--- title: "Виртуальная машина Эфириума (EVM)" description: "Введение в виртуальную машину Эфириума и ее связь с состоянием, транзакциями и смарт-контрактами." lang: ru --- Виртуальная машина Эфириума (EVM) — это децентрализованная виртуальная среда, которая согласованно и безопасно выполняет код на всех узлах [Эфириума](/). Узлы запускают EVM для выполнения смарт-контрактов, используя «[газ](/developers/docs/gas/)» для измерения вычислительных усилий, необходимых для [операций](/developers/docs/evm/opcodes/), что обеспечивает эффективное распределение ресурсов и безопасность сети. ## Предварительные требования {#prerequisites} Для понимания EVM необходимо базовое знакомство с общей терминологией информатики, такой как [байты](https://wikipedia.org/wiki/Byte), [память](https://wikipedia.org/wiki/Computer_memory) и [стек](). Также будет полезно разбираться в концепциях криптографии и блокчейна, таких как [хеш-функции](https://wikipedia.org/wiki/Cryptographic_hash_function) и [дерево Меркла](https://wikipedia.org/wiki/Merkle_tree). ## От реестра к автомату состояний {#from-ledger-to-state-machine} Аналогия «распределенного реестра» часто используется для описания блокчейнов, таких как Биткоин, которые обеспечивают работу децентрализованной криптовалюты с использованием фундаментальных инструментов криптографии. Реестр ведет запись активности, которая должна соответствовать набору правил, определяющих, что можно и чего нельзя делать для изменения реестра. Например, адрес Биткоина не может потратить больше биткоинов, чем он получил ранее. Эти правила лежат в основе всех транзакций в Биткоине и многих других блокчейнах. Хотя у Эфириума есть собственная нативная криптовалюта (эфир), которая следует почти тем же интуитивно понятным правилам, он также обеспечивает гораздо более мощную функцию: [смарт-контракты](/developers/docs/smart-contracts/). Для этой более сложной функции требуется более сложная аналогия. Вместо распределенного реестра Эфириум представляет собой распределенный [автомат состояний](https://wikipedia.org/wiki/Finite-state_machine). Состояние Эфириума — это большая структура данных, которая содержит не только все аккаунты и балансы, но и _состояние машины_, которое может меняться от блока к блоку в соответствии с заранее определенным набором правил и которое может выполнять произвольный машинный код. Конкретные правила изменения состояния от блока к блоку определяются EVM. ![A diagram showing the make up of the EVM](./evm.png) _Диаграмма адаптирована из [Иллюстрированного руководства по EVM Эфириума](https://takenobu-hs.github.io/downloads/ethereum_evm_illustrated.pdf)_ ## Функция перехода состояния Эфириума {#the-ethereum-state-transition-function} EVM ведет себя как математическая функция: получая входные данные, она выдает детерминированный результат. Поэтому весьма полезно более формально описать Эфириум как имеющий **функцию перехода состояния**: ``` Y(S, T)= S' ``` Получая старое допустимое состояние `(S)` и новый набор допустимых транзакций `(T)`, функция перехода состояния Эфириума `Y(S, T)` создает новое допустимое выходное состояние `S'` ### Состояние {#state} В контексте Эфириума состояние — это огромная структура данных, называемая [модифицированным префиксным деревом Меркла-Патриции](/developers/docs/data-structures-and-encoding/patricia-merkle-trie/), которая хранит все [аккаунты](/developers/docs/accounts/), связанные хешами и сводимые к единому корневому хешу, хранящемуся в блокчейне. ### Транзакции {#transactions} Транзакции — это криптографически подписанные инструкции от аккаунтов. Существует два типа транзакций: те, которые приводят к вызовам сообщений, и те, которые приводят к созданию контрактов. Создание контракта приводит к созданию нового контрактного аккаунта, содержащего скомпилированный байт-код [смарт-контракта](/developers/docs/smart-contracts/anatomy/). Всякий раз, когда другой аккаунт выполняет вызов сообщения к этому контракту, он выполняет свой байт-код. ## Инструкции EVM {#evm-instructions} EVM работает как [стековая машина](https://wikipedia.org/wiki/Stack_machine) с глубиной 1024 элемента. Каждый элемент представляет собой 256-битное слово, что было выбрано для простоты использования с 256-битной криптографией (такой как хеши Keccak-256 или подписи secp256k1). Во время выполнения EVM поддерживает временную _память_ (в виде массива байтов с адресацией по словам), которая не сохраняется между транзакциями. ### Временное хранилище {#transient-storage} Временное хранилище — это хранилище пар «ключ-значение» для каждой транзакции, доступ к которому осуществляется через коды операций `TSTORE` и `TLOAD`. Оно сохраняется при всех внутренних вызовах в течение одной и той же транзакции, но очищается в конце транзакции. В отличие от памяти, временное хранилище моделируется как часть состояния EVM, а не фрейма выполнения, однако оно не фиксируется в глобальном состоянии. Временное хранилище обеспечивает эффективное с точки зрения газа совместное использование временного состояния между внутренними вызовами во время транзакции. ### Хранилище {#storage} Контракты содержат _дерево хранилища_ Меркла-Патриции (в виде массива слов с адресацией по словам), связанное с рассматриваемым аккаунтом и являющееся частью глобального состояния. Это постоянное хранилище отличается от временного хранилища, которое доступно только на время одной транзакции и не является частью постоянного дерева хранилища аккаунта. ### Коды операций {#opcodes} Скомпилированный байт-код смарт-контракта выполняется в виде ряда [кодов операций](/developers/docs/evm/opcodes) EVM, которые выполняют стандартные стековые операции, такие как `XOR`, `AND`, `ADD`, `SUB` и т. д. EVM также реализует ряд специфичных для блокчейна стековых операций, таких как `ADDRESS`, `BALANCE`, `BLOCKHASH` и т. д. Набор кодов операций также включает `TSTORE` и `TLOAD`, которые предоставляют доступ к временному хранилищу. ![A diagram showing where gas is needed for EVM operations](../gas/gas.png) _Диаграммы адаптированы из [Иллюстрированного руководства по EVM Эфириума](https://takenobu-hs.github.io/downloads/ethereum_evm_illustrated.pdf)_ ## Реализации EVM {#evm-implementations} Все реализации EVM должны соответствовать спецификации, описанной в желтой книге Эфириума. За десятилетнюю историю Эфириума EVM претерпела несколько изменений, и существует несколько реализаций EVM на различных языках программирования. [Клиенты исполнения Эфириума](/developers/docs/nodes-and-clients/#execution-clients) включают реализацию EVM. Кроме того, существует множество автономных реализаций, в том числе: - [Py-EVM](https://github.com/ethereum/py-evm) — _Python_ - [evmone](https://github.com/ethereum/evmone) — _C++_ - [ethereumjs-vm](https://github.com/ethereumjs/ethereumjs-vm) — _JavaScript_ - [revm](https://github.com/bluealloy/revm) — _Rust_ ## Дополнительная литература {#further-reading} - [Желтая книга Эфириума](https://ethereum.github.io/yellowpaper/paper.pdf) - [Jellopaper или KEVM: семантика EVM в K](https://jellopaper.org/) - [Бежевая книга (The Beigepaper)](https://github.com/chronaeon/beigepaper) - [Коды операций виртуальной машины Эфириума](https://www.ethervm.io/) - [Интерактивный справочник по кодам операций виртуальной машины Эфириума](https://www.evm.codes/) - [Краткое введение в документации Solidity](https://docs.soliditylang.org/en/latest/introduction-to-smart-contracts.html#index-6) - [Освоение Эфириума — Виртуальная машина Эфириума](https://github.com/ethereumbook/ethereumbook/blob/openedition/13evm.asciidoc) ## Связанные темы {#related-topics} - [Газ](/developers/docs/gas/) ## Руководства: Виртуальная машина Эфириума (EVM) / Коды операций в Эфириуме {#tutorials} - [Понимание спецификаций EVM в желтой книге](/developers/tutorials/yellow-paper-evm/) _— пошаговое руководство по формальной спецификации EVM из желтой книги Эфириума._ - [Обратная разработка контракта](/developers/tutorials/reverse-engineering-a-contract/) _— как выполнить обратную разработку скомпилированного смарт-контракта с использованием кодов операций EVM._