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Machine virtuelle Ethereum (EVM)

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L’instanciation physique de l’EVM ne peut pas être décrite aussi facilement qu'on pointerait du doigt un nuage ou une vague, mais elle existe en tant qu'entité unique gérée par des milliers d'ordinateurs connectés exécutant un client Ethereum.

Le protocole Ethereum existe par lui même uniquement dans le but de maintenir le fonctionnement continu, ininterrompu et immuable de cette machine d'état. C'est dans cet environnement que prennent vie tous les comptes et contrats intelligents Ethereum. Pour tout bloc de la chaîne, Ethereum a un seul et unique état « canonique » (conforme), et l'EVM est ce qui définit les règles pour le calcul d'un nouvel état valide de bloc en bloc.

Prérequis

Une certaine familiarité avec la terminologie commune en informatique, comme les octets, la mémoire, et une pile sont nécessaires pour comprendre l'EVM. Il est également utile d'être à l'aise avec les concepts de cryptographie/blockchain comme les fonctions de hachage, la Preuve de travail et l'arbre de Merkle.

Du registre à la machine d'état

L'analogie avec un « registre distribué » est souvent utilisée pour décrire les blockchains comme Bitcoin, qui permettent l'existence d'une monnaie décentralisée utilisant des outils de cryptographie fondamentaux. Une cryptomonnaie se comporte comme une monnaie « traditionnelle » en raison des règles qui régissent ce qui est autorisé ou pas pour modifier le registre. Par exemple, une adresse Bitcoin ne peut pas dépenser plus de Bitcoin qu'elle n'en a reçu. Ces règles sont appliquées à toutes les transactions sur Bitcoin et de nombreuses autres blockchains.

Alors qu'Ethereum dispose de sa propre cryptomonnaie native (Ether) qui suit presque exactement les mêmes règles intuitives, il offre également une fonction beaucoup plus puissante : les contrats intelligents. Pour cette fonctionnalité plus complexe, une analogie plus sophistiquée est nécessaire. Au lieu d'un registre distribué, Ethereum est une machine d'état distribuée. L'état d'Ethereum est une grande structure de données qui contient non seulement tous les comptes et tous les soldes, mais aussi une machine à état qui peut changer d'un bloc à l'autre selon un ensemble de règles prédéfinies, et qui peut exécuter du code machine arbitraire. Les règles spécifiques de changement d'état d'un bloc à l'autre sont définies par l'EVM.

Schéma montrant la composition d'un compte Schéma adapté à partir du document EVM Ethereum illustrated

Fonction de transition d'état Ethereum

L'EVM se comporte comme une fonction mathématique : avec des données en entrée, elle produit une sortie déterministe. Il est donc très utile de décrire plus formellement Ethereum comme ayant une fonction de transition d'état :

1Y(S, T) = S'
2

Étant donné un ancien état valide (S) et un nouvel ensemble de transactions valides (T), la fonction de transition d'état Ethereum Y(S, T) produit un nouvel état de sortie valide S'

État

Dans le contexte d'Ethereum, l'état est une énorme structure de données appelée arbre de Patricia Merkle modifié, qui conserve tous les comptes liés par hachages et réduits à un seul hash racine stocké sur la blockchain.

Transactions

Les transactions sont des instructions signées cryptographiquement provenant des comptes. Il existe deux types de transactions : celles qui donnent lieu à appels de messages et celles qui débouchent sur la création de contrats.

La création d'un contrat entraîne la création d'un nouveau compte de contrat contenant le bytecode du contract intelligent compilé. Chaque fois qu'un autre compte effectue un appel de message à ce contrat, il exécute son bytecode.

Instructions de l'EVM

L'EVM s'exécute comme une machine de pile avec une profondeur de 1 024 éléments. Chaque élément est un mot de 256 bits qui a été choisi pour la facilité d'utilisation avec la cryptographie 256 bits (comme les hachages Keccak-256 ou les signatures secp256k1).

Lors de l'exécution, l'EVM maintient une mémoire transitoire (en tant que tableau d'octets adressé à un mot) qui ne persiste pas entre les transactions.

Cependant, les contrats contiennent un arbre de stockage Merkle Patricia (en tant que tableau de mots adressables à un mot), associé au compte en question et faisant partie de l'état global.

Le bytecode du contract intelligent compilé s'exécute comme un certain nombre de codes d'opérations EVM, qui effectuent des opérations de pile standards comme XOR, AND, ADD, SUB, etc. L'EVM implémente également un certain nombre d'opérations de pile spécifiques à la blockchain, comme ADDRESS, BALANCE, BLOCKHASH, etc.

Diagramme indiquant où le gaz est nécessaire dans les opérations de l'EVM Schéma adapté à partir du document EVM Ethereum illustrated

Implémentations de l'EVM

Toutes les implémentations de l'EVM doivent respecter les spécifications décrites dans les pages jaunes Ethereum.

Au cours des 5 ans d'histoire d'Ethereum, l'EVM a subi plusieurs révisions et il existe plusieurs implémentations dans différents langages de programmation.

Tous les clients Ethereum incluent une implémentation de l'EVM. Il existe également plusieurs implémentations intelligents, y compris :

Complément d'information

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