در طول سال های اخیر‌، اتریوم به میزان زیادی مورد توجه مردم قرار گرفته است. دلیل این امر، این است که در طول این سال ها ثابت شده که اتریوم یک عامل بزرگ در پیشرفت بلاکچین و خلق شبکه های غیرمتمرکز بوده و کاری فراتر از پردازش تراکنش های ساده را به انجام می رساند. EVM یک ماشین محاسباتی است که مانند یک کامپیوتر غیرمتمرکز عمل می کند و چند هزار پروژه قابل اجرا دارد.

ماشین مجازی اتریوم، یکی از اصلی ترین المان ها در ساختار شبکه اتریوم بوده و بخشی است که اسمارت کانترکت ها را پیاده سازی و اجرا می کند.

تمام نودهای اتریوم روی EVM اجرا می شوند، تا در کل شبکه به اجماع برسند. این ماشین مجازی کاملا جدا یا ایزوله است؛ بدین معنی که کدهای نوشته شده در داخل EVM، هیچگونه دسترسی به شبکه، سیستم فایل ها یا دیگر فرآیندها ندارند.

ماشین های مجازی در واقع ماشین هایی هستند که سطح بالاتری از دریافت مفهوم را در مقایسه با سیستم عامل های رایج دارند.

ماشین های مجازی (Virtual Machines) یا VM‌ ها به صورت مبتنی بر سیستم های عامل ساخته شده اند، تا عملکرد مشابهی نسبت به یک ماشین محاسباتی فیزیکی (CPU) داشته باشند. به عبارت دیگر‌ ماشین های مجازی به صورت تقریبی، قدرت محاسباتی ماشین های فیزیکی را با استفاده از معماری مجازی شبیه سازی می کنند. این ماشین ها در بسیاری از سیستم عامل ها و سخت افزار‌های گوناگون قابل اجرا هستند و همین امر آن ها را به یک موتور کامل متناسب برای اکوسیستم غیرمتمرکز تبدیل می کند.

ماشین های مجازی به خاطر نحوه توسعه شان برای وظایف مختلف، دارای قابلیت های متفاوتی هستند. مثلا، ماشین های مجازی نظیر Virtual Box به طور کامل سخت افزارهای کامپیوتری را شبیه سازی کرده و اجازه اجرای هر سیستم عاملی را به شما می دهند. یا مثلا دیگر ماشین های مجازی مانند Java Virtual Machine فقط عملکرد پردازنده و برخی از موارد مربوط به حافظه را شبیه سازی می کنند.

ما می توانیم به واسطه یک ماشین مجازی، از منابع مشارکت کنندگان درون شبکه استفاده کنیم و این موضوع، فارغ از موقعیت مکانی یا جغرافیایی آن هاست و بهره برداری ما در راستای ساخت‌، پردازش و اجرای کاری که قصد پیاده سازی آن را داریم، شکل خواهد گرفت.

از این نقطه نظر‌، ماشین مجازی اتریوم (Ethereum Virtual Machine) عملکردی شبیه به یک پردازنده جهانی یا کامپیوتری را دارد که قدرت محاسباتی کلی خود را در اختیار توسعه دهندگان قرار می دهد. توسعه دهندگان نیز در مقابل، از این منبع برای نوشتن قرارداد‌های هوشمند (Smart contracts) و برنامه های غیرمتمرکز (DApp‌s) استفاده می کنند.

دسترسی به یک VM توسط نود‌های شبکه اتریوم (Ethereum)، از سراسر دنیا امکانپذیر است. در اختیار قرار دادن قدرت محاسباتی به شبکه، به صورت داوطلبانه بوده و نظارت روی این فرآیند، به واسطه عوامل انگیزشی مختلف صورت می گیرد.

یک ماشین مجازی، کامپیوتری است که روی بلاکچین اجرا می شود و به چندین اسمارت کانترکت اجازه می دهد که با یکدیگر تعامل داشته باشند. به بیانی ساده، قرارداد هوشمند یک توافقنامه است که توسط کدها نوشته شده و زبان برنامه نویسی آن نیز مطابق شبکه این قرارداد است. برای این که بتوانیم قراردادهای هوشمند را روی بلاکچین های مختلف اجرا کنیم، ماشین های مجازی باید قراردادهایی که با یک زبان برنامه نویسی واحد نوشته شده اند را اجرا کنند.

فرض کنید که یک توسعه دهنده Dapp هستید و یک برنامه روی یک بلاکچین (Blockchain) عمومی راه اندازی کرده اید و اکنون می خواهید Dapp خود را به دیگر شبکه ها نیز گسترش دهید تا فرصت های بیشتری برای جذب کاربران بیابید؛ اینجاست که ماشین های مجازی وارد می شوند. VM ها به توسعه دهندگان کمک می کنند تا به سرعت برنامه های غیرمتمرکز خود را روی شبکه های مختلف توسعه دهند.

برای درک بهتر مفهوم ماشین مجازی اتریوم، بهتر است درباره نحوه کار برنامه های کامپیوتری صحبت کنیم. تمام این برنامه ها به یک زبان برنامه نویسی نظیر جاوا یا ++C نوشته می شوند. با این حال، از آنجایی که CPU ها قادر به خواندن زبان جاوا یا ++C نیستند، این کدها کامپایل و به بایت کد (Bytecode) ترجمه می شوند.

