Was ist die virtuelle Ethereum-Maschine und wie funktioniert sie?

Ethereum ist vor allem aufgrund der Ethereum Virtual Machine (EVM) zur beliebtesten Smart-Contract-Plattform geworden. 

In der Blockchain-Technologie ist die EVM unverzichtbar, da sie alles von der Aufrechterhaltung intelligenter Verträge bis zur Ausführung dezentraler Apps übernimmt. 

Allerdings müssen noch viele Hindernisse überwunden werden, beispielsweise Skalierungsprobleme und Ineffizienzen bei der Gasversorgung. 

Dieser Artikel soll Ihnen helfen, die Vor- und Nachteile des EVM in der dynamischen Blockchain-Umgebung zu verstehen, indem er seine Architektur, die verfügbaren Tools und die bevorstehenden Update-Pläne analysiert.

Wichtige Erkenntnisse

• Die Ethereum Virtual Machine (EVM) ist für die Ausführung von Smart Contracts und dezentralen Anwendungen (dApps) auf der Ethereum-Blockchain unerlässlich.
• Das EVM wird in mehreren Blockchains wie Binance Smart Chain und Polygon weithin eingesetzt und ermöglicht so kettenübergreifende Kompatibilität.
• Layer-2-Lösungen wie Optimistic Rollups und zk-Rollups verwenden die EVM, um die Skalierbarkeit von Ethereum zu verbessern und die Gasgebühren zu senken.
• Das EVM weist Einschränkungen auf, darunter Gasineffizienzen und fehlende Parallelverarbeitung, die die Leistung beeinträchtigen können.
• Entwickler haben Zugriff auf eine Vielzahl von Tools, darunter Remix, Truffle und Hardhat, um Smart Contracts auf der EVM zu erstellen, zu testen und zu debuggen.
• EVM-Emulatoren und -Simulatoren wie Ganache ermöglichen es Entwicklern, Smart Contracts lokal zu testen, bevor sie sie im Hauptnetzwerk bereitstellen, wodurch Fehler und Kosten reduziert werden.

Was ist die Ethereum Virtual Machine (EVM)?

Quelle: Medium

Die Ethereum Virtual Machine (EVM) ist die zentrale Rechenmaschine hinter Ethereum und verantwortlich für die Ausführung von Smart Contracts und die Ausführung dezentraler Anwendungen (dApps) auf der Blockchain. 

Es fungiert als globaler, dezentraler Computer, auf dem jeder Code ohne Vertrauen bereitstellen und ausführen kann. 

Die EVM verarbeitet Anweisungen, die in höheren Programmiersprachen wie Solidity geschrieben sind, und übersetzt sie in Bytecode auf niedriger Ebene, den sie ausführen kann. 

Dieser Bytecode wird in der Ethereum-Blockchain gespeichert und auf jedem Knoten im Netzwerk ausgeführt, wodurch eine einheitliche Vertragsausführung im gesamten System gewährleistet wird.

Eines der Hauptmerkmale des EVM ist seine Fähigkeit, Smart Contracts zu verarbeiten – selbstausführende Vereinbarungen mit vordefinierten Regeln und Bedingungen. 

Diese Verträge werden in einer isolierten Umgebung auf der EVM ausgeführt, d. h. sie wirken sich nicht auf andere Teile des Systems aus und gewährleisten so Sicherheit und Zuverlässigkeit. 

Außerdem handelt es sich bei der EVM um eine stapelbasierte Architektur, die Befehle verarbeitet, indem sie Daten in einen Stapel schiebt und aus diesem herausnimmt. 

Dieser Rechenprozess wird durch ein Gassystem gesteuert, das von den Benutzern eine Zahlung für die Ausführung von Vorgängen verlangt, wodurch Missbrauch verhindert und eine effiziente Nutzung der Ressourcen sichergestellt wird.

Architektur der virtuellen Maschine von Ethereum

Die Ethereum Virtual Machine (EVM) arbeitet mit einer stapelbasierten Architektur, d. h. sie führt Anweisungen mithilfe einer als Stapel bezeichneten Datenstruktur aus. 

