Die Rolle der Ethereum Virtual Machine (EVM)
Die Ethereum Virtual Machine, oft als EVM abgekürzt, ist der Kern von Ethereum. Sie ermöglicht es Entwicklern, dezentrale Anwendungen, sogenannte DApps, zu konzipieren und auszuführen. Trotz gewisser Einschränkungen wie langsamerer Transaktionszeiten und höherer Gebühren (Gas) hat die Nachfrage nach Ethereum nicht nachgelassen.
Das ausgereifte Ethereum-Ökosystem stärkt das Vertrauen der Entwickler. Darüber hinaus stellt Ethereum eine Vielzahl von Ressourcen und Tools für Entwickler bereit. Obwohl in den letzten Jahren viele neue Blockchain-Ökosysteme entstanden sind, dominiert Ethereum mit einer Marktkapitalisierung von über 368 Milliarden US-Dollar den Kryptomarkt. Lassen Sie uns nun tiefer in die EVM eintauchen.
Was ist die EVM?
Die Ethereum Virtual Machine ist ein virtueller Computer, der die Grundlage für die Entwicklung dezentraler Anwendungen (DApps) bildet. Entwickler nutzen diese virtuelle Maschine, um intelligente Verträge (Smart Contracts) auf der Ethereum-Blockchain zu erstellen und auszuführen. Ein Smart Contract ist ein Computerprogramm, das auf der Ethereum-Blockchain abläuft. Er führt Funktionen automatisch basierend auf vorher festgelegten Bedingungen zwischen den Nutzern aus.
Smart Contracts ermöglichen es, spezifische Regeln zu definieren, und sobald diese Regeln erfüllt sind, wird der Vertrag automatisch ausgeführt. Zwei wesentliche Konzepte der EVM sind: die virtuelle Maschine selbst und die Turing-Vollständigkeit.
Virtuelle Maschinen
Virtuelle Maschinen sind Softwareprogramme, die das Verhalten eines realen Computers simulieren. Sie agieren als Verarbeitungs- und Speichereinheiten. Obwohl sie wie normale Computerprogramme funktionieren, können virtuelle Maschinen komplexe Operationen ausführen.
Turing-Vollständigkeit
Der Begriff „Turing-Vollständigkeit“ geht auf den britischen Mathematiker Alan Turing zurück und bedeutet, dass eine Maschine prinzipiell jede beliebige Berechnung durchführen kann, vorausgesetzt, es gibt ausreichend Speicher und Zeit. Die Kombination aus virtueller Maschine und Turing-Vollständigkeit macht die EVM zu einem wertvollen Werkzeug für DApp-Entwickler.
Die EVM sorgt nicht nur für die Sicherheit der Ethereum-Blockchain, sondern beschleunigt auch die Ausführung komplexer Berechnungen. Sie wird direkt auf dem Betriebssystem installiert und fungiert als Vermittlungsschicht zwischen dem Betriebssystem und den Smart Contracts.
Der Zweck der EVM
Der Hauptzweck der EVM besteht darin, DApps zu ermöglichen und gleichzeitig Störungen im Ethereum-Netzwerk zu minimieren. Entwickler nutzen Smart Contracts, um Funktionen im Blockchain-Netzwerk auszuführen. Diese Smart Contracts und DApps werden in Bytecode umgewandelt. Bytecode ist eine computerlesbare Sprache, die aus dem Quellcode kompiliert wird und auf der virtuellen Maschine ausgeführt werden kann. Nach der Konvertierung wird der Bytecode in der EVM bereitgestellt und dann an alle Knoten im Ethereum-Netzwerk verteilt.
Zusätzlich zum Bytecode verwendet die EVM „Opcodes“, eine Reihe von Anweisungen, die der EVM bei der Ausführung verschiedener Aufgaben helfen. Über 140 Opcodes ermöglichen verschiedene Arten von EVM-Prozessen. Einfach ausgedrückt, vereinfachen Opcodes die Programmieranweisungen für die EVM. Die EVM ist entscheidend für die korrekte Ausführung jedes Smart Contracts und die Aktualisierung von Transaktionsdaten im Ethereum-Netzwerk.