اتریوم یک ماشین فیزیکی نیست، اما یک شبکه جهانی توزیع شده به همراه چندین ماشین های فیزیکی (CPU) است که به صورت همزمان کار می کنند. با این حال، EVM به عنوان یک CPU مجازی یا ماشین مجازی در حال اجرا داخل برنامه GO Ethereum یا “Geth” عمل می کند.

مشابه دیگر برنامه های نرم افزاری، توسعه دهندگان اتریوم نیز با استفاده از یک زبان برنامه نویسی خاص به ساخت دی اپ (DApps) یا قرارداد هوشمند می پردازند. فقط اینکه همانطور که گفتیم به جای جاوا یا ++C، زبان برنامه نویسی اتریوم سالیدیتی نام دارد. با اجرای یک اسمارت کانترکت، هر نود یک کپی از آن را دریافت، بایت کد آن را اجرا و این کد را به هرکسی که استقرار قرارداد آن را فرا خوانده است، می دهد که در نهایت، باعث تغییر وضعیت می شود. این یعنی وضعیت فعلی بلاکچین تغییر می یابد، که البته تنها در صورت اجماع تمام نودها قابل دستیابی است. به همین خاطر، معمولا به EVM ماشین وضعیت توزیع شده نیز می گویند. این ماشین با تغییر هر تراکنش وضعیت بلاکچین را ردیابی می کند.

بیت تورنت (BitTorrent) اولین اپلیکیشن غیرمتمرکز در دنیاست. برم کوهن (Bram Cohen) اولین پروتکل به اشتراک گذاری فایل را در سال ۲۰۰۱ طراحی کرد و علی رغم تلاش های فراوان برای نابودی آن، بیت تورنت هنوز به کار خود ادامه می دهد. برای از کار انداختن واقعی بیت تورنت، هر کامپیوتر در هر کجای جهان باید خاموش شود. در واقع بیت تورنت یک ماشین مجازی بدون محدودیت های فیزیکی است. همین امر برای ماشین مجازی اتریوم نیز صادق است. EVM نیاز به سخت افزارهای فوق قدرتمند را از بین برده و پلتفرمی ایده آل برای آغاز برنامه نویسی است. با این حال، داشتن دانش درباره مفاهیم بایت، استک و بلاکچین نظیر تابع هش، گواه اثبات کار (PoW) و گواه اثبات سهام (PoS) به درک عمیق تر کدهای سازگار با EVM کمک می کند.

اگر تجربه استفاده از بیت تورنت را داشته باشید و یک آهنگ، فیلم یا نرم افزار را دانلود کرده باشید، حتما می دانید که یک شبکه غیر متمرکز چگونه کار می کند. حتی قدرتمندترین مقامات جهان هم قادر به حذف آن نیستند، چراکه چنین کاری به قطع تمام کامپیوترهای متصل به شبکه نیاز دارد.

یکی از بهترین راه های مقیاس پذیری یک شبکه غیرمتمرکز، استفاده از ماشین های مجازی (EV) است. این ماشین های مجازی با فعالیت به عنوان یک لایه واصل بین ماشین های کدهای اجراکننده شان، قادر به اجرا روی سخت افزارها و سیستم عامل های مختلف از هر جای جهان هستند.

ماشین های مجازی نظیر EVM، مشابه ماشین های فیزیکی دارای CPU، حافظه و انبار ذخیره سازی عمل می کنند، اما هیچ عملکرد دیگری به جز اجرای کد ندارند. از نظر تئوری، هر کسی قادر به اجرای یک ماشین مجازی است که انعطاف و قابلیت حمل لازم برای شبکه های غیر متمرکز را به آن می دهد. ماشین مجازی اتریوم نیز از شبکه ای از نودهای غیرمتمرکز برای اجرای اسمارت کانترکت ها استفاده می کند. ماشین مجازی اتریوم (Ethereum Virtual Machine) یک استک مجازی پویا و سندباکس شده درون هر نود اتریوم برای اجرای بایت کد قرارداد هوشمند سازگار با EVM است.

برای درک ماشین های مجازی اتریوم و وظیفه شان در حوزه هایی مانند وام دهی دیفای، باید به یاد داشته باشید که قرارداد هوشمند به زبان سالیدیتی و دیگر زبان های سطح بالا نوشته شده و سپس به بایت کد ترجمه و نهایتا در EVM کامپایل می شوند. این یعنی کدهای ماشین از فایل سیستم، پردازش ها و شبکه کامپیوتر میزبان مجزاست.

در این حالت، هر نود در شبکه اتریوم باید برای اجرای دستورالعمل های مشابه با نود بعدی به توافق برسد. این امر ماشین مجازی اتریوم را به یک تورینگ کامل (Turing Complete) تبدیل می کند که قابلیت اجرای گام های منطقی برای عملکردهای محاسباتی را برای آن فراهم می سازد. حالا برای هر دستورالعمل پیاده سازی شده توسط ماشین مجازی اتریوم، هزینه ای به آن تخصیص داده می شود که اجازه پیگیری هزینه های اجرا را به این سیستم می دهد. هزینه انجام تراکنش های رمز ارزی در EVM و اجرای دیگر دستورالعمل ها، به صورت واحدهای سازگار با این ماشین مجازی به نام گس (Gas) اندازه گیری می شود.