In diesem Modell verarbeitet die EVM Befehle, indem sie Werte in den Stapel schiebt und aus dem Stapel herausnimmt, wobei jedes Element 256 Bit groß ist. 

Der Stack ist für die Durchführung von Berechnungen unerlässlich, da die EVM nicht über allgemeine Register wie herkömmliche Computer verfügt. Stattdessen dient der Stack als temporärer Speicher für die Datenmanipulation während der Ausführung von Smart Contracts. 

Wenn Sie beispielsweise eine mathematische Operation wie eine Addition durchführen, schiebt die EVM die beiden Zahlen auf den Stapel, addiert sie und speichert das Ergebnis dann wieder auf dem Stapel.

Dieses stapelbasierte Design ermöglicht es dem EVM, bei der Ausführung von Smart-Contract-Anweisungen effizient und vorhersehbar zu sein. 

Es vereinfacht die Verwaltung temporärer Daten und reduziert die Komplexität im Vergleich zu registerbasierten Systemen. 

Der Stapel des EVM unterliegt jedoch Einschränkungen, beispielsweise einer festen Tiefe von 1024 Elementen. Dies bedeutet, dass übermäßig komplexe Vorgänge zu Stapelüberlauffehlern führen können, wenn diese Grenze überschritten wird.

Komponenten des EVM

Quelle: Researchgate

Die Ethereum Virtual Machine (EVM) besteht aus mehreren Schlüsselkomponenten, die zusammenarbeiten, um Smart Contracts auszuführen und dezentrale Anwendungen zu verwalten.

Codeausführung

In der Ethereum Virtual Machine (EVM) werden Smart Contracts in höheren Programmiersprachen wie Solidity geschrieben. Diese Verträge werden dann in Bytecode kompiliert, einen Low-Level-Code, den die EVM versteht. 

Dieser Bytecode wird in der Blockchain gespeichert und jedes Mal, wenn ein Vertrag aufgerufen wird, führt die EVM diesen Bytecode Schritt für Schritt aus.

Wenn ein Vertrag ausgeführt wird, führt die EVM jede Anweisung einzeln aus und übernimmt dabei die Logik wie Berechnungen, Datenspeicherung und Kommunikation mit anderen Verträgen. 

Wenn beispielsweise ein Vertrag zum Übertragen von Token von einem Benutzer auf einen anderen geschrieben wird, verarbeitet die EVM den Bytecode, um die Guthaben im Speicher des Vertrags zu aktualisieren. 

Dadurch wird sichergestellt, dass die Übertragung den Vertragsregeln entspricht und alle Knoten im Ethereum-Netzwerk zum gleichen Ergebnis gelangen.

Speicher- und Speichermodell

Das EVM verwendet zwei unterschiedliche Arten der Datenspeicherung: Erinnerung , Lagerung. 

Memory ist temporär und existiert nur während der Ausführung eines Smart Contracts. Es wird zum Speichern von Zwischendaten verwendet, z. B. Berechnungen oder Variablen, die vorübergehend benötigt werden. 

Wenn Sie beispielsweise zwei Zahlen in einem Vertrag addieren, kann das Ergebnis vor der weiteren Verarbeitung im Speicher abgelegt werden. Da der Speicher nach Abschluss der Transaktion gelöscht wird, ist er effizienter und kostengünstiger als die Speicherung.

Lagerung ist dauerhaft und speichert Daten auch nach Abschluss einer Transaktion. Der Speicher wird verwendet, um wichtige Informationen wie Token-Guthaben oder Vertragszustände zu speichern, die über einen längeren Zeitraum bestehen bleiben müssen. 

In einem Token-Vertrag wird beispielsweise der Kontostand jedes Benutzers hier gespeichert. Das Ändern von Daten im Speicher ist in Bezug auf Gas (die Gebühr für die Berechnung) teurer, daher versuchen Entwickler, den Speicher sparsam zu nutzen, um die Kosten zu optimieren.

Stapeln

Die EVM ist eine stapelbasierte Maschine, das heißt, sie verwendet eine Datenstruktur namens Stapel um den Betrieb zu verwalten. 

