅使用 140 个独特的操作码；但总共有 256 个操作码，每个操作码的长度为 1 字节。现在让我们看一下合约中某个函数的字节码（例如，store()）。
60003560e01c80632e64cec11461003b5780636057361d1461005957
上面的每个字节都代表一个不同的 Opcode。例如，第一个字节（例如，60）指的是 PUSH1 操作码，下一个字节（例如，00）指的是被推进的数据，第三个字节（60）再次指的是 PUSH1 操作码，下一个字节指的是它的输入（例如，e0）。要查看上述函数的所有 Opcodes，你可以前往 evm.codes/playground，将字节码输入到 IDE 中并点击运行（确保在下拉菜单中选择字节码）。
现在我们对 EVM 如何执行字节码有了更多了解，让我们继续理解以太坊状态转换函数。
以太坊状态转换函数
Y(S, T) = S'
其中：
Y = 状态转换函数S = 当前区块链状态（余额、合约、存储）T = 新交易S' = 交易后的结果状态
以太坊状态转换函数是 EVM 每次执行交易时处理的公式。该函数的目的是确保交易遵循交易标准并在技术上是有效的（例如，正确的 nonce 和有效的签名）。可以将其视为一个纯函数，它接受当前区块链快照和一笔交易，然后输出新的有效状态。
你现在应该对 EVM 的运作和设计有了更好的理解。接下来，让我们看看 EVM 的一些关键好处。
关键要点
- 图灵完备：以太坊的图灵完备性使其能够运行任意逻辑，而不像比特币等其他区块链。
- 可组合性：以太坊并不是唯一的与 EVM 兼容的区块链。许多 Layer 1 (L1) 和 Layer 2 (L2) 链是 EVM 兼容的，这使得在链之间迁移和部署合约或转移代币变得容易。一些示例包括 Polygon、BNB Smart Chain、Avalanche 等。
- 去中心化：EVM 使开发者能够在以太坊上部署去中心化应用 (dApps)。
其他资源
如果你想深入了解 EVM，可以查看以下资源：
或者如果你对创建自己的智能合约感兴趣，可以查看我们的指南 智能合约在以太坊上是如何工作的概述。
最后思考
恭喜！你现在对 EVM 有了更多的了解。有什么想法或问题，或想展示你学到的东西吗？在 Discord 上告诉我们或通过 Twitter 联系我们。
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