이더리움 가상 머신(EVM)

이더리움 가상머신(EVM)은 모든 이더리움 노드에서 코드를 일관되고 안전하게 실행하는 탈중앙화된 가상 환경입니다. 노드는 EVM을 실행하여 스마트 계약을 실행하고, "가스"를 사용하여 연산에 필요한 연산량을 측정하며 효율적인 리소스 할당과 네트워크 보안을 보장합니다.

필수 구성 요소

EVM을 이해하려면 바이트 (opens in a new tab), 메모리 (opens in a new tab), 스택 (opens in a new tab)과 같은 컴퓨터 과학의 일반적인 용어에 대한 기본적인 지식이 필요합니다. 또한 해시 함수 (opens in a new tab) 및 머클 트리 (opens in a new tab)와 같은 암호학/블록체인 개념에 익숙하면 도움이 됩니다.

원장에서 상태 머신으로

'분산 원장'의 유사함은 암호학의 기본 도구들을 사용해서 분산 화폐를 가능하게 하는 비트코인과 같은 블록체인을 설명하는데 자주 사용된다. 원장은 누군가가 원장을 수정하기 위해 할 수 있는 것과 할 수 없는 것을 지배하는 일련의 규칙을 준수해야 하는 활동 기록을 유지한다. 예를 들어 하나의 비트코인 주소는 그 주소가 이전에 받은 것보다 더 많은 비트코인을 쓸 수 없다. 이런 규칙은 비트코인과 다른 많은 블록체인 상의 모든 트랜잭션의 근간이다.

이더리움은 거의 동일하고 직관적인 규칙을 따르는 자체 네이티브 암호화폐(이더)를 가지고 있지만, 스마트 계약이라는 훨씬 더 강력한 기능도 지원합니다. 이 더 복잡한 기능을 위해서, 더 정교한 설명이 필요하다. 이더리움은 분산 원장이 아니라 분산 상태 머신 (opens in a new tab)입니다. 이더리움의 상태는 모든 계정과 잔고뿐만 아니라 사전 정의된 규칙에 따라 블록마다 변경될 수 있고, 임의의 머신 코드를 실행할 수 있는 머신 상태까지 포함하는 거대한 자료 구조입니다. 블록에서 블록으로의 상태 변화에 대한 자세한 규칙은 EVM에 의해 정의된다.

Ethereum EVM illustrated (opens in a new tab)에서 발췌한 다이어그램

이더리움 상태 전환 함수

EVM은 하나의 입력으로 하나의 결정된 출력을 생성하는 수학 함수처럼 동작한다. 따라서 이더리움을 상태 전환 함수를 갖는 것으로 보다 공식적으로 설명하는 것이 매우 유용합니다.

1Y(S, T)= S'

이전 유효 상태 (S)와 새로운 유효 거래 집합 (T)이 주어지면 이더리움 상태 전환 함수 Y(S, T)는 새로운 유효 출력 상태 S'를 생성합니다.

상태

이더리움의 맥락에서 상태는 수정된 머클 패트리샤 트리라고 불리는 거대한 자료 구조로, 이는 해시로 연결된 모든 계정을 유지하며 블록체인에 저장된 단일 루트 해시로 축소될 수 있습니다.

트랜잭션

트랜잭션은 계정으로부터 암호학적으로 서명된 명령들이다. 트랜잭션은 두가지 종류가 있다. 메시지 콜을 만드는 것들, 그리고 컨트랙트를 생성하는 것들.

계약 생성 시 컴파일된 스마트 계약 바이트코드가 포함된 새로운 계약 계정이 생성됩니다. 다른 게정이 그 컨트랙트로 메세지 콜을 보낼 때 마다, 그 바이트코드를 실행한다.

EVM 명령

EVM은 1024개 항목의 깊이를 가진 스택 머신 (opens in a new tab)으로 실행됩니다. 각 항목은 256비트 단어로 256비트 암호학(예: Keccak-256 해시 또는 secp256k1 서명)에서 사용하기 쉽도록 선택되었다.

실행 중에 EVM은 트랜잭션 간에 유지되지 않는 일시적인 메모리(워드 주소 지정 바이트 배열)를 유지합니다.

임시 저장 공간

임시 저장 공간은 TSTORE 및 TLOAD 연산 부호를 통해 액세스되는 트랜잭션별 키-값 저장소입니다. 동일한 트랜잭션 동안 모든 내부 호출에서 유지되지만, 트랜잭션이 끝나면 삭제됩니다. 메모리와 달리, 임시 저장 공간은 실행 프레임이 아닌 EVM 상태의 일부로 모델링되지만, 전역 상태에는 커밋되지 않습니다. 임시 저장 공간은 트랜잭션 중 내부 호출 간에 가스 효율적인 임시 상태 공유를 가능하게 합니다.

스토리지

계약에는 해당 계정과 연결되어 있고 전역 상태의 일부인 머클 패트리샤 저장 공간 트리(워드 주소 지정 워드 배열)가 포함됩니다. 이 영구 저장 공간은 단일 트랜잭션 기간 동안에만 사용할 수 있고 계정의 영구 저장 공간 트리의 일부를 구성하지 않는 임시 저장 공간과 다릅니다.

연산 부호

컴파일된 스마트 계약 바이트코드는 XOR, AND, ADD, SUB 등과 같은 표준 스택 연산을 수행하는 다수의 EVM 연산 부호로 실행됩니다. EVM은 또한 ADDRESS, BALANCE, BLOCKHASH 등과 같은 여러 블록체인별 스택 연산도 구현합니다. 연산 부호 집합에는 임시 저장 공간에 대한 액세스를 제공하는 TSTORE 및 TLOAD도 포함됩니다.

Ethereum EVM illustrated (opens in a new tab)에서 발췌한 다이어그램

EVM 구현

EVM의 모든 구현은 이더리움 옐로우 페이퍼에 설명된 스펙을 준수해야한다.

이더리움의 10년 역사 동안 EVM은 여러 차례 개정되었으며, 다양한 프로그래밍 언어로 된 여러 EVM 구현이 있습니다.

이더리움 실행 클라이언트에는 EVM 구현이 포함됩니다. 게다가 다음을 포함하는 여러 자체 구동 구현물이 있다.

Py-EVM (opens in a new tab) - Python
evmone (opens in a new tab) - C++
ethereumjs-vm (opens in a new tab) - JavaScript
revm (opens in a new tab) - Rust

추가 정보

가스