Evm là gì? Khám phá máy ảo của Ethereum

Ether (ETH) là token gốc của hệ sinh thái Ethereum đồng thời là loại tiền điện tử lớn thứ hai xét về vốn hóa thị trường, được các nhà đầu tư cực kỳ ưa chuộng. Tuy nhiên, đối với cộng đồng các nhà phát triển, máy ảo Ethereum (EVM) mới là công cụ giúp nó nhận được sự tán dương nhiều nhất. Vậy EVM là gì và nó có ý nghĩa như thế nào với blockchain này?

Evm là gì?

EVM, hay máy ảo Ethereum, hình thành nên cốt lõi trong hoạt động của Ethereum, hoạt động như một “máy tính ảo” hoặc nền tảng phần mềm được sử dụng để thực thi các thông điệp và smart contract trên mạng lưới Ethereum. Trong cơ chế này, EVM sẽ đóng vai trò là một trung gian giúp các smart contract được thực thi một cách an toàn và phi tập trung.

Mỗi node trên mạng Ethereum sẽ được trang bị một EVM riêng để đảm bảo tính bảo mật và sự phi tập trung của hệ thống. Điều này đã giúp Ethereum xây dựng nên một môi trường tốt để phát triển các ứng dụng blockchain và thúc đẩy sự tiến bộ của công nghệ.

Tương tự như các Software Developers phải sử dụng các Integrated Development Environment (Môi trường phát triển tích hợp) như là Microsoft Visual Studio hoặc Xcode để viết mã và đóng gói ứng dụng của họ, sau đó các công cụ này sẽ biên dịch mã sang ngôn ngữ mà máy tính có thể hiểu được.

Thường thì, các Smart Contract trên Ethereum được viết bằng ngôn ngữ Solidity, và các cỗ máy EVM giữ vai trò quan trọng trong việc dịch mã nguồn này thành bytecode. Bytecode tương đương với mã máy tính và chứa các opcode (operation code) để mạng Ethereum có thể hiểu và thực thi các lệnh điều khiển.

EVM hoạt động như thế nào?

Cơ chế hoạt động của EVM bao gồm các bước sau:

Biên dịch và triển khai hợp đồng: Người dùng viết mã hợp đồng thông minh bằng ngôn ngữ Solidity hoặc Vyper và sau đó biên dịch nó thành mã bytecode. Mã bytecode được triển khai lên mạng Ethereum, tạo thành một hợp đồng thông minh.
Thực thi bytecode: Khi một giao dịch hoặc một cuộc gọi hợp đồng xảy ra trên mạng Ethereum, EVM nhận và thực thi mã bytecode của hợp đồng thông minh tương ứng.
Kết quả và sự thay đổi trạng thái: Sau khi quá trình thực thi hoàn thành, EVM trả về kết quả của hợp đồng thông minh và cập nhật trạng thái của hợp đồng trong bộ nhớ và ô nhớ.

Thực thi bytecode bao gồm các bước cụ thể:

Xác thực: EVM kiểm tra tính hợp lệ của giao dịch hoặc cuộc gọi hợp đồng bằng cách kiểm tra chữ ký và các ràng buộc khác.
Gas và quyết định gas cost: EVM xác định số gas cần thiết để thực thi mã bytecode và ước tính chi phí gas tương ứng với từng mã lệnh và hoạt động.
Thực thi mã lệnh: EVM thực thi từng mã lệnh trong mã bytecode của hợp đồng thông minh, sử dụng ngăn xếp, bộ nhớ và các biến trạng thái để thực hiện các phép toán.
Cập nhật trạng thái: Trong quá trình thực thi, EVM cập nhật trạng thái của hợp đồng và sự thay đổi trong bộ nhớ và ô nhớ.
Tiêu thụ gas: Khi thực hiện mỗi mã lệnh, EVM tiêu thụ một lượng gas tương ứng với chi phí gas của đó. Nếu gas tiêu thụ hết, quá trình thực thi dừng lại và giao dịch hoặc cuộc gọi hợp đồng bị hủy.

Cơ chế hoạt động của EVM nhằm đảm bảo tính nhất quán và bảo mật trong việc thực thi các hợp đồng thông minh trên mạng Ethereum. Nó sử dụng gas để kiểm soát việc tiêu tốn tài nguyên và ngăn chặn các cuộc tấn công từ việc chạy vô hạn hoặc gian lận.

Mục đích của Máy ảo Ethereum (EVM)

EVM cung cấp năng lượng cho tất cả các ứng dụng chạy trên mạng Ethereum. Đối với các nhà phát triển, EVM đóng vai trò là chương trình tổng thể chạy các chương trình thực thi nhỏ hơn được gọi là smart contract trong Ethereum, đồng thời cung cấp cho họ quyền tự do viết các smart contract này bằng nhiều ngôn ngữ lập trình như Solidity, Vyper, Python và Yul.

Do tính linh hoạt được EVM cung cấp, Ethereum đã tạo ra hàng nghìn DApps trong không gian tài chính phi tập trung (DeFi). Mỗi DApp này và các hợp đồng thông minh tạo nên chúng đều được chuyển đổi thành mã byte đưa vào EVM và được phân phối giữa tất cả các node trong mạng. Khi hợp đồng thông minh được triển khai, EVM chịu trách nhiệm liên lạc với tất cả các node và thực hiện thay đổi trạng thái khi đạt được sự đồng thuận.

Có thể nói, EVM được chèn bên trong mỗi node Ethereum để thực thi các hợp đồng thông minh bằng cách sử dụng mã byte thay vì ngôn ngữ lập trình cơ sở, do đó cách ly máy chủ vật lý khỏi mã máy mà Ethereum chạy trên đó.

Lợi ích của Máy ảo Ethereum (EVM)

Đối với các nhà phát triển

EVM đóng vai trò là chương trình tổng thể chạy các chương trình thực thi hợp đồng thông minh trong Ethereum, đồng thời cung cấp cho các nhà phát triển quyền tự do viết các hợp đồng thông minh này bằng nhiều ngôn ngữ lập trình bao gồm Solidity, Vyper, Python và Yul…
Dựa trên cách thức hoạt động của EVM, các nhà phát triển có thể thực thi mã mà không phải lo lắng về tác động của nó đối với phần còn lại của mạng.
Ngoài ra, các nhà phát triển cũng có thể chạy các hợp đồng thông minh phức tạp trên các môi trường máy tính khác nhau với sự đồng thuận phân tán. Điều này đảm bảo rằng sự cố của một node không có bất kỳ tác động tiêu cực nào đến hoạt động của DApp hay hợp đồng thông minh, vì mã EVM vẫn giống nhau trên tất cả các node. Hơn nữa, vì dữ liệu tài khoản được duy trì ở cấp độ toàn cầu trong EVM nên các nhà phát triển nhận thấy đây là nơi hoàn hảo để viết mã hợp đồng thông minh tùy chỉnh và tạo các DApp riêng biệt có thể truy cập vào tập dữ liệu toàn cầu này và tạo ra kết quả đầu ra đáng tin cậy.

Đối với người dùng

Trải nghiệm đa chuỗi tương tự: Tính đến hiện tại, không gian tiền điện tử có hàng trăm blockchain phục vụ nhiều mục đích khác nhau như nền tảng dApp, chuyên môn hóa dApp và bảo vệ quyền riêng tư cũng như nhiều mục khác. Khi tích hợp nhiều hơn hai blockchain vào một ứng dụng phi tập trung (dApp), người dùng có thể dễ dàng chuyển đổi giữa các EVM blockchain mà không cần thay đổi giao diện người dùng và trải nghiệm sử dụng.
Tốc độ và hiệu quả về phí gas: Người dùng Ethereum phải trả một khoản phí cho mỗi giao dịch mà họ thực hiện. Đôi khi, các khoản phí này có thể lên đến trên $100 do sự khan hiếm về không gian giao dịch trong khối. Trong thời kỳ khan hiếm, việc hoàn thành giao dịch có thể mất rất nhiều thời gian, ảnh hưởng đến trải nghiệm người dùng. Tuy nhiên, chuyển đổi dApp sang các chuỗi EVM khác ngoài Ethereum có thể giải quyết một phần vấn đề về tốc độ và phí gas.
Khả năng mở rộng nhiều hơn: Sử dụng đa chuỗi giúp các dự án mở rộng quy mô theo chiều ngang sang nhiều hệ sinh thái blockchain khác nhau và tạo ra cơ hội để dự án tiền điện tử có cơ sở người dùng lớn hơn. Ngoài ra, sự tham gia của nhiều sản phẩm tiền điện tử khác nhau vào hệ sinh thái giúp tạo điều kiện cho sự cạnh tranh và phát triển.

Nhược điểm của Máy ảo Ethereum (EVM)

Mặc dù EVM có thể mang lại nhiều lợi ích cho cả các nhà phát triển và người dùng nhưng nó cũng vẫn tồn tại một số nhược điểm nhất định:

Phí gas: Một trong những điểm quan trọng nhất là phí giao dịch hay phí gas cao liên quan đến việc chạy một hợp đồng thông minh trên mạng Ethereum. Bởi được thanh toán bằng ETH, các khoản phí này sẽ thay đổi tuỳ thuộc vào mức độ phức tạp của hợp đồng và tình trạng tắc nghẽn mạng tại thời điểm thực hiện.
Kỹ thuật: Vì Solidity là ngôn ngữ lập trình được ưa thích nhất để mã hoá trên EVM nên các nhà phát triển cần có đủ kinh nghiệm và chuyên môn kỹ thuật để tạo ra các hợp đồng thông minh hiệu quả bằng cách sử dụng EVM.
Bảo mật và hack/khai thác: Nếu các nhà phát triển chọn viết mã bằng các ngôn ngữ khác, họ cần phải cẩn thận trong việc giải quyết mọi sự lặp lại vốn có trong mã vì EVM vẫn sẽ tiến hành biên dịch chúng. Mặc dù có thể nâng cấp hợp đồng thông minh ở giai đoạn sau nhưng nó đi kèm với rủi ro bảo mật liên quan đến việc tạo hợp đồng thông minh trung gian tham chiếu địa chỉ của hợp đồng thông minh ban đầu.

Khả năng tương thích của EVM

Khả năng tương thích EVM là một khái niệm phổ biến trong không gian blockchain và tài chính phi tập trung (DeFi). Khi một blockchain có khả năng tương thích EVM, điều đó có nghĩa là các nhà phát triển đã viết code để hoạt động và thực thi hợp đồng thông minh phù hợp với các tiêu chuẩn EVM. Nhiều blockchain hướng tới khả năng tương thích với EVM để đơn giản hóa việc di chuyển từ Ethereum sang blockchain của họ.

Khi ngày càng nhiều blockchain xuất hiện, nhu cầu mở rộng quy mô sẽ càng trở nên khó khăn hơn nếu cần một code mới. Hãy tưởng tượng nếu mọi hợp đồng thông minh blockchain cần một ngôn ngữ lập trình mới để viết hợp đồng thì việc thu hút các lập trình viên tham gia công việc này sẽ là một nhiệm vụ không hề đơn giản.

Tạo môi trường để thực thi code tương thích với EVM sẽ giúp các nhà phát triển Ethereum dễ dàng di chuyển hợp đồng thông minh sang chuỗi tương thích với EVM mà không cần phải viết lại code từ đầu. Đây được xem là phương án tối ưu để nâng cao hiệu quả về khả năng mở rộng trên Ethereum.

Blockchain EVM phổ biến hiện nay

Blockchain EVM là loại blockchain tương thích với máy ảo Ethereum, cho phép chạy các smart contract của Ethereum trên nó. Điều này đồng nghĩa với việc các ứng dụng phi tập trung (DApps) trên Ethereum có thể được triển khai trên các blockchain này một cách dễ dàng. 

Blockchain EVM được chia thành hai loại:

Các giải pháp layer 2: Đây là những nền tảng xây dựng trên EVM, giúp tăng cường khả năng mở rộng và giảm chi phí giao dịch. Nhờ vào những công nghệ mới này, các dự án có thể đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng về tốc độ và quy mô.
EVM blockchain độc lập: Đây là những blockchain hoạt động độc lập, không phụ thuộc vào Ethereum. Điều này mang lại sự linh hoạt cho các nhà phát triển và người dùng, đồng thời cũng giúp giảm thiểu rủi ro khi Ethereum gặp vấn đề. 

Giải pháp Layer 2 cho Ethereum

Các giải pháp layer 2 (layer-2 solution) được xây dựng trên nền tảng của Ethereum, cho phép tiếp nhận những ưu điểm của nền tảng này và khắc phục nhược điểm của nó.

Một số dự án nổi bật và thành công nhất có thể kể đến bao gồm:

Starkware: Một trong những dự án đáng chú ý là Derivatives dYdX, đã xây dựng trên nền tảng Starkware và đạt được thành công lớn. Điều này đã giúp Starkware xây dựng danh tiếng trong thị trường tiền điện tử.
Arbitrum: Có rất nhiều dự án đã chọn Arbitrum làm giải pháp mở rộng cho sản phẩm của họ, trong đó có những cái tên nổi bật như Sushi, AnySwap, Synapse,… Đặc biệt, Abracadabra và Curve Finance đang dẫn đầu xu hướng DeFi 2.0.

EVM blockchain độc lập

Trái ngược với các dự án layer 2 trên Ethereum, các blockchain layer 1 xây dựng nền tảng và thiết kế blockchain riêng, tạo ra sự khác biệt đáng kể. Một số EVM blockchain nổi bật có thể kể đến bao gồm:

BNB Chain (BSC)

BNB Chain (BSC) đã gây tiếng vang lớn với thành công vượt trội, đạt giá trị TVL lên tới hơn 3,000 tỷ USD, chỉ sau Ethereum và Tron.

Hệ sinh thái của BSC hiện có hơn 900 ứng dụng DeFi, trong đó có hơn 50 sàn giao dịch phi tập trung (DEXs). Đáng chú ý nhất là dự án DEX PancakeSwap, với TVL đạt mốc 1,503 tỷ USD, đã tạo nên thành công ngoạn mục.

Polygon

Ban đầu Polygon chỉ được coi là giải pháp layer 2 của Ethereum, nhưng hiện tại, mạng Polygon đã phát triển thành một blockchain độc lập, sử dụng MATIC (token chính của Polygon) để thanh toán phí giao dịch. Blockchain EVM này giúp tăng khả năng mở rộng và cho phép các giao dịch cũng như khối lượng công việc từ mạng chính diễn ra suôn sẻ và hiệu quả hơn.

Avalanche

Avalanche là một mạng đa chuỗi cung cấp thông lượng khá cao và độ trễ thấp, cho phép thực hiện các giao dịch nhanh chóng và chi phí thấp. Nó có một cơ chế đồng thuận được gọi là Avalanche-X có thể nâng cao hơn nữa trải nghiệm của người dùng.

Tổng kết

Sự tăng trưởng vượt bậc của Ethereum đã biến EVM trở thành một tiêu chuẩn công nghiệp. Với số lượng blockchain layer 2 tương thích EVM và một số lượng lớn các trường hợp sử dụng EVM tiềm năng có thể xảy ra, khá dễ hiểu khi EVM là một công cụ quan trọng để phát triển Web3. Cùng tìm hiểu thêm các thông tin về EVM trong các bài viết sau của MarginATM nhé.

Đọc thêm: Cập nhật Cancun-Deneb (Dencun) trên mạng lưới Ethereum là gì?

**Không phải lời khuyên tài chính.