在区块链技术的浪潮中，以太坊（Ethereum）无疑占据了举足轻重的地位，它不仅仅是一种加密货币，更是一个去中心化的、可编程的区块链平台，为构建各种去中心化应用（DApps）提供了坚实的基础，而以太坊虚拟机（Ethereum Virtual Machine，简称EVM）则是以太坊平台的“心脏”和“大脑”，是理解以太坊工作原理的核心，本文将汇总区块链、以太坊及EVM的基本知识,帮助读者建立清晰的认识。

区块链基础回顾

在深入EVM之前,我们先简要回顾一下区块链的基本概念：

  1. 区块链：一种分布式数据库技术，通过将数据（区块）按时间顺序链接起来,并以密码学方式保证数据不可篡改和可追溯。
  2. 去中心化：网络中没有单一的中心化机构控制,数据由网络中的所有节点共同维护和验证。
  3. 共识机制：确保网络中所有节点对账本状态达成一致的算法，如工作量证明（PoW）、权益证明（PoS）等。
  4. 智能合约：部署在区块链上的一段代码，能够在满足预设条件时自动执行,无需第三方干预。

以太坊：不止于加密货币

以太坊由Vitalik Buterin（“V神”）等人于2015年推出，其核心目标是构建一个“世界计算机”——一个去中心化的、可编程的区块链平台。

  1. 以太坊的核心特性：
    • 智能合约：以太坊将区块链的应用从简单的转账扩展到了复杂的逻辑执行，开发者可以在以太坊上编写和部署智能合约,实现各种业务逻辑。
    • 去中心化应用（DApps）：基于智能合约构建的应用程序，运行在以太坊网络上，具有透明、不可篡改、用户掌控私钥等特点。
    • 账户模型：以太坊主要有两种账户类型：
      • 外部账户（EOA, Externally Owned Account）：由用户私钥控制，可以发起交易,如普通用户的钱包账户。
      • 合约账户（Contract Account）：由智能合约代码控制，只能由EOA触发执行,不能主动发起交易。
    • Gas机制：为了防止恶意程序或错误代码消耗网络资源，以太坊引入了Gas概念，Gas是执行交易或智能合约操作所需计算量的度量单位，用户需要支付Gas费来补偿矿工（或验证者）的计算成本。

以太坊虚拟机（EVM）：以太坊的执行引擎

EVM是以太坊网络中负责执行智能合约代码的虚拟机，可以把它想象成一个分布在全球各地的、去中心化的计算机,所有运行在以太坊上的智能合约代码最终都在EVM上执行。

  1. EVM的定义与作用：

    • 定义：EVM是一个基于栈的虚拟机，是以太坊区块链的状态转换引擎，它接收交易，根据交易内容更新以太坊的状态（账户余额、合约存储等）。
    • 作用：
      • 执行智能合约：这是EVM最核心的功能，它读取智能合约的字节码（Bytecode）,并按照指令一步步执行。
      • 保证去中心化执行：以太坊网络中的每个节点都运行一个EVM副本，当一笔交易被广播后，所有节点都会用自己的EVM独立执行并验证结果,只有达到共识的结果才会被写入区块链。
      • 提供确定性：EVM的执行结果是确定性的，即对于相同的输入和初始状态，所有节点执行EVM后得到的结果完全相同,这保证了区块链状态的一致性。

  2. EVM的核心组成部分：

    • 栈（Stack）：EVM的主要数据结构，用于执行指令时的临时数据存储和运算，最大深度为1024个元素，每个元素是256位（32字节）。
    • 内存（Memory）：线性的、易失性的存储空间，用于智能合约执行过程中的临时数据存储，合约执行结束后,内存会被清空。
    • 存储（Storage）：持久化的键值对存储空间，每个合约账户都有自己独立的存储，存储在区块链上，Gas成本较高,用于长期保存合约的状态变量。
    • 程序计数器（PC, Program Counter）：指向当前正在执行的指令在字节码中的位置。
    • Gas寄存器：记录当前交易剩余的Gas量。

  3. 随机配图