Der Stapel ist wie eine Liste, in der Daten nur von oben hinzugefügt oder entfernt werden können, nach dem „Last In, First Out“-Prinzip (LIFO). Jedes Element im Stapel ist 256 Bit groß, was der Wortgröße des EVM entspricht.

Wenn die EVM beispielsweise zwei Zahlen addieren muss, schiebt sie diese Zahlen auf den Stapel. 

Anschließend führt es die Addition durch, indem es die Elemente auslagert, verarbeitet und das Ergebnis zurück auf den Stapel legt. Der Stapel kann bis zu 1024 Elemente enthalten. Wird diese Grenze überschritten, schlägt die Transaktion fehl. 

Die Einfachheit des Stapels ermöglicht es dem EVM, Berechnungen effizient durchzuführen, bedeutet aber auch, dass übermäßig komplexe Vorgänge zu Fehlern führen können, wenn der Stapel voll ist.

Benzin und Gebühren

Gas ist ein grundlegender Bestandteil des EVM und gewährleistet die Effizienz und Sicherheit des Netzwerks. Jede auf dem EVM ausgeführte Operation erfordert eine bestimmte Menge Gas, die von den Benutzern in Ether (der nativen Kryptowährung von Ethereum) bezahlt werden muss. Gas dient als Gebühr für die Nutzung der Rechenressourcen des EVM und verhindert so Missbrauch und Spam.

Beispielsweise können einfache Operationen wie das Addieren zweier Zahlen 3 Gaseinheiten kosten, während komplexere Aufgaben wie das Schreiben von Daten in den Speicher viel teurer sind. 

Wenn einer Transaktion vor Abschluss das Gas ausgeht, schlägt sie fehl und alle vorgenommenen Änderungen werden rückgängig gemacht, das verbrauchte Gas wird jedoch nicht zurückerstattet. 

Dieses Gassystem ermutigt Entwickler, effizienten Code zu schreiben und verhindert, dass ineffiziente oder böswillige Vorgänge das Netzwerk überlasten.

EVM-Opcodes

Opcodes (Operationscodes) sind die grundlegenden Anweisungen, die das EVM versteht und ausführt. Jeder Opcode ist ein einfacher Befehl, der dem EVM mitteilt, welche Aktion ausgeführt werden soll, z. B. das Addieren von Zahlen, das Speichern von Daten oder das Springen zu einem anderen Teil des Codes. 

Es gibt über 140 Opcodes im EVM und jedem davon sind spezifische Gaskosten zugeordnet.

Beispielsweise:

• ADD: Nimmt zwei Zahlen vom Stapel, addiert sie und schiebt das Ergebnis zurück. Dies kostet 3 Gaseinheiten.
• SSTORE: Speichert Daten im Speicher des Vertrags. Dies ist einer der teuersten Vorgänge und kostet 20,000 Gaseinheiten.

Die EVM verarbeitet Smart Contracts und stellt durch die schrittweise Ausführung dieser Opcodes sicher, dass jede Anweisung im gesamten Ethereum-Netzwerk korrekt ausgeführt wird.

Anrufdaten

Aufrufdaten beziehen sich auf die Eingabedaten, die beim Aufruf eines Smart Contracts zusammen mit einer Transaktion gesendet werden. Sie enthalten Informationen über die auszuführende Funktion und alle von dieser Funktion benötigten Parameter. 

Wenn Sie beispielsweise Token mithilfe eines Smart Contracts übertragen, enthalten die Aufrufdaten den Funktionsnamen (z. B. privaten Transfer) und die Parameter (Adresse des Empfängers und zu überweisender Betrag).

Das EVM liest diese Anrufdaten, um zu verstehen, welche Funktion ausgeführt werden soll und wie die Transaktion abzuwickeln ist. 

Obwohl Anrufdaten Teil der Transaktion sind, fallen für das Lesen keine Gaskosten an. Wenn sie jedoch in die Transaktion einbezogen werden, fallen Gaskosten an, die auf ihrer Größe basieren.

Wortgröße im EVM

Das EVM arbeitet mit einem festen Wortgröße von 256 Bit (32 Byte). Das bedeutet, dass alle verarbeiteten Daten, egal ob Zahlen, Adressen oder Anweisungen, 256 Bit lang sind. 

