以太坊101:走进EVM

本文将聚焦于EVM,但我们不会做太多详细的介绍。EVM是图灵完备的以太坊虚拟机,可以完成以太坊网络上的所有交易处理。与此同时,它还是一个完整的256位虚拟机,用于执行任意EVM字节码。

快速概览

*EVM*是以太坊的一部分,其用于处理智能合约的部署和执行。实际上,从一个EOA到另一个EOA的简单的价值转移交易并不需要EVM,但是其他所有事情都将涉及由EVM计算的状态更新。从更高的角度来看,以太坊区块链上运行的EVM可以被视为全球去中心化计算机,其中包含数百万个可执行对象,每个对象都有自己的永久数据存储。

*——Andreas Antonopoulos*和Gavin Wood博士《掌握以太坊》

本文将聚焦于EVM,但我们不会做太多详细的介绍。EVM是图灵完备的以太坊虚拟机,可以完成以太坊网络上的所有交易处理。与此同时,它还是一个完整的256位虚拟机,用于执行任意EVM字节码。

字节码

字节码是高级智能合约语言被编译成的机器代码,它看起来像这样(以下省略大量数字):

这些代码并不能被人类理解。如果你有空闲时间,可以对其进行反向工程,你会发现针对字节码进行反向工程的意义并不大。此外,如果你没有合约的高级源代码和应用程序二进制接口(ABI),那么你不应该与区块链上的合约进行交互。

部署与运行字节码

上面展示了我们之前在关于智能合约的文章中部署的HelloWorld.sol Solidity智能合约的部署字节码。部署字节码是包装在辅助代码中的运行字节码,以帮助合约成功部署。合约部署成功后,运行字节码将单独驻留在其新的合约地址中。

EVM**程序集**

Solidity编译器可以以人类可读的格式打印出HelloWorld.sol合约的EVM程序集:

/ "HelloWorld.sol":109:871 contract HelloWorld //定义合约....../ mstore(0x40, 0x80) /"HelloWorld.sol":231:395constructor() // 构造函数,可选,在部署时执行一次,无法再次调用....../callvalue / "--CODEGEN--":8:17 / dup1/ "--CODEGEN--":5:7 / iszero tag_1 jumpi/ "--CODEGEN--":30:31 / 0x00/ "--CODEGEN--":27:28 / dup1 / "--CODEGEN--":20:32 /revert / "--CODEGEN--":5:7 / tag_1:/ "HelloWorld.sol":231:395 constructor() // 构造函数,可选,在部署时执行一次,无法再次调用....../ pop / "HelloWorld.sol":362:388 greeting ="Hello, World." / 0x40 dup1 mload swap1 dup2 add 0x40 mstoredup1 0x0d dup2 mstore 0x20 add 0x48656c6c6f2c20576f726c642e00000000000000000000000000000000000000dup2 mstore pop /"HelloWorld.sol":362:370 greeting / 0x00/ "HelloWorld.sol":362:388 greeting = "Hello,World." / swap1 dup1 mload swap1 0x20 add swap1 tag_4 swap3 swap2swap1 tag_5 jump // in tag_4: pop /"HelloWorld.sol":109:871 contractHelloWorld // defining the contract... / jump(tag_6) tag_5: dup3 dup1sload 0x01 dup2 0x01 and iszero 0x0100 mul sub and 0x02 swap1 div swap1 0x00mstore keccak256(0x00, 0x20) swap1 0x1f add 0x20 swap1 div dup2 add swap3 dup30x1f lt tag_8 jumpi dup1 mload not(0xff) and dup4 dup1 add or dup6 sstorejump(tag_7)

-------------------------------分割线-------------------------------

这个EVM程序集被截断了。它实际上很长。这比原始字节码更容易解释。

EVM**指令集快速入门**

指令集包含许多我们称之为操作码的操作。每个操作码都是一个计算步骤,需要花费特定的gas成本。举个例子:某些操作码的gas成本为0,比如跟停止执行相关的操作码。例如,0x00 STOP操作码停止执行的gas成本为0;终止交易的操作码通常不消耗任何gas费用。其他一些会强制EVM终止事务的操作码是无效操作码,无效的跳转目标(EVM仅在落在有效的跳转目标上时才能够跳转到任意位置)以及栈下溢。

关于EVM性能的说明

在主网中,EVM执行字节码的速度通常比其他虚拟机慢。这么做的原因是,每个操作都必须由网络中的每一个完整节点执行,以实现无需信任的环境。这是设计使然,EVM旨在实现整个网络的去中心化共识。因此,与中心化网络相比,EVM计算速度较慢且成本较高。但其好处在于,以太坊网络几乎具有不变性,大大提高了容错能力,并且停机时间为零。

此外,EVM的gas计量机制可确保矿工将交易包括在区块中,从而获得奖励。这种计量机制还可以防止程序永远循环。因为到最后,交易一旦超过其gas限制,其将立即停止并回滚所有沙盒性质的状态更改。交易失败所导致的唯一状态变化是发送方的随机数增加1,而直到交易失败为止的所有gas成本将全部支付给矿工。

补充阅读

EVM是一个应该详细讨论的主题。但我们不再赘述,因为本文的目的是向用户简单介绍EVM的内部机制。如果你对这一主题感兴趣,那么我们建议你从下述《以太坊虚拟机(EVM)终极列表》开始了解:

https://github.com/ethereum/wiki/wiki/Ethereum-Virtual-Machine-(EVM)-Awesome-List

本文翻译:Jacky

本文校对:Jacky/Vivian

原文作者:Wil

原文链接:

https://kauri.io/ethereum-101-part-7-the-evm/a7ac47d26eab4ce899a865619122d42e/a

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  • 发表于 2020-07-08 15:21
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  • 分类:以太坊

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