Gas und seine Auswirkungen auf die EVM-Leistung
Gas kann als der „Treibstoff“ der EVM betrachtet werden. Es sind die Gebühren, die für die Berechnung der Operationen von Ethereum Smart Contracts anfallen. Der Gaspreis hängt von der Komplexität des Opcodes ab und wird in Wei, der kleinsten Einheit von Ether (ETH), bezahlt.
Gas spielt auch eine wichtige Rolle für die Sicherheit des Ethereum-Netzwerks. Die Gebühren schützen das Netzwerk vor Angriffen. Die Validierer der Transaktionen erhalten das Gas als Belohnung, wobei komplexere Operationen höhere Belohnungen bringen. Der Gasmechanismus hilft den Validatoren auch bei der Filterung von Gebühren. Validatoren können z.B. komplexe Opcodes auswählen, um mehr Gas zu erhalten. Die Netzaktivität hat einen großen Einfluss auf die Gasgebühren. Nicht verbrauchtes Gas wird an den Absender zurückerstattet.
Nachdem wir die Bedeutung von Gas geklärt haben, betrachten wir den Prozess der Datenspeicherung in der EVM.
Datenspeicherung in der EVM
Daten sind eine wertvolle Ressource, daher ist die Datenspeicherung ein wichtiger Bestandteil der EVM. Ethereum speichert Daten in Form von Trie-Datenstrukturen. Diese Datenstrukturen helfen Ethereum, permanente und temporäre Daten zu verwalten. Die Ethereum-Blockchain verwendet drei Arten von Tries:
- State Trie: Der globale State Trie wird ständig aktualisiert und enthält für jedes Ethereum-Konto einen Wert und einen Schlüssel.
- Speicher Trie: Hier werden Vertragsdaten gespeichert. Jeder Ethereum-Konto verfügt über diesen Trie.
- Transaction Trie: Dieser Trie speichert alle Transaktionen in jedem Block und ermöglicht das Auffinden bestimmter Transaktionen.
Diese einfache Datenaufteilung auf drei Tries hilft Ethereum, riesige Datenmengen effizient zu speichern und zu verwalten und bietet Nutzern einen einfacheren und sichereren Zugriff.
Die EVM verwendet zwei Arten von Daten: flüchtige und permanente Daten. Flüchtige Daten ändern sich mit neuen Transaktionen (z.B. Kontostände), während permanente Daten dauerhaft in der Datenstruktur von Ethereum gespeichert werden und nicht verändert werden können.
Es gibt einige interessante Ähnlichkeiten zwischen der EVM und der CPU eines Computers. Ethereum-Entwickler erstellen DApps, die Computersoftware ähneln. Der Unterschied besteht darin, dass Solidity anstelle von C++ oder Java die Programmiersprache für Ethereum ist. Dieser Solidity-Code wird dann über die verschiedenen Knoten/Systeme verteilt. Die EVM ist wie eine virtuelle CPU, die über weltweite Netzwerke verteilt ist und keine physische Entsprechung hat.
Vorteile der EVM
Einige Vorteile der EVM sind:
Dezentralisierung
Die EVM trägt maßgeblich dazu bei, die Rolle zentraler Behörden zu reduzieren. Keine Einzelperson oder Instanz kann die Transaktionen im Ethereum-Netzwerk kontrollieren. Außerdem kann niemand einmal bereitgestellte DApps entfernen, was Entwicklern die Freiheit gibt, innovative Projekte zu entwickeln.
Niedrige Eintrittsbarrieren
Die EVM erleichtert es Entwicklern, DApps ohne große Hürden zu erstellen. Sie ermöglicht die Erstellung und Bereitstellung von Smart Contracts, die den jeweiligen Anforderungen entsprechen.