Diese Designentscheidung steht im Einklang mit Ethereums Schwerpunkt auf kryptografischer Sicherheit, da die meisten kryptografischen Operationen (z. B. Hashing) die Verarbeitung großer Zahlen erfordern.

Wenn die EVM beispielsweise eine 32-Byte-Adresse verarbeitet oder das Ergebnis einer Transaktion berechnet, verwendet sie die 256-Bit-Wortgröße. 

Diese konsistente Wortgröße macht das EVM sicherer und effizienter bei der Handhabung der komplexen mathematischen Operationen, die für kryptografische Aufgaben erforderlich sind. 

Dies bedeutet jedoch auch, dass selbst kleinere Werte auf 256 Bit erweitert werden, was manchmal zu Ineffizienzen bei der Datenverarbeitung führen kann.

EVM-Ausführungsmodell

Quelle: Basisdokumente

Das EVM-Ausführungsmodell definiert die Regeln und Prozesse für die Ausführung der dezentralen Anwendungen und Smart Contracts von Ethereum auf der Blockchain.

Ethereum-Kontenmodell

Die Ethereum Virtual Machine (EVM) funktioniert mit zwei Arten von Konten: Externe Konten (EOAs) , Vertragskonten.

• Externe Konten (EOAs) werden durch private Schlüssel kontrolliert und stellen Benutzer im Netzwerk dar. Diese Konten können Ether senden und empfangen und Transaktionen initiieren.
• Vertragskontenenthalten dagegen Smart-Contract-Codes und können nur Aktionen ausführen, wenn sie durch einen EOA oder einen anderen Vertrag ausgelöst werden. Sie haben keine privaten Schlüssel, reagieren aber auf Aufrufe anderer Konten.

Wenn Sie beispielsweise Ether von Ihrer Wallet an einen Smart Contract senden, interagiert Ihr EOA mit dem Vertragskonto und löst dessen Code aus, um eine bestimmte Funktion auszuführen, z. B. das Übertragen von Token oder das Speichern von Daten.

Nachrichtenaufrufe und Transaktionen

Im EVM erfolgen Interaktionen zwischen Konten über Nachrichtenanrufe , Transaktionen.

• A Transaktion ist ein signiertes Datenpaket, das von einem EOA gesendet wird. Es kann Ether übertragen oder eine Funktion in einem Smart Contract aufrufen. Transaktionen werden an das Ethereum-Netzwerk gesendet und von Minern oder Validatoren verarbeitet.
• A Nachrichtenanruf tritt auf, wenn ein Vertrag mit einem anderen Vertrag oder einem EOA interagiert. Im Gegensatz zu Transaktionen sind Nachrichtenaufrufe intern und müssen nicht mit einem privaten Schlüssel signiert werden.

Wenn ein Benutzer beispielsweise eine Transaktion an einen dezentralen Austauschvertrag sendet, kann der Vertrag einen Nachrichtenaufruf an einen Token-Vertrag senden, um Token im Namen des Benutzers zu übertragen.

Gasmechanik in der Ausführung

Die EVM verwendet Gas um die Kosten für die Ausführung von Vorgängen zu verwalten und den Missbrauch des Netzwerks zu verhindern. Gas ist eine Einheit, die misst, wie viel Rechenarbeit eine Transaktion oder Vertragsausführung erfordert.

Jede Operation im EVM, von einfachen Berechnungen bis hin zur Datenspeicherung, hat feste Gaskosten. Vor der Ausführung einer Transaktion muss der Benutzer ein Gaslimit angeben, das die maximale Gasmenge festlegt, die er für diese Ausführung zu zahlen bereit ist. 

Wenn der Transaktion vor Abschluss das Gas ausgeht, schlägt sie fehl und alle Änderungen werden rückgängig gemacht, das verbrauchte Gas wird jedoch nicht zurückerstattet.

Beispielsweise kostet das Senden von Ether 21,000 Gaseinheiten, während das Speichern von Daten in einem Vertrag deutlich mehr kostet, möglicherweise über 20,000 Gaseinheiten.