بنابراین، با فراهم آوری یک اقتصاد مبتنی بر هزینه های دستورالعمل های اجرا شده به جای تراکنش های مالی اجرایی، مشابه بیت کوین، یک کامل بودن تورینگ (Turing Completeness) حاصل می شود. این مفهوم یعنی ماشین مجازی اتریوم (Ethereum Virtual Machine) یک کامپیوتر بزرگ همتا به همتای متصل از کامپیوترها در سراسر جهان است که می تواند قراردادهای هوشمند، رویدادهای جمع آوری سرمایه جمعی P2P، به اشتراک گذاری فایل و موارد بسیار دیگر را بسازد.

هنگام پاسخ دادن به سوال ماشین مجازی اتریوم چیست، با عبارتی تحت عنوان تورینگ کامل (Turing Complete) مواجه می شویم. ماشین مجازی اتریوم نیز یک تورینگ کامل است.

تورینگ کامل به ماشینی اشاره دارد که با داشتن زمان و حافظه کافی همراه با دستورالعمل های لازم، می تواند هر مشکل محاسباتی را (صرف نظر از اینکه چقدر پیچیده باشد) حل کند. حتی ماشین حساب های مهندسی که قابلیت برنامه ریزی دارند نیز نوعی ماشین تورینگ محسوب می شوند.

فرض کنید برنامه ای وجود دارد که ۱۰ عدد را بر می دارد و آن ها را با هم جمع می کند. یک ماشین تورینگ کامل به راحتی می تواند این برنامه را اجرا کند؛ اما فرض کنید که به هر دلیلی، این ماشین نتواند برنامه را اجرا کند یا به صورت چرخه (Loop) محاسبات را انجام دهد. به این ماشین ها تورینگ ناقص (Turing Incomplete) می گویند.

زبان های برنامه نویسی نیز نوعی سیستم تورینگ هستند و بیشتر زبان های مدرن مثل جاوا، جاوا اسکریپت، Perl، پایتون، سالیدیتی و غیره تورینگ کامل هستند؛ زیرا می توان با آن ها برنامه هایی نوشت که محاسبات مختلفی را انجام دهند. حتی این سیستم ها می توانند داده ها را در حافظه خود ذخیره کنند و درباره نحوه محاسبه تصمیم بگیرند.

طرح کلی این مفهوم توسط دانشمند کامپیوتری به نام آلن تورینگ (Alan Turing‌) ارائه شد. او ایده هایی حول محور شیوه تفکر و عملکرد یک کامپیوتر فرضی یا “ماشین فکر” را توسعه داد. آلن اینگونه استدلال می کرد که رایانه ها همانند انسان ها افکار را پردازش نمی کنند؛ بلکه برای حل مشکلات، از مجموعه ای از قوانین و دستورالعمل هایی که برای آن ها تعریف شده، استفاده می کنند.

زبان برنامه نویسی بیت کوین تورینگ ناقص است و افزایش پیچیدگی به طور بالقوه مشکلاتی را برای این شبکه ایجاد می کند. البته این موضوع به نفع این شبکه است؛ زیرا با ساده نگه داشتن آن، توسعه دهندگان می توانند با دقت بالایی نحوه واکنش بیت کوین را پیش بینی کنند (منظور محاسباتی است که برای یافتن عدد نانس (Nounce) انجام می شود.

شبکه اتریوم یک سیستم تورینگ کامل است؛ زیرا می تواند قراردادهای هوشمند را اجرا کند. این شبکه می تواند توافق نامه هایی که در آینده نیز ممکن است انجام شوند را درک و اجرا کند؛ حتی آن هایی که تاکنون اجرا نشده اند.

به بیانی دیگر، تورینگ کامل بودن اتریوم، بدین معنی است که این شبکه می تواند از کدبیس (منبع کدها) خود استفاده کند و هرگونه وظیفه ای را (در صورتی که زمان، قدرت محاسباتی و دستورالعمل های صحیح را داشته باشد) انجام دهد.

مفاهیم ماشین مجازی و تورینگ کامل برای درک EVM بسیار بنیادین هستند؛ زیرا اصول اولیه مفهوم و معماری آن را تشکیل می دهند. جالب است بدانید که سایر فعالان این حوزه توانستند از ایده کلی “فیزیکی‌” تورینگ در مورد پردازش ماشین، به یک همتای “مجازی” از این ماشین دست پیدا کنند که اصول عملیاتی یکسانی را به همراه دارد.

در حال حاضر، ماشین مجازی EVM قادر به اجرای تقریبا ۱۵۰ اپی کد (Operation Code) مختلف است. اما اپی کد (Opcode) دقیقا چیست و چرا در درک ماشین های مجازی اتریوم اهمیت دارد؟

علت تورینگ کامل نامیدن EVM بیشتر به خاطر توانایی آن در اجرای دستورالعمل های سطح ماشین معروف به اپی کد (Opcode) است. هر کد دستور سازگار با EVM در تکمیل وظایف خاص مربوط به قراردادهای هوشمند یا تراکنش های رمز ارزی آن به این ماشین مجازی کمک می کند. با این حال، از اپی کدها برای طیف متنوعی از عملیات، از ثبت داده و وظایف محاسباتی گرفته تا حافظه و بازیابی اطلاعات بلاک، استفاده می شود.

با این وجود، کدهای دستور مستقیما درون خود ماشین مجازی اتریوم نوشته نمی شوند، بلکه به خاطر توانایی شان در فراهم آوری قابلیت ساخت و تعامل آسان با قراردادهای هوشمند، از زبان سالیدیتی برای نگارش آن ها استفاده می شود. با این حال، این زبان اختصاصی برای فهم EVM باید به اپی کدها (Opcode) تبدیل شود. نهایتا به هر کد دستور یک بایت تخصیص داده می شود. این یعنی حداکثر می توان از ۲۵۶ اپی کد (Opcode) استفاده کرد.

اتریوم ۲ نوع اکانت دارد: حساب های تحت مالکیت خارجی (Externally Owned Accounts یا به اختصار EOA) و حساب های قرارداد (Contract Accounts). هر دوی این حساب ها به طور مساوی و همانند یکدیگر، تحت پوشش EVM رفتار و عمل می کنند.

EOA ها ترکیبی از کلیدهای خصوصی و کلیدهای عمومی هستند و برای ارسال و دریافت کوین های اتر (ETH) از/ به یک اکانت دیگر و ارسال تراکنش ها به قراردادهای هوشمند استفاده می شوند.

حساب های قرارداد کلید خصوصی متناظر با خود را ندارند. این حساب ها زمانی ایجاد می شوند که شما قرارداد خود را روی بلاکچین سوار کنید. برخی از اصلی ترین ویژگی های این اکانت ها این موارد هستند.

• می توانید درست مانند حساب های EOA ارسال و دریافت اتر داشته باشید.
• این حساب ها بر خلاف EOA ها کد مخصوص به خود را دارند. 
• تراکنش ها توسط یک قرارداد دیگر یا EOA انجام می شوند. 

قراردادی که در کدهای قرارداد هوشمند نوشته شده، به بایت کد (ByteCode) تبدیل می شود. بیشتر کدهای منبع این قراردادها با زبان برنامه نویسی سالیدیتی نوشته می شوند. سپس این کدها به اپی کدهایی (OpCode) برای ماشین مجازی ترجمه می شوند، تا بتواند آن ها را اجرا کند.

اتریوم در ابعاد بزرگتری نسبت به تصور ما به فعالیت خود ادامه می دهد. این پروتکل به یک دفتر کل توزیع شده (DLT) محدود نمی شود و رویداد‌های بسیار پیچیده تری در این بستر انجام می شوند. وب سایت اصلی اتریوم این شبکه را تحت عنوان یک ماشین حالت توزیع شده‌ (Distributed State Machine) وصف می کند. شبکه اتریوم تنها داده های حساب های کاربری یا وجوه نقد را نگهداری نمی کند‌؛ بلکه حالت کلی یک ماشین را نگهداری کرده و وضعیت آن لحظه ماشین را ذخیره سازی می کند.

حالت ماشین این شبکه در هر یک از بلاک ها متفاوت است‌؛ زیرا این ماشین به واسطه هر یک از مجموعه برنامه هایی که بر اساس قوانین معین و خاصی تنظیم شده اند، تغییر حالت پیدا می کند. چه چیزی تعیین کننده این تغییرات حالت مبتنی بر قوانین خاص است؟ پاسخ این سوال ماشین مجازی اتریوم (Ethereum Virtual Machine) است.

بلاکچین اتریوم همچنین از قرارداد‌های هوشمندی استفاده می کند، تا بتوانیم با ماشین مجازی اتریوم (EVM) تعامل داشته باشیم. این اسمارت کانترکت ها در واقع برنامه هایی هستند که انواع متنوع توافقات بین انسان ها را پوشش داده و یا حداقل آن ها را شبیه سازی می کنند. تمامی این موضوعات، از دلایل اصلی پیچیدگی بالای اتریوم در مقایسه با بیت کوین (Bitcoin) هستند.

به زبان ساده تر، ماشین مجازی اتریوم (EVM) یک موتور پردازش و پلتفرم نرم افزاری است که مشابه یک کامپیوتر غیر متمرکز کار می کند. از دیفای و برنامه های کریپتویی EVM گرفته تا بازی ها و بازارچه هایی نظیر اوپن سی (OpenSea)، توسعه دهندگان از ماشین مجازی اتریوم برای ساخت اپلیکیشن های غیر متمرکز مبتنی بر اتریوم و زبان برنامه نویسی مخصوص آن یعنی سالیدیتی استفاده می کنند.

مهمتر اینکه EVM بخشی از شبکه اتریوم مسئول در اجرا و استقرار قراردادهای هوشمند است. اینجا همان جایی است که اسمارت کانترکت ها و میلیون ها دی اپ مبتنی بر اتریوم زندگی می کنند. بلاکچین اتریوم را شبیه به یک ساختار همتا به همتا از نودهای مجزای مختلف در نظر بگیرید. در اینجا، هر نود به نود بعدی متصل می شود که وظیفه تامین امنیت و ثبات کل اکوسیستم را برای آن ها به بار می آورد. بنابراین هر نود برای این اتصال و حفظ اجماع در کل بلاکچین اتریوم، از ماشین مجازی EVM استفاده می کند.

با وجود اینکه اتریوم از ساختار پیچیده ای استفاده می کند‌، زبان برنامه نویسی آن پیچیده نیست. تیم سازنده این پروژه برای جذب مشارکت کنندگان بیشتر به این بستر، تصمیم گرفتند تا زبان برنامه نویسی سازگار‌تر و کاربرپسندتری را مورد استفاده قرار دهند، که یادگیری آن آسان باشد. زبان برنامه نویسی سالیدیتی (Solidity) که قرارداد‌های هوشمند و برنامه های غیرمتمرکز اتریوم توسط آن نوشته شده اند، به صورتی طراحی شده که کار با آن راحت باشد.

در واقع سالیدیتی الگوی ارتباطات بین انسان ها را شبیه سازی می کند. بنابراین‌، شما می توانید با استفاده از این زبان کدنویسی، دستورات خود را به ماشین مجازی انتقال (EVM) دهید.

هنگامی می توان گفت یک برنامه قطعی است، که خروجی یکسانی (در صورت ارائه مجموعه ورودی یکسان) داشته باشد، یعنی هر بار که ورودی یکسان به آن داده می شود، خروجی نیز یکسان باشد. مهم نیست چند بار این کد اجرا شود؛ همواره نتایج یکسانی از اجرای این کد حاصل خواهد شد. این امر از اهمیت بالایی برخوردار است، زیرا ممکن است برنامه های غیرمتمرکز (DApp‌s) بستر اتریوم، تراکنش های امور مالی ای را مدیریت کنند که شامل مقادیر زیادی پول باشند. بنابراین‌، دانستن شیوه عملکرد این کد در هر مرحله اجرا بسیار مهم است.

یکی دیگر از خصوصیات مهم قرارداد‌های هوشمند، این است که در محیط های ایزوله و مجزا اجرا می شوند. دستیابی به این سطح از ایزوله بودن به واسطه دو سیستم حاصل می شود.

• ماشین های مجازی (VM)
• محفظه های داکر (Docker)

از آنجایی که طراحی قرارداد بر بستر داکر از قابلیت قطعی بودن برخوردار نیست‌، اتریوم ماشین های مجازی را برای فراهم سازی این قابلیت مورد استفاده قرار داده است. ایزوله بودن به این دلیل بسیار مهم است، که سیستم ها بتوانند بحران های هک و باگ های موجود در قرارداد هوشمند را پوشش دهند و جلوی این اتفاقات ناگوار را بگیرند.

همانطور که پیش از این گفتیم، ماشین مجازی اتریوم (Ethereum Virtual Machine) یک تورینگ کامل (Turing Complete) است و این بدان معناست که قرارداد‌های هوشمند این بستر می توانند هرگونه مشکلی را (حداقل به صورت تئوری) حل کنند. با این حال‌، هیچ راهی وجود ندارد تا مطمئن شویم که آیا چنین قرارداد‌های هوشمند‌ی می توانند عملیات مورد نظر را در بازه زمانی معین به پایان برسانند یا خیر؛ بنابراین‌ لازم است که مکانیزم نهایی سازی یا پایان دهنده ای را برای ایجاد چنین محدودیت هایی مورد استفاده قرار دهیم.

در بستر اتریوم، مفهومی به نام گس (Gas) وجود دارد که برای تراکم شبکه مورد استفاده قرار می گیرد (هرچه مقدار گس بیشتر باشد، یعنی شبکه شلوغ تر است). همچنین گس یکی از مکانیزم های انگیزشی مورد استفاده در این شبکه نیز محسوب می شود و برای ایجاد اولویت در انجام تراکنش ها کاربرد دارد (هرچه مقدار گس بالاتر باشد، تراکنش زودتر تایید می شود).

محدوده گس قبل از ارسال تراکنش تعیین می شود. این محدودیت ها به عنوان دستورالعمل برای ماشین مجازی اتریوم تعیین می شوند و EVM به راحتی می تواند تصمیم بگیرد که عملیات را متوقف کند و یا روند پردازش را پایان دهد.

تراکنش ها نمونه ای از داده های دائمی محسوب می شوند. به محض اینکه یک تراکنش به حالت تایید برسد‌، در درون ساختار داده درختی ذخیره سازی می شود و هیچگاه تغییر نمی کند.

میزان موجودی آدرس حساب کاربری نمونه ای از داده موقت است. میزان موجودی نگهداری شده در یک آدرس حساب کاربری، در بخش حالت درختی ذخیره سازی می شود و هنگامی که تراکنش ها توسط فرستنده ارسال می شوند و یا تراکنشی را دریافت می کنند، دچار تغییر می شوند. داده های دائمی و موقت به صورت جداگانه ذخیره سازی می شوند.

شیوه ثبت سوابق اتریوم شباهت زیادی با بانک دارد؛ ممکن است فردی به صورت آنالوگ و به دور از دنیای دیجیتال، از یک کارت اعتباری استفاده کند. بانک ها میزان موجودی هر کارت‌ را در زمان درخواست برای خرج کردن پول را ردیابی می کنند. بانک سوابق خود را مورد بررسی قرار می دهد، تا از این موضوع اطمینان حاصل کند که حساب کاربر مورد نظر پیش از تایید تراکنش از میزان موجودی کافی برخوردار باشد.

شبکه اتریوم نیز به همین شکل عمل می کند؛ قبل از ارسال تراکنش، موجودی آدرس بررسی می شود و اگر موجودی کافی نباشد، اجازه ارسال داده نمی شود.

• EVM به همه افراد اجازه می دهد تا بتوانند برنامه غیرمتمرکز مورد نظر خود را بسازند. موارد کاربردی بی شماری برای این نوع نرم افزار وجود دارد و این تکنولوژی به گروه خاصی از مردم و یا افراد ثروتمندی که روابط و ارتباطات خاص دارند، محدود نمی شود.
• مزایا و دستاورد‌های زیادی از قرارداد‌های هوشمند حاصل می شوند. به عنوان نمونه ای از کاربرد‌های این کانترکت ها، می توان به توکن های غیر مثلی (NFT‌) اشاره کرد. همه افراد می توانند به واسطه ساخت توکن NFT، به خلق آثار هنری دیجیتال و فروش آن ها در بازار غیرمتمرکز بپردازند. 

• شبکه EVM به صورت کامل غیرمتمرکز نیست و اکثریت نود‌های اتریوم روی سرور‌های ابری متمرکز مانند آمازون و خدمات مبتنی بر وب میزبانی می شوند. اگر صاحبان چنین خدماتی به این نتیجه برسند که به هر دلیلی به اتریوم علاقه ای ندارند‌، این نود‌ها به راحتی از کار می افتند و این امر به آسیب دیدن و یا از بین رفتن شبکه منجر می شود. این امر در گذشته و در رابطه با برخی از برنامه های رسانه اجتماعی اتفاق افتاده است.
• استفاده از ماشین مجازی اتریوم نیازمند دانش فنی است. افرادی که با زبان برنامه نویسی سالیدیتی آشنایی ندارند، نمی توانند از EVM بهره زیادی ببرند. البته رابط های کاربری سازگارتر با این کاربران وجود دارند، که هنوز در دست توسعه هستند. به عنوان مثال می توان دوباره به NFT‌ ها اشاره کرد. لازم به ذکر است‌ که برنامه هایی وجود دارند، که دارای رابط های کاربری گرافیکی (GUI‌) هستند که به صورت تقریبی به تمامی کاربران این امکان را می دهند که NFT بسازند و از بازار‌های مربوط به آن استفاده کنند.
•  در زمان ازدحام شبکه‌ اتریوم، میزان گس فی تا میزان زیادی افزایش پیدا می کند. این امر می تواند به منزله نقطه ضعف بزرگی برای کاربران این شبکه محسوب شود. ممکن است در زمان ازدحام شبکه‌، آسیب زیادی به افرادی که تراکنش های بزرگ انجام می دهند نرسد؛ اما این امکان وجود دارد که سایر افرادی که تراکنش های کوچک را به انجام می رسانند (یعنی اکثریت کاربران)، برای مدتی نتوانند از شبکه استفاده کنند. این رویداد به صورت ویژه ای برنامه های غیرمتمرکز را تحت تاثیر قرار می دهد. از آنجایی که کاربران در هنگام استفاده از Dapp ها از قرارداد‌های هوشمند استفاده می کنند و تراکنش های زیادی را به انجام می رسانند‌، در طول بازه زمانی ازدحام شبکه، این امکان وجود دارد که کل فرایند استفاده از دپ دچار اختلال و کند شده یا حتی متوقف شود.

این پروتکل در سال های اخیر نقش اساسی در صنعت بلاکچین و رمز ارزها داشته است و کمک کرده تا هزاران برنامه غیر متمرکز (DApps) در یک پلتفرم به صورت استاندارد توسعه یابند. استاندارد ERC-20 به توسعه دهندگان و شرکت ها اجازه می دهد تا پروژه های خود را توکنیزه کرده و از طریق عرضه اولیه کوین (ICO) یا عرضه اولیه صرافی (IEO) جذب سرمایه کنند.

توکن های ERC-20 به محض ساخت، به صورت خودکار با سرویس ها و نرم‌ فزارهای پشتیبان استاندارد ERC-20 (مانند والت های نرم افزاری، سخت افزاری، صرافی ها و دیگر موارد) قابل برقراری تعامل هستند. توکن ها در بستر بلاکچین اتریوم، دارایی هایی هستند که ارزش دارند. آن ها همانند بیت کوین (BTC)، لایت کوین (LTC) و اتریوم (ETH) ارسال و دریافت می شوند.

بسیاری از پروژه های اتریومی و برنامه های غیر متمرکز به کاربران خود توکن ERC-20 می دهند که منحصرا برای انتقال راحت بین آدرس ها و حفظ ارزش یکسان در کل شبکه طراحی شده اند. توکن های با استاندارد ERC-20 توسط قراردادهای هوشمند مطیع ساختارهای داده تعریف شده، ساخته می شوند. این ساختار داده مسئول نام گذاری، توزیع و نظارت بر توکن مربوطه است.

البته این ارزها کاربردی بیشتر از صرفا ماشین مجازی اتریوم دارند. مثلا، Nexus Mutual که ارائه دهنده بیمه برای اسمارت کانترکت هاست، برای فراهم آوری توانایی ادعای خسارت و پوشش خرید، از توکن NXM مبتنی بر استاندارد ERC-20 استفاده می کند.

نمونه دیگر، پروژه لایوپیر (Livepeer) است. با اینکه لایوپیر شناخته شده ترین پروژه در مبحث EVM ها نیست، اما این شبکه استریم ویدیو غیر متمرکز از توکن ERC-20 خود به نام LPT برای پاداش دهی به کاربران تامین کننده منابع شبکه بهره می برد. این ها تنها نمونه های کوچکی از طیف گسترده اپلیکیشن های غیرمتمرکز هستند که به مدیریت توکن های ERC-20 می پردازند.

صرافی غیر متمرکز (Decentralized Exchange) نیز از طریق قراردادهای هوشمند امکان تبادل توکن های ERC-20 را فراهم می کنند. این اسمارت کانترکت ها به کاربران اجازه می دهند تا با ورود به استخرهای نقدینگی، بدون دخالت اشخاص ثالث به مبادله رمز ارزها بپردازند که در واقع آن ها را به یک بازارساز خودکار (AMM) تبدیل می کند. یونی سواپ (UniSwap)، سوشی سواپ (SushiSwap) و بسیاری دیگر از صرافی های غیرمتمرکز در واقع برنامه هایی هستند که از مدل بازارساز خودکار (AMM) برای مبادلات استفاده می کند. کاربران می توانند در این دکس (DEX) به معامله کوین اتر (ETH) و توکن های ERC-20 بپردازند و همچنین از تامین نقدینگی در استخر های آن، به کسب درآمد بپردازند.

یکی دیگر از استانداردهای محبوب، ERC-721 است. از قراردادهای هوشمند اینگونه رمز ارزها برای مینت توکن غیر مثلی یا همان ان اف تی (NFT) استفاده می شود که دارای ارزش منحصر به فرد هستند.

امروزه، یک کد توانایی دموکراتیک کردن دسترسی مجازی به بازارهای هنری را دارد. پروژه های گیمینگ نظیر گادز آنچیند (Gods Unchained) و اکسی اینفینیتی (Axie Infinity) نیز از این توکن ها برای آیتم ها و کالکتیبل های درون بازی خود استفاده می کنند.

آداسواپ (AdaSwap) یک صرافی غیرمتمرکز مبتنی بر شبکه کاردانو (CARDANO) به همراه یک بازار ساز خودکار است. اخیرا، این پروژه از همکاری خود به میلکومدا (Milkomeda) خبر داده بود.

میلکومدا با استفاده از راهکار لایه دو (Layer 2) برای ساخت یک زنجیره جانبی یا همان سایدچین (SideChain)، به بلاک چینی های ناسازگار با ماشین مجازی اتریوم (EVM) نظیر کاردانو اجازه می دهد تا با آن سازگار شوند. با استفاده از این ساید چین، کاربران نیز قادر به انتقال دارایی ها و استفاده از دی اپ های کاردانو روی اتریوم و بالعکس هستند. آداسواپ و میلکومدا هر دو از این همکاری برای ادغام و یکپارچگی ماشین مجازی اتریوم (Ethereum Virtual Machine) درون اکوسیستم کاردانو بهره می برند.

ماشین مجازی EVM توسط یک سازمان خودمختار غیر متمرکز (Decentralized Autonomous Organization) دائو (DAO) مدیریت می شود. دائو یک نهاد با محوریت عمومی است، که مانند شبکه بیت کوین (Bitcoin) توسط یک گروه متمرکز مدیریت نمی شود. این سازمان ها به صورت کاملا خود مختار و شفاف فعالیت می کنند؛ به عبارت ساده تر قوانین در آن ها بر اساس قراردادهای هوشمند (Smart Contracts) و طبق توافقات صورت گرفته اجرایی می شود و کد‌های برنامه نویسی شده آن ها توسط تمامی افراد قابل مشاهده و اصلاح است.

DAO ها به دلیل متن باز و غیرمتمرکز بودن و همچنین توانایی آن ها در کار با قراردادهای هوشمند، محبوب هستند.

نهایتا، دائوها کاملا توسط اعضای منفردی مدیریت می شوند که به صورت جمعی به تصمیم گیری روی پروژه می پردازند. از آنجایی که قوانین دارای شفافیت، قابلیت اعتبارسنجی و در دسترس عموم هستند، هر عضو نیز قادر به درک نحوه عملکرد پروتکل است.

ماشین مجازی پارا استیت برای مقیاس پذیری دی اپ ها در اتریوم از مشکل ریشه ای آن یعنی “اجرای اسمارت کانترکت ها” کار را آغاز کرده و با بهبود زمان اجرای این جزء کلیدی در هر برنامه غیر متمرکزی، مشکلات ذاتی EVM را از بین می برد.

ماژولی به نام SSVM-Ewasm Substrate در این ماشین مجازی به توسعه دهندگان اجازه می دهد تا اپلیکیشن های غیرمتمرکزی را بسازند که قادر به پیاده سازی و اجرای قراردادهای هوشمند اتریوم در اکوسیستم پولکادات (Polkadot) هستند تا کاربران از مزیت کارمزدهای پایین و سرعت بالای تراکنش ها بهره مند شوند.

ماژول SSVM یک ماشین مجازی تحت استاندارد Ethereum-flavored WebAssembly یا به طور خلاصه EWASM، یک جزء کلیدی زیرساخت برای بلاکچین های عمومی است. تمامی اپلیکیشن ها فعلی و آتی اتریوم نیز قادر به اجرا روی ماشین مجازی Ewasm پارا استیت هستند. به عبارت دیگر، توسعه دهندگان  ی‌توانند اسمارت کانترکت های سازگار با اتریوم را نوشته و آن ها را روی یک سیستم ساب استریت هم تعاملی پرسرعت و مقیاس پذیر اجرا کنند.

بنابراین توسعه دهندگان با پیاده سازی WebAssembly به عنوان راه حل محوری فناوری خود، قادر به نگارش کدها به بیش از ۲۰ زبان برنامه نویسی از جمله پراستفاده ترین زبان ها برای پیاده سازی نسل سوم وب (Web 3.0) هستند.

