Die Ethereum Virtual Machine (EVM ) ist eine Plattform für die Ausführung von Smart Contracts im Ethereum-Netzwerk. Es fungiert als dezentralisierte virtuelle Maschine, die den Code von Smart Contracts sicher und unveränderbar verarbeitet und ausführt. EVM ist für die Funktionalität von Ethereum unerlässlich und ermöglicht die Erstellung von dezentralen Anwendungen (DApps) und intelligenten Verträgen, die in einer vertrauenswürdigen und zensurresistenten Umgebung arbeiten.
EVM ist der Grundstein für die intelligente Funktionalität des Ethereum-Netzwerks. Der EVM wurde 2015 von Vitalik Buterin entwickelt und ist eine Turing-komplette virtuelle Maschine, die den Code von Smart Contracts in der Sprache Solidity ausführt. Im Gegensatz zu anderen virtuellen Maschinen arbeitet die EVM auf einem dezentralen Netzwerk von Knoten, was die Unveränderlichkeit und Sicherheit des Betriebs gewährleistet.
Die Ursprünge der Ethereum Virtual Machine
Die Entstehung der Ethereum Virtual Machine geht auf den visionären Geist von Vitalik Buterin, dem Schöpfer von Ethereum, zurück. Im Jahr 2013 schlug Buterin die Idee von Ethereum vor, einer Blockchain-Plattform, die über Kryptowährungstransaktionen hinausgeht und auf die Ausführung von Smart Contracts abzielt. Das EVM wurde als zentrale Komponente konzipiert, um diese kühne Vision zu ermöglichen.
Im Jahr 2015, mit dem Start des Ethereum-Netzwerks, wurde der EVM der Welt als Turing-komplette virtuelle Maschine vorgestellt, die für die Ausführung von Smart Contract Code in einer dezentralen Umgebung entwickelt wurde. Diese Vision, eine sichere und unveränderliche Umgebung für die Ausführung von Smart Contracts zu schaffen, leitete eine neue Ära der Blockchain-Technologie ein.
EVM wurde kontinuierlich verbessert, um die Herausforderungen der Skalierbarkeit und Effizienz zu bewältigen. Derzeit sind mehrere Projekte im Gange, um größere Upgrades zu implementieren, wie z.B. Ethereum 2.0 nach der Umstellung von Proof of Work auf Proof of Stake-Konsens, wodurch die Geschwindigkeit und Effizienz des Netzwerks verbessert wird.
Wie die virtuelle Maschine von Ethereum funktioniert
Architektur und zugrunde liegende Technologien
Der EVM arbeitet in einem dezentralen Netzwerk von Knoten, auf denen jeweils eine Instanz der virtuellen Maschine läuft. Die EVM-Architektur basiert auf der Blockchain-Technologie von Ethereum, die einen Proof-of-Work-Konsens verwendet, um neue Blöcke zu validieren und der Kette hinzuzufügen. Jeder Knoten enthält eine vollständige Kopie der Blockchain-Historie und damit aller ausgeführten Smart Contracts und Transaktionen.
Der EVM verwendet die bekannte virtuelle Maschine von Ethereum, die Turing-komplett ist, was bedeutet, dass sie jedes Programm ausführen kann, das sich in algorithmischen Begriffen ausdrücken lässt. Dies bietet Entwicklern die Flexibilität, komplexe Smart Contracts zu erstellen. Die virtuelle Maschine läuft auf Bytecode, einem Low-Level-Befehlssatz, der vom Compiler von Solidity, der Hauptprogrammiersprache für intelligente Verträge in Ethereum, generiert wird.
Gasprinzip und Implementierungskosten
Einer der charakteristischen Aspekte von EVM ist das Konzept des “Gases”. Jeder Vorgang, der im Netzwerk durchgeführt wird, sei es eine einfache Transaktion oder die Ausführung eines komplexen Smart Contracts, ist mit Kosten in Form von Gas verbunden. Dieser Mechanismus dient dazu, den Missbrauch von Ressourcen zu verhindern und sicherzustellen, dass die Netzwerkteilnehmer für ihren Rechenbeitrag belohnt werden.
Nutzer, die eine Aktion im Netzwerk durchführen möchten, wie z.B. das Senden von Ether oder das Ausführen eines Smart Contracts, müssen eine Gasmenge und einen Preis pro Gaseinheit angeben, den sie zu zahlen bereit sind. Dieser Ansatz schafft einen transparenten und effizienten Marktplatz für die Ausführung von Geschäften im Ethereum-Netzwerk.
Implementierung von Smart Contracts
Wenn ein Nutzer eine Transaktion initiiert, die die Ausführung eines Smart Contracts beinhaltet, kommt EVM ins Spiel. Die Transaktion wird über das Netzwerk verbreitet, und jeder Knoten führt die Smart-Contract-Logik unabhängig aus, um die Ergebnisse zu validieren und einen Konsens zu erzielen. Dieser dezentralisierte Prozess stellt sicher, dass alle Knoten zu demselben Ergebnis kommen, was Integrität und Sicherheit gewährleistet.