EVM-Ausführungszyklus

Der EVM führt Transaktionen in einer strukturierten Abruf-Dekodier-AusführungszyklusDieser Prozess umfasst mehrere Schritte:

• Holen: Die EVM ruft die nächste Anweisung (Opcode) aus dem Bytecode des Vertrags ab.
• Dekodieren: Das EVM dekodiert die Anweisungen, damit Sie besser verstehen, welche Operation ausgeführt werden soll.
• Ausführen: Die EVM führt den Vorgang aus, z. B. eine mathematische Berechnung, einen Datenabruf oder einen Vertragsaufruf.

Dieser Zyklus wiederholt sich, bis alle Anweisungen verarbeitet sind oder der Transaktion das Gas ausgeht. Der Ausführungszyklus stellt sicher, dass jeder Knoten im Ethereum-Netzwerk dieselben Anweisungen verarbeitet und so der Konsens gewahrt bleibt.

Vertragslebenszyklus im EVM

Smart Contracts im EVM folgen einem bestimmten Lebenszyklus, von der Bereitstellung bis zur endgültigen Beendigung:

• von Vorabkalkulationen: Ein Vertrag wird durch Senden einer Transaktion bereitgestellt, die den Bytecode des Vertrags enthält. Nach der Bereitstellung erhält der Vertrag eine eindeutige Adresse im Ethereum-Netzwerk.
• Interaktion: Verträge werden durch Transaktionen oder Nachrichtenaufrufe ausgelöst. Nach der Auslösung führt die EVM den Code des Vertrags aus. Dies kann das Lesen oder Schreiben von Daten, das Aufrufen anderer Verträge oder die Überweisung von Geldern umfassen.
• Selbstzerstörung: Verträge können durch einen Anruf beim SELBSTZERSTÖRUNG Opcode. Dadurch wird der Vertrag aus der Blockchain entfernt und der verbleibende Ether an eine angegebene Adresse übertragen.

Beispielsweise kann ein Vertrag zur Verwaltung einer Crowdfunding-Kampagne nach Beendigung der Kampagne automatisch gelöscht werden, sodass er nicht erneut verwendet werden kann.

Programmiersprachen und die EVM

Die Ethereum Virtual Machine (EVM) unterstützt mehrere Programmiersprachen und ermöglicht Entwicklern das nahtlose Schreiben und Bereitstellen von Smart Contracts.

Solidität und das EVM

Quelle: Medium

Solidität ist die am weitesten verbreitete Programmiersprache zum Schreiben Smart Contracts auf Ethereum. Es handelt sich um eine hochrangige, statisch typisierte Sprache, die speziell für die Ethereum Virtual Machine (EVM) entwickelt wurde. 

Solidity ermöglicht es Entwicklern, Smart Contracts zu schreiben, die auf der Ethereum-Blockchain bereitgestellt werden können und mit anderen Verträgen oder extern verwalteten Konten (EOAs) interagieren. 

Der in Solidity geschriebene Code wird kompiliert in EVM-Bytecode, das ist der Maschinencode auf niedriger Ebene, den die EVM versteht und ausführt.

Beispielsweise würde ein grundlegender Solidity-Vertrag für die Übertragung von Token Funktionen wie Transfer() um die Bewegung von Token zwischen Benutzern zu handhaben. 

Wenn dieser Vertrag bereitgestellt wird, wird sein Solidity-Code in Bytecode kompiliert und die EVM führt diesen Bytecode aus, wenn der Vertrag aufgerufen wird. 

Solidity unterstützt eine Vielzahl von Datentypen und Kontrollstrukturen und ist somit flexibel für die Erstellung komplexer dezentrale Anwendungen (dApps) wie dezentrale Börsen, Kreditprotokolle oder Token-Standards (z. B. ERC-20, ERC-721).