روت استاک (Rootstock) یا به طور خلاصه RSK که روی بلاکچین بیت کوین ساخته شده است، به توسعه دهندگان اجازه می دهد تا کدهای قرارداد هوشمند خود برای دی اپ ها را روی اتریوم بنویسند.

ماشین مجازی RSK مسئول فعال سازی عملکرد اسمارت کانترکت هاست و سازگاری بالایی با EVM یعنی ماشین مجازی اتریوم دارد. این ماشین مجازی یک تورینگ کامل است و به طور متوسط تراکنش های قراردادهای هوشمند را زیر ۳۰ ثانیه تایید می کند.

به لطف سازگاری RSK با EVM، امکان انتقال قراردادهای هوشمند اتریوم به RSK با کمترین زحمت برای بهره مندی از قابلیت های فنی این ماشین مجازی (تا ۳۰۰ تراکنش در ثانیه) و امنیت شبکه بیت کوین وجود دارد.

در آینده، RSK به دنبال پشتیبانی از ماشین های مجازی بیشتر با عملکرد بهتر مبتنی بر بایت کدهای جاوا یا Wasm است. با حضور این بهبودها، و موازی سازی عملیات، این ماشین مجازی جدید قادر به اجرای وظایف به صورت موازی و قالب کد سریع تر و بهینه تر و در نتیجه، بهبود مقیاس پذیری و امنیت است.

این پروژه (NEO) از سال ۲۰۱۷ تا کنون بر پشتیبانی از قراردادهای هوشمند و دی اپ های مرتبط با انتقال دارایی های دیجیتال و اعتبارسنجی هویت دیجیتال متمرکز بوده است. نئو ۳.۰ Neo (N3) آخرین به روز رسانی این شبکه برای اتصال دیجیتال هویت ها، قراردادها و دارایی ها از طریق مدل قیمت گذاری به روز و اوراکل های داخلی دارای پشتیبانی اسمارت کانترکت های جدید از طریق ماشین مجازی نئو است.

این ماشین مجازی به بهبودهایی تجهیز شده که عملکرد، کاربرد و قابلیت های توسعه در شبکه نئو را افزایش داده و باعث ساده سازی هرچه بیشتر معماری فنی و برخی از ویژگی های نوآورانه نظیر NeoFS و NeoID شده است.

ماشین مجازی نئو برای پشتیبانی از تعامل متقابل و دیگر زنجیره ها برای حل چالش های دنیای واقعی طراحی مجدد شد. از طریق NeoVM، قراردادهای هوشمند پشتیبانی توسعه کافی را برای مهندسان سازنده برنامه های غیرمتمرکز در اکوسیستم نئو فراهم کرده اند.

قرارداهای نئو به نام (NeoContract)، با استفاده از زبان های برنامه نویسی محبوب نظیر استانداردهای صنعت همچون پایتون، جاوا، ++C و جاوا اسکریپت، توانایی اجرا و مدیریت قراردادهای هوشمند را دارد. این یعنی تقریبا تمامی توسعه دهندگان قادر به استفاده از این سیستم هستند.

نئو وی ام (NeoVM) یک ماشین مجازی استک محور است. علاوه بر این، NeoVM اسمارت کانترکت ها را در فایل های بایت کد متحد الشکل NVM کامپایل می کند که سپس دی کد و توسط ماشین مجازی مربوطه اجرا می شوند. معماری ماشین مجازی نئو (NeoVM) را می توان در تصویر بالا مشاهده کرد.

در ماشین مجازی الگورند (Algorand)، قراردادهای هوشمند با‌ عنوان “Stateful” شناخته می شوند. این قراردادها حاوی منطقی هستند که قابلیت پیاده سازی و سپس فراخوانی از راه دور آن ها از هر نودی در بلاک چین الگوراند وجود دارد. Algorand virtual machine (AVM) سپس یک زبان مشترک به نام (Transaction Execution Approval Language) یا به طور خلاصه TEAL را ترجمه می کند. زبان TEAL را  می توانید مشابه شکر مصنوعی برای بایت کدهای AVM در نظر بگیرید.

قراردادهای هوشمند نیز به زبان سطح بالاتری نوشته و برای اجرا توسط لایه ۱ ماشین مجازی الگوراند، درون بایت کدها کامپایل می شوند. فریم ورک آسان برای این کار اتریوم است که در آن اسمارت کانترکت ها به زبان سالیدیتی نوشته و برای اجرا توسط ماشین مجازی EVM درون بایت کدها کامپایل می شوند.

نسخه پیشرفته AVM، یعنی آپدیت پروتکل لایه ۱ که جهت بهبود مقیاس پذیری برنامه های غیر متمرکز برای توسعه دهندگان و سازمان ها طراحی شده، اخیرا با هدف افزایش سرعت تراکنش ها عرضه شده است.

الگوراند امیدوار است تا با این ماشین مجازی جدید، توسعه دهندگان قادر به نگارش قراردادهای هوشمند به زبان پایتون یا ریچ (Reach)، زبانی ساده شبیه به جاوا اسکریپت، باشند.

از آنجایی که تعامل پذیری با ماشین مجازی اتریوم (Ethereum Virtual Machine) در اکوسیتم ماشین های مجازی امری ضروری است، ماشین مجازی الگوراند نیز امکان نگارش اسمارت کانترکت ها با زبان های تورینگ کامل را فراهم کرده است.