以太坊虚拟机（Ethereum Virtual Machine，简称 EVM）是以太坊网络的核心与灵魂，作为一个开源平台，它彻底重新定义了区块链技术的格局。虽然 EVM 最初专为以太坊网络设计，但其重要性已远超原生网络。如今，大多数区块链网络都追求与 EVM 兼容，主要得益于其蓬勃发展的开发者生态系统和去中心化应用（dApp）生态。
本文将深入探讨 EVM 的核心概念、其在以太坊生态系统中的角色，以及对区块链乃至更广阔世界的深远影响。
以太坊虚拟机（EVM）详解
以太坊虚拟机是以太坊区块链平台的一个关键组成部分，它充当了执行智能合约和去中心化应用（DApp）的运行时环境。EVM 如同一台运行在全球以太坊节点网络上的去中心化计算机，其核心职责是处理并执行用以太坊原生编程语言 Solidity 或其他兼容语言编写的代码。
从本质上讲，EVM 是一个图灵完备的、沙盒化的执行环境。图灵完备意味着它理论上能够执行任何计算，使其成为创建各类 dApp 的通用平台。而沙盒化特性则确保了代码执行的隔离性与安全性，防止恶意代码影响整个网络。开发者会将智能合约编译成 EVM 可执行的字节码，这些代码一旦部署到区块链上便不可更改。
用户和 DApp 通过向包含可执行代码的以太坊地址发送交易来与 EVM 交互。这些交易会触发 EVM 执行代码，代码可以读取和写入以太坊状态（即分布式账本），从而赋能了各种功能的去中心化应用的创建，例如去中心化金融（DeFi）、非同质化代币（NFT）等。
EVM 的去中心化和确定性执行确保了所有以太坊网络节点都能对这些交易引发的状态变更达成共识，从而维护了区块链的完整性和可信度。
以太坊虚拟机的核心功能与特性
EVM 是以太坊区块链平台的关键组件，其设计包含多项核心功能与特性：
去中心化执行
EVM 运行在去中心化的节点网络上，确保没有任何单一实体或组织能控制其运作。这种去中心化是以太坊区块链无需信任和抗审查特性的核心。当一笔交易或智能合约被提交到以太坊网络时，它会被传播至全球数千个节点，这些节点独立验证并执行交易中包含的代码，并就交易的有效性及结果达成共识。
智能合约执行
智能合约是自执行程序，能在预设条件满足时自动执行协议条款或特定操作。EVM 专为执行这些用 Solidity 等高级编程语言编写的智能合约而设计。开发者将代码编译成 EVM 可理解的底层字节码。智能合约一旦部署在以太坊区块链上便不可更改，其代码和执行逻辑公开可审计。
图灵完备性
EVM 的图灵完备性意味着它能执行任何可用算法表示的计算。这一特性使其与更简单的非图灵完备区块链区分开来，为开发者编写智能合约提供了极大的灵活性。不过，这也带来了潜在挑战（如无限循环），但通过 Gas 系统得到了有效缓解。
Gas 机制
为了确保资源分配的高效与公平，EVM 采用了 Gas 机制。Gas 代表了执行交易或智能合约所需的计算资源成本。每项 EVM 操作都会消耗特定量的 Gas，用户在提交交易时必须支付相应的 Gas 费用。Gas 价格由用户设定，矿工通常会优先处理 Gas 价格更高的交易。此机制既防止了网络滥用，也激励了矿工和节点处理交易。
隔离与安全
EVM 在安全隔离的环境中强制执行代码。每个智能合约都在自己的“沙盒”中运行，防止合约间相互干扰。这种隔离性将潜在漏洞限制在单个合约内，极大增强了安全性。
确定性执行
EVM 确保确定性执行，即在相同输入和初始状态下，任何节点执行同一交易或智能合约都会产生完全相同的结果。这对于所有节点达成共识至关重要，增强了网络的信任度和可靠性。
代码不可变性
部署在以太坊上的智能合约是不可变的。合约代码一旦部署便无法更改或更新，这确保了合约行为随时间推移始终保持一致，用户和 DApp 可以信任其规则不会意外改变。
全局计算
EVM 通过利用以太坊网络中所有参与节点的联合计算能力来实现全局计算。这种分布式方法确保了代码执行的冗余性、容错性和抗审查性。
基于堆栈的执行
EVM 采用基于堆栈的执行模型。数据和操作数被压入堆栈，通过弹出堆栈值来执行操作。这种模型在 EVM 资源受限的环境中非常高效。
操作码系统
EVM 依赖操作码系统来定义代码执行期间可采取的具体操作。操作码是 EVM 指令的基本构建块，涵盖了算术运算、数据存储与检索、条件语句、合约交互等。开发者用高级语言编写智能合约，再编译成 EVM 可理解执行的一系列操作码。
总而言之，EVM 是一个复杂、去中心化且安全的执行环境，它是以太坊区块链的基石。其特性和功能使得能够创建具有复杂逻辑的去中心化应用，并为无需信任、抗审查、可靠的区块链解决方案提供了基础。
什么在驱动以太坊虚拟机？
EVM 由以太坊网络的集体计算资源驱动。它运行在一个去中心化的节点网络上，这些节点本质上是由以太坊参与者运行的独立计算机或服务器。它们协同工作，以执行智能合约并处理以太坊区块链上的交易。
其工作原理如下：
节点
以太坊网络的参与者运行特定软件成为节点。这些节点可以是矿工（负责向区块链添加新区块）或全节点（存储并验证整个以太坊区块链）。每个节点都包含一个 EVM 副本并参与执行网络上的代码。
共识机制
以太坊使用权益证明（Proof of Stake, PoS）共识机制。在 PoS 中，验证者（节点运营商）抵押加密货币作为 collateral 来创建新区块和验证交易。由于他们在网络中拥有经济利益，因此有动力诚实行事。
代码执行
当交易或智能合约被提交到以太坊网络时，它会被广播给所有参与节点。每个节点中的 EVM 处理交易中包含的代码，并就代码执行结果达成共识。
全局计算
EVM 的强大之处在于它在全球范围内运行，由数千个节点共同执行代码。这种分布式方法确保了计算的冗余性、安全性和不可变性，使得任何单一实体都极难控制或操纵系统。
有序网络（Orderly Network）正在向 EVM 扩展
显而易见，以太坊生态系统处于 DeFi 和 dApp 的核心位置，这在运行于以太坊区块链上的数千个 dApp 中得到了充分体现。
因此，存在于原生以太坊区块链之外的项目与 EVM 兼容至关重要。EVM 与有序网络对于 DeFi 的核心愿景产生了共鸣，这也是我们目前正在向 EVM 扩展的原因。
有序网络的扩展主要是因为以太坊生态系统是 DeFi 中最大、最健全的生态。因此，我们正将有序网络的优势，如中央限价订单簿（CLOB）基础设施和强大的流动性层，引入 EVM 链。此外，我们向 EVM 生态系统的扩展也意味着有序网络变得与 EVM 链（如 Arbitrum 和 Optimism）兼容，这符合我们为 DeFi 提供全链 CLOB 基础设施的愿景。
此次扩展最终将向更广阔的 DeFi 领域 unveil 有序网络的所有工具、资产和基础设施，从而为 EVM 生态系统中的 DeFi 项目创造更多样的选择和用例。
常见问题
Q1: 以太坊虚拟机（EVM）的主要作用是什么？
A: EVM 是以太坊网络的核心，它是一个全球性的、去中心化的运行时环境，专门用于执行智能合约和去中心化应用（DApp）。它确保了代码在所有节点上以相同方式运行，并维护整个网络状态的一致性。
Q2: 什么是 Gas？为什么它在 EVM 中如此重要？
A: Gas 是衡量在 EVM 上执行操作所需计算工作量的单位。用户需要为交易支付 Gas 费用。它至关重要，因为它可以防止网络垃圾邮件和无限循环等滥用行为，同时补偿矿工或验证者消耗的计算资源。
Q3: EVM 兼容性对区块链项目意味着什么？
A: EVM 兼容性意味着其他区块链能够执行为以太坊 EVM 编写的智能合约。这允许开发者和用户轻松地将他们的 dApp 和资产从以太坊迁移到兼容链上，利用其生态系统并享受更低的费用或更快的交易速度等优势。
Q4: 智能合约在部署后还能修改吗？
A: 不能。一旦智能合约被部署到以太坊区块链上，其代码就变得不可更改（Immutable）。这是区块链安全性和可信性的基石，但也意味着开发者需要在部署前进行彻底测试，任何漏洞都无法直接修复，通常需要部署新合约。
Q5: 权益证明（PoS）如何影响 EVM 的运作？
A: 共识机制从工作量证明（PoW）切换到权益证明（PoS）主要影响了区块的生成和验证方式（通过质押而非挖矿），但 EVM 本身的代码执行逻辑和功能保持不变。EVM 仍然负责处理交易和运行智能合约。
Q6: 除了以太坊，还有哪些知名的 EVM 兼容链？
A: 目前有许多知名的 EVM 兼容链，例如 BNB Smart Chain (BSC)、Polygon (MATIC)、Avalanche (AVAX) C-Chain、Arbitrum、Optimism 以及 Fantom Opera 等。它们构成了庞大的多链 EVM 生态系统。
结语
以太坊虚拟机在区块链领域中犹如一座创新的灯塔。其执行智能合约和驱动 dApp 的能力重塑了众多行业，并为一个更加透明、高效和去中心化的未来铺平了道路。展望未来，EVM 仍将处于区块链演进的最前沿，驱动技术进步并不断重新定义我们的数字世界景观。