Während der Ausführung verbraucht jede Operation innerhalb des Smart Contracts Gas. Die Gesamtkosten für Gas werden berechnet, indem die verbrauchte Gasmenge mit dem vom Nutzer angegebenen Preis pro Gaseinheit multipliziert wird. Wenn der Nutzer nicht genügend Ether zur Verfügung gestellt hat, um die Gesamtkosten des Gases zu decken, wird die Transaktion rückgängig gemacht, um sicherzustellen, dass die Knoten für ihren Rechenaufwand angemessen entschädigt werden.
Virtuelle Maschine und dezentraler Konsens
Der EVM ist eine dezentrale virtuelle Maschine, die nach dem Prinzip des verteilten Konsens arbeitet. Jeder Knoten im Netzwerk führt die gleichen Operationen aus und kommt zum gleichen Ergebnis für eine bestimmte Transaktion. Dieser Konsens wird durch Konsensalgorithmen erreicht, wie z.B. den derzeit von Ethereum verwendeten Ethash, bei dem die Knoten kryptographische Probleme lösen müssen, um einen Block zur Kette hinzuzufügen.
Ethereum Virtual Machine (EVM) Anwendungsfälle auf anderen Blockchains und Layer 2 Lösungen
Die Ethereum Virtual Machine (EVM) hat ihre Rolle im Ethereum-Netzwerk hinter sich gelassen und ist zu einem Eckpfeiler für verschiedene Blockchains und Layer-2-Lösungen geworden. Diese Implementierungen nutzen die Funktionalität und Sicherheit von EVM, um die Interoperabilität im Blockchain-Bereich zu diversifizieren und zu verbessern.
1. arbitrum: Verbesserung der Skalierbarkeit
Arbitrum, eine Skalierbarkeitslösung für Ethereum, verwendet EVM, um hocheffiziente Smart Contracts außerhalb der Kette zu ermöglichen. Sie arbeitet als Layer-2-Kette, die Ethereum-Transaktionen skaliert und dabei die volle EVM-Kompatibilität beibehält. Benutzer können ihre Smart Contracts auf Arbitrum migrieren und ausführen, ohne den ursprünglichen Code zu ändern, und so von den Verbesserungen bei Geschwindigkeit und Transaktionsgebühren profitieren.
2. Polygon (ehemals Matic): Diversifizierung und Skalierbarkeit
Polygon, eine Layer-2-Lösung für Ethereum, basiert auf EVM, um eine mit Ethereum-Smart Contracts kompatible Umgebung zu schaffen. Es bietet Sidechains, die für verschiedene Anwendungsfälle angepasst werden können, von dezentralen Finanzen (DeFi) bis zu dezentralen Spielen und Anwendungen (DApps). Die EVM-Unterstützung macht es einfach, Projekte von Ethereum zu Polygon zu migrieren, ohne dass Sie den Code neu schreiben müssen.
3. Binance Smart Chain (jetzt BNB Chain): Wettbewerb und Alternativen
Binance Smart Chain, eine von Binance entwickelte Blockchain, implementiert den EVM als virtuelle Maschine. Diese strategische Entscheidung ermöglicht es Ethereum-Entwicklern, ihre Anwendungen und Smart Contracts einfach zu BSC zu verlagern und von den niedrigeren Gebühren und schnelleren Transaktionsgeschwindigkeiten zu profitieren. Die Kompatibilität mit dem EVM hat dazu beigetragen, dass sich BSC schnell als Alternative zu Ethereum etabliert hat.
4. Optimistische Rollups: Layer 2-Optimierung
Optimistic Rollups ist eine Skalierbarkeitslösung, die EVM verwendet, um Transaktionen außerhalb der Ethereum-Hauptkette zu verarbeiten. Durch die Implementierung eines Konsensmechanismus namens Rollup verbessert Optimistic Rollups die Effizienz und Geschwindigkeit von Transaktionen, ohne die inhärente Sicherheit von EVM zu beeinträchtigen. Das macht es zu einer attraktiven Lösung für Projekte, die Skalierbarkeit ohne Kompromisse bei der EVM-Kompatibilität suchen.
5. Fantom Opera: Effizienz und Geschwindigkeit
Fantom Opera ist eine asynchrone Blockchain, die EVM verwendet. Diese Implementierung bietet Blockzeiten von einer Sekunde und minimale Transaktionsgebühren, während die Unterstützung für Ethereum Smart Contracts erhalten bleibt. Für Projekte, die mehr Effizienz und Geschwindigkeit anstreben, ist Fantom Opera eine attraktive Option für die Bereitstellung ihrer dezentralen Anwendungen.
Alternativen zur Ethereum Virtual Machine
1. die NEO Virtual Machine (NeoVM):
Herausragende Eigenschaften:
- Smart-Contract-Sprachen: Unterstützt mehrere Smart-Contract-Sprachen, darunter C#, Java und Python.
- Schnelle Finalität: NEO implementiert ein byzantinisches, fehlertolerantes, delegiertes Konsensmodell (dBFT), das eine schnelle Finalität der Transaktionen garantiert.
Typische Verwendung: NEO konzentriert sich auf die Schaffung einer intelligenten Wirtschaft durch die Digitalisierung von Vermögenswerten und die Ausführung von intelligenten Verträgen.
2. EOS Virtuelle Maschine (EOS VM):
Herausragende Eigenschaften:
- Skalierbarkeit: Entwickelt für hohe Leistung und Skalierbarkeit, mit schnellen Transaktionsbestätigungszeiten.
- Gebührenmodell: EOS verwendet ein Gebührenmodell, bei dem die Entwickler nicht für die Ausführung von Verträgen bezahlen, sondern Token besitzen und einsetzen müssen.
Typische Verwendung: EOS VM wird im EOS Netzwerk verwendet, um Smart Contracts auszuführen und die Entwicklung dezentraler Anwendungen zu ermöglichen, wobei der Schwerpunkt auf der Skalierbarkeit liegt.
3. die Tron Virtual Machine (TVM):
Herausragende Eigenschaften:
- Hohe Transaktionsrate: Tron wurde entwickelt, um eine hohe Transaktionsrate zu bieten, die eine effiziente Ausführung von Smart Contracts ermöglicht.
- Kostenlose Bandbreite: Die Benutzer zahlen nicht für die Bandbreite, was die Akzeptanz und die Teilnahme am Netzwerk fördert.
Typische Verwendung: Die Tron Virtual Machine wird im Tron-Netzwerk verwendet, um die Ausführung von Smart Contracts und die Entwicklung von dezentralen Anwendungen zu erleichtern.
4. Cardano Virtual Machine (CVM):
Herausragende Eigenschaften:
- Wissenschaftlicher Ansatz: Cardano verfolgt einen wissenschaftlichen Ansatz bei der Entwicklung und verwendet eine funktionale Smart-Contract-Sprache namens Plutus.
- Nachhaltigkeit: Versucht, Fragen der Nachhaltigkeit durch einen strengeren Governance-Ansatz anzugehen.
Typische Verwendung: Cardano VM wird im Cardano-Netzwerk verwendet, um Smart Contracts auszuführen und die Entwicklung von dezentralen Anwendungen zu ermöglichen.
5. Virtuelle Tezos-Maschine (Michelson):
Herausragende Eigenschaften:
- Selbstmodifizierende Verträge: Tezos erlaubt die Selbstmodifizierung von Verträgen, was bedeutet, dass sich Verträge im Laufe der Zeit weiterentwickeln können.
- Formaler Nachweis: Konzentriert sich auf die formale Verifizierung von Smart Contracts, um deren Sicherheit zu gewährleisten.
Typische Verwendung: Michelson, die virtuelle Maschine von Tezos, wird im Tezos-Netzwerk verwendet, um Smart Contracts auszuführen und die dezentrale Verwaltung zu erleichtern.
Schlussfolgerungen
Die Ethereum Virtual Machine (EVM) war eine wichtige Säule bei der Entwicklung und Ausweitung des Blockchain-Ökosystems, insbesondere im Bereich der Smart Contracts und dezentralen Anwendungen (DApps). Sein vielseitiges Design und seine Fähigkeit, Code sicher und unveränderlich auszuführen, hat den Weg für Innovationen und eine breite Akzeptanz im Ethereum-Netzwerk geebnet.
EVM hat die Erstellung von Smart Contracts ermöglicht, die eine breite Palette von Anwendungsfällen abdecken, von dezentralen Finanzsystemen bis hin zu Spiel- und Governance-Anwendungen. Mit dem “Gas”-Prinzip wurde ein transparenter Mechanismus für den Ressourcenverbrauch geschaffen, der Missbrauch verhindert und die Netzeffizienz sicherstellt.
Während EVM von grundlegender Bedeutung war, hat das kontinuierliche Wachstum des Blockchain-Bereichs verschiedene Alternativen hervorgebracht, die die Skalierbarkeit, Effizienz und Flexibilität verbessern sollen. EVM bleibt jedoch eine wichtige Referenz und seine Kompatibilität ist zu einem wesentlichen Standard für viele Blockchains und Layer-2-Lösungen geworden, der die Portabilität von Smart Contracts ermöglicht und ein vernetztes Ökosystem fördert.
Die zukünftige Herausforderung für EVM liegt in der Lösung von Skalierbarkeits- und Preisproblemen, insbesondere angesichts des stetigen Wachstums des Ethereum-Netzwerks. Updates wie Ethereum 2.0 versuchen, die Effizienz zu verbessern und diese Herausforderungen zu überwinden, so dass EVM ein zentrales Element in der Entwicklung der Blockchain-Technologie bleibt.