Einfache Ausführung komplexer Smart Contracts
Die EVM kann komplexe Aufgaben ausführen, die in Smart Contracts definiert sind. Entwickler können Smart Contracts einmal erstellen und sie auf verschiedenen Plattformen laufen lassen.
Narrensicher
Der komplexe Mechanismus der EVM ermöglicht die fehlerfreie Ausführung von Transaktionen. Entwickler können die Auswirkungen des Smart Contracts je nach Komplexität verwalten.
Datensicherheit
Die EVM schützt die Daten der Entwickler und ermutigt sie, verschiedene Arten von Code zu testen. Bei Verwendung von nicht vertrauenswürdigem Code bleiben persönliche Daten unberührt, und der Berechnungsprozess hat keine Auswirkungen auf andere Systemfunktionen.
Nachteile der EVM
Es gibt jedoch auch einige Nachteile:
Hohe Gaskosten
Für die Ausführung von Transaktionen müssen Gebühren in ETH-Token bezahlt werden. Die erforderliche Gasmenge hängt von der Komplexität der Transaktion ab. Auch die Art und Geschwindigkeit der Transaktion bestimmen die Gasmenge. Online-Rechner können helfen, die benötigte Gasmenge für eine Transaktion zu ermitteln. Bei hoher Netzlast steigen die Gaspreise, was zu hohen Gebühren führt.
Hoher Datenspeicher
Daten sind ein wesentlicher Bestandteil der EVM, und deren Speicherung und Verwaltung sind für das reibungslose Funktionieren der Maschine unerlässlich. Die Komplexität einer Transaktion führt auch hier zu hohem Speicherbedarf, und Speichergebühren können manchmal teuer sein.
Erfordert technisches Wissen
Einmal bereitgestellte Smart Contracts können nicht mehr geändert werden. Daher müssen Entwickler, die Smart Contracts erstellen, über fundierte technische Kenntnisse verfügen. Als Turing-vollständiges System ermöglicht die EVM Entwicklern zwar die Verwendung beliebiger Programmiersprachen, aber ein fehlerhaftes Skript kann das gesamte Projekt gefährden.
Die Zukunft der EVM
Die Blockchain-Technologie und die EVM befinden sich noch in einer frühen Phase der Entwicklung. In den kommenden Jahren werden die Geschwindigkeit und Effizienz der EVM zunehmen. Die Transaktionsgeschwindigkeit und die hohen Gasgebühren stellen eine große Herausforderung dar. Die Bewältigung dieser Herausforderungen wird die Zukunft der EVM prägen. Die EVM wird ein entscheidender Bestandteil der Dezentralisierung vieler großer Industriezweige sein und wichtige Sektoren wie das Bankwesen, Gaming, Cybersicherheit, Logistik, Gesundheitswesen, Cloud-Speicher und Immobilien transformieren. Auch werden nützlichere DApps das Leben der Menschen einfacher machen.
Auch die Vision von Ethereum-Gründer Vitalik Buterin, ein Multi-Rollup-Ökosystem zu etablieren, wirkt sich positiv auf die EVM aus. Die Interoperabilitätsfunktion, die es DApps ermöglicht, auf verschiedenen Blockchains miteinander zu interagieren, ist eine weitere wichtige Veränderung. Die interaktiven Betriebsfunktionen fördern die Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Krypto-Projekten, und immer mehr Entwickler setzen auf die EVM, um ihre Smart Contracts bereitzustellen.
Schlussbetrachtung
Die Ethereum Virtual Machine spielt eine entscheidende Rolle bei der Bereitstellung eines dezentralen Ökosystems. DApp-Entwickler haben jetzt mehr Möglichkeiten, ihre Projekte zu realisieren. Die EVM wird von Entwicklern als All-in-One-Plattform für die DApp-Entwicklung angesehen, was ihre Zukunft vielversprechend erscheinen lässt. Obwohl die Ethereum Virtual Machine noch nicht perfekt ist, entwickelt sie sich mit dem technologischen Fortschritt stetig weiter.
Als nächstes könnten Sie sich über die besten Ethereum-Wallets informieren.