Andere EVM-kompatible Sprachen

Während Solidity die dominierende Sprache ist, gibt es andere EVM-kompatible Programmiersprachen Entwickelt, um unterschiedliche Funktionen anzubieten oder auf bestimmte Anwendungsfälle einzugehen. Zwei bemerkenswerte Beispiele sind:

• Vyper: Vyper ist eine einfachere und sicherere Alternative zu Solidity. Ziel ist es, die Komplexität von Smart Contracts durch weniger Funktionen zu reduzieren und so den Code leichter zu prüfen und zu verstehen. Vyper wird häufig in sicherheitskritischen Anwendungen eingesetzt, wie z. B. dezentrale Finanzierung (DeFi) Protokolle.
• Yul: Yul ist eine Zwischensprache für fortgeschrittene Optimierungen. Sie ist niedriger als Solidity und ermöglicht Entwicklern eine Feinabstimmung der Leistung, was sie zur Optimierung der Gaskosten nützlich macht. Yul wird häufig verwendet, wenn Entwickler eine präzise Kontrolle über die Vertragsausführung benötigen.

Diese Sprachen werden auch in EVM-Bytecode kompiliert, sodass sie wie Solidity-basierte Verträge im Ethereum-Netzwerk bereitgestellt und ausgeführt werden können. 

Beispielsweise könnte Vyper für ein Projekt ausgewählt werden, das strenge Sicherheitsanforderungen erfordert, während Yul in einer leistungskritischen dApp verwendet werden könnte, die auf die Minimierung der Gasgebühren abzielt.

EVM-Bytecode

Quelle: Vertrauensblick

EVM-Bytecode ist die Low-Level-Maschinensprache, die von der Ethereum Virtual Machine (EVM) ausgeführt wird. Sobald ein Smart Contract in einer höheren Programmiersprache wie Solidity oder Vyper geschrieben ist, wird er in Bytecode kompiliert. 

Dieser Bytecode wird dann in der Ethereum-Blockchain gespeichert und vom EVM ausgeführt, wenn der Vertrag aufgerufen wird.

EVM-Bytecode besteht aus Opcodes, bei denen es sich um einzelne Anweisungen handelt, die das EVM verstehen kann, wie etwa Rechenoperationen, Datenspeicherbefehle oder Kontrollflussanweisungen. 

Beispielsweise weist ein ADD-Opcode die EVM an, zwei Zahlen zum Stapel hinzuzufügen, während ein SSTORE-Opcode einen Wert im Speicher des Vertrags speichert. 

Jeder Opcode hat bestimmte Gaskosten und die Optimierung der Bytecode-Struktur kann dazu beitragen, den zur Ausführung des Vertrags erforderlichen Gasverbrauch zu reduzieren.

Beispielsweise würde ein Vertrag zur Abwicklung von Token-Übertragungen Bytecode-Anweisungen zum Überprüfen von Guthaben, Aktualisieren des Speichers und Ausgeben von Ereignissen enthalten. 

Die EVM liest und führt diese Anweisungen jedes Mal aus, wenn der Vertrag aufgerufen wird, und stellt so das gleiche Ergebnis auf allen Knoten im Ethereum-Netzwerk sicher.

Gaskosten, Gebühren und Effizienz

Quelle: Finematik

Gaskosten und -gebühren spielen eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Effizienz und Skalierbarkeit von Smart Contracts und dApps auf der Ethereum Virtual Machine (EVM).

Gasberechnung und -effizienz

In der Ethereum Virtual Machine (EVM) Gas stellt die Rechenkosten dar, die zur Ausführung einer Transaktion oder eines Smart Contracts erforderlich sind. Jeder vom EVM ausgeführte Vorgang, sei es eine einfache Addition oder das Schreiben von Daten in den Speicher, verursacht bestimmte Gaskosten.

Beispielsweise kostet eine einfache Operation wie das Addieren zweier Zahlen 3 Gaseinheiten, während das Speichern von Daten in einem Vertrag mit dem SSTORE Opcode kann bis zu 20,000 Gaseinheiten kosten.

Gas wird in Ether (ETH) bezahlt, und die gesamten Gaskosten einer Transaktion werden berechnet, indem das verbrauchte Gas durch die Gaspreis. 

Der Gaspreis wird vom Benutzer festgelegt und gibt an, wie viel Ether er pro Gaseinheit zu zahlen bereit ist. Bei einer Überlastung des Netzwerks können Benutzer einen höheren Gaspreis festlegen, um Miner oder Validierer zu motivieren, ihre Transaktionen zu priorisieren. 

Eine effiziente Gasnutzung ist von entