科普丨虚拟机之战：WASM与EVM

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什么是以太坊虚拟机(EVM)&＃xff1f;

以太坊虚拟机是一种轻量级虚拟机&＃xff0c;用于在以太坊网络上运行各种智能合约。EVM的功能不同于Windows等传统操作系统&＃xff0c;后者一次只能在一台机器上运行。EVM 是构建在本机操作系统上的高级抽象&＃xff0c;用于模拟物理机。

通过使用EVM&＃xff0c;相同的平台可以在许多不同的操作系统和硬件架构上运行。该特性使虚拟机适合以太坊等网络&＃xff0c;可以通过分布在世界各地的不同机器上的不同客户端访问这些网络。EVM可以模拟在物理CPU上执行的功能&＃xff0c;并负责以太坊网络上的大部分功能。

EVM具有以下特点:

确定性

确定性程序对相同的输入集提供相同的输出&＃xff0c;而与它执行相同代码的次数无关。在以太坊中&＃xff0c;dApp每次处理数百万美元&＃xff0c;各种用户需要知道代码在执行的每个阶段是如何反应的。

可隔离

智能合约需要在完全隔离的环境中运行。这确保了如果智能合约发生黑客或bug&＃xff0c;它不会影响底层协议的其他部分。

可终止

以太坊智能合约是图灵完备的。因此&＃xff0c;只要有足够的时间和资源&＃xff0c;他们就应该能够解决任何问题。智能合约应该有终止机制&＃xff0c;因为很难确定合约是否会在规定的期限内完成所有操作。以太坊使用“gas”限制来终止超出执行限制的智能合约。

EVM 的功能

• 它是以太坊网络的去中心化处理单元。每个交互、交易和智能合约执行都只能在这里发生。

• 获取并执行指令&＃xff0c;然后通过给定的指令分派器解码操作数。

• 负责所有的数据结构&＃xff0c;如操作数&＃xff0c;数据处理和指令。

• 跟踪网络组件&＃xff0c;如存储状态、区块信息和世界状态。

• 负责为以太坊网络上的不同智能合约创建运行时环境。

EVM 的挑战

• EVM处理如此多不同的操作并不快&＃xff0c;但是它的操作码规范还没有发展到可以处理变化的需求。

• 未能进化意味着语言也有局限性。

什么是WebAssembly (WASM)?

WebAssembly (WASM)是一种新型代码&＃xff0c;可以在现代浏览器上高效地执行。这个新代码是由万维网联盟(W3C)创建和定义的。WASM是为网络而建的&＃xff0c;包括来自谷歌、Mozilla和苹果的工程师。本质上&＃xff0c;WASM通常被称为Ethereum 2.0&＃xff0c;它具有EVM的所有功能&＃xff0c;并附带了额外的功能。

专为网络打造

如前所述&＃xff0c;来自谷歌、微软和苹果等大型技术公司的工程师都是开发团队的一部分。因此&＃xff0c;这些工程师要确保WASM与他们的引擎和协议兼容。

设计时考虑了一组特定的目标

创建WASM是为了快速、高效和便携。WASM将利用常见的硬件能力&＃xff0c;以“接近本地速度”执行。

• 易于阅读和调试。它具有人类可读的文本格式&＃xff0c;代码可以手动查看、编写和调试。

• 确保安全。它通过增强主机浏览器的权限策略和保持向后兼容性来实现这一点。

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EVM 与 WASM

速度

简单地说&＃xff0c;EVM是一个万事通&＃xff0c;但却什么都不懂。EVM如何处理编译就是这一点的一个很好的例子。本机引擎努力寻找执行某些操作的最佳路径&＃xff0c;最终影响EVM的总体吞吐量。

EVM只能处理256位字节码&＃xff0c;这意味着小于256位的字节码必须先转换为256位格式&＃xff0c;然后才能发送给EVM。EVM的可扩展性问题很明显&＃xff0c;因为它每秒只处理25个交易。

WASM直接转换为编译后的代码&＃xff0c;这使它能够更快地加载&＃xff0c;同时增加每个区块所处理的交易数量。

预编译

EVM依赖于预编译(预编译合约)。当发出预编译调用时&＃xff0c;EVM将执行预定义的本机代码&＃xff0c;然后显示结果。这些预编译特定于用于基本操作的特定协议&＃xff0c;例如签名方案和哈希。

尽管预编译在不消耗大量gas的情况下使加密计算变得高效&＃xff0c;但它们也带来了问题。引入新的预编译器通常要求网络经历一个系统范围的硬分叉。

WASM消除了以太坊对预编译合同的依赖。由于WASM非常高效&＃xff0c;开发人员可以创建高效、快速的智能合约&＃xff0c;而无需担心潜在的硬分叉。

灵活性和互操作性

WASM支持更多的语言&＃xff0c;并且提供了比EVM更广泛的工具集。WASM支持传统语言&＃xff0c;如Rust、C和c&＃43;&＃43;。WASM也被本地Javascript引擎支持&＃xff0c;例如 Google 的 V8 引擎&＃xff08;基于 Node.js 和 Chromium 的浏览器&＃xff09;、微软的 Chakra 引擎&＃xff08;Microsoft Edge&＃xff09;和 Mozilla 的 Spidermonkey 引擎&＃xff08;Thunderbird 和 Firefox&＃xff09;。

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小结

以太坊引入了比特币区块链上不可用的某些功能。以太坊虚拟机的引入允许开发人员轻松地创建和部署智能合约。然而&＃xff0c;EVM也有许多局限性&＃xff0c;而WASM正试图解决这些局限性。根据WebAssembly.org, WebAssembly 1.0已经被提供给四个主要的浏览器引擎。