以太坊虚拟机（Ethereum Virtual Machine，简称 EVM）是一个运行于每个以太坊节点中的虚拟组件，专门用于执行智能合约的字节码。智能合约通常由高级语言（如 Solidity）编写，随后被编译为 EVM 可识别的字节码。通过 EVM，用户可以将代码部署到一个去中心化的生态系统中，确保执行结果可验证且完全确定性，从而实现对智能合约的高效管理。
以太坊采用了与 Java 虚拟机（JVM）类似的设计思路，但其核心编程语言为 Solidity。合约代码经编译生成字节码后，被上传至区块链网络，并由运行在不同硬件平台上的 EVM 执行。
EVM 的核心作用
以太坊虚拟机是以太坊生态系统的关键组成部分，主要负责处理与部署智能合约。智能合约本质上是数字化的自动化协议，能够在无需信任第三方的情况下完成多方之间的交易。EVM 还负责处理以太坊区块链上的交易，并通过称为“状态树”的数据库维护账户及其余额的动态变化，实时记录所有账户的当前状态。
网络类型与开发应用
开发者借助 EVM 及与之兼容的编程语言 Solidity，构建基于以太坊的去中心化应用（DApps）。这些应用在经过严格的安全审计后，可部署至主网，以确保没有漏洞或安全隐患，保障用户资金与数据的安全。
EVM 与 CPU 的相似性
EVM 是一个分布在全球的计算机网络，可同时运行于上百个 CPU 之上。它负责执行智能合约的字节码，这些合约程序可嵌入包括以太坊在内的多种区块链中。
EVM 具有两大核心功能：
- 状态变更：在处理交易时改变网络状态，且需所有节点达成共识；
- 数据存储：将数据随交易保存，便于后续使用或修改。
EVM 的设计目标是实现去信任的交易，无需第三方中介参与。整个过程保障各方始终对自己的资金和资产拥有完全控制权。
EVM 的运行机制
EVM 是一个动态的、沙盒化的虚拟堆栈，运行于每个以太坊节点，负责执行智能合约字节码。作为一个去中心化的节点网络，EVM 使任何人都能运行虚拟机，并为区块链网络提供了极大的灵活性。
借助 EVM，用户可创建新的智能合约并将其部署到网络中的任意位置，而不必受限于单台计算机或服务器。这使得各类流程（如金融交易、房地产销售等）得以自动化执行，无需依赖中介机构。
EVM 操作码（Opcodes）
在以太坊中，EVM 操作码是指令单元，用于执行智能合约和交易。它们涵盖了算术运算、停止、内存操作、数据复制、推送、日志记录、比较和交换等多种操作，也可用于获取区块及环境信息。目前，EVM 支持约 150 种操作码。
为提高执行效率，EVM 将字节码转换为操作码，每个操作码在字节码中占一个字节。每项操作都需要消耗一定量的 Gas（燃料）。
智能合约与 EVM
智能合约是一系列预定义的操作，当链上或链下条件满足时自动执行。这些操作可以包括转账、多方通信甚至创建新合约。
用户无需通过第三方即可直接向合约地址发送资金以触发操作。智能合约的安全性源于其一旦部署，代码便不可更改。每次合约执行都会改变 EVM 的状态。
因此，EVM 可被视作一台“状态机”，负责计算因执行智能合约代码而导致的状态变化。所有交易均公开存储于区块链上，合约代码本身也可被任何人查看。
EVM 维护账户及其以太币余额，同时为智能合约和交易提供数据存储功能。这些操作共同构成了网络状态的动态演变。
智能合约通常用 Solidity 编写。由于 EVM 无法直接执行 Solidity，代码需先编译为低级的机器指令（即操作码）。编译完成后，通过“验证”功能确认合约正确性，确保其可正常使用。
Gas：EVM 的燃料
Gas 足以太坊运行的核心机制，用于支付每个节点执行智能合约操作的费用。设置 Gas 的目的在于防止攻击者通过部署大量复杂合约耗尽网络资源，避免造成拒绝服务攻击（DDoS）。
每个操作码都对应一定的 Gas 成本，复杂度越高的操作所需 Gas 越多。例如，简单加法操作消耗 3 Gas，而每笔交易的基础成本为 21,000 Gas。用户常遇到的问题并非 Gas 本身，而是完成交易所设置的 Gas 上限。
Gas 上限是发送方愿意为交易执行与验证支付的最高 Gas 量。总 Gas 费用计算公式如下：
Gas 费用 = 总 Gas 消耗量 × Gas 单价这类似于汽车加油：既需考虑油价，也需计算到达目的地所需的油量。
用户在发送交易时常常无法准确预估剩余 Gas，容易因设置不当而导致交易失败。支付 Gas 费用是为了激励验证者确保交易有效、无错误且满足计算资源需求。设置较高的 Gas 上限可使复杂交易更易被验证者优先处理。
Gas 费用受市场供求影响。当网络活跃时，验证者会优先选择 Gas 上限较高的交易。未被消耗的 Gas 将退还发送方。如果预付 Gas 达到上限但交易未完成，验证者仍可获得报酬，而 EVM 在这种机制下被视为“准图灵完备”，因为其计算能力受限于用户愿意支付的费用。
常见问题
什么是 EVM？
EVM 是以太坊虚拟机的缩写，是一个运行于所有以太坊节点上的去中心化计算环境，用于执行智能合约字节码。
EVM 如何保证安全？
EVM 通过沙盒机制隔离合约执行环境，避免恶意代码影响主机系统。同时，Gas 机制防止资源滥用，确保网络稳定。
Gas 费用如何计算？
Gas 费用由交易消耗的 Gas 数量与当前 Gas 单价共同决定。用户可自行设置 Gas 上限以控制成本。
智能合约是否可修改？
一旦部署，智能合约代码不可更改，这是区块链不可篡改特性的重要体现。
EVM 是否支持其他编程语言？
除了 Solidity，EVM 还支持 Vyper 等语言，但需编译为 EVM 字节码方可执行。
为什么交易有时会失败？
常见原因包括 Gas 不足、合约代码错误或网络拥堵。合理设置 Gas 上限可提高交易成功率。
EVM 作为区块链技术的核心创新，不仅推动了去中心化应用的发展，还为智能合约的高效执行提供了坚实基础。通过深入理解其原理与机制，开发者与用户能更好地利用以太坊生态，探索更多创新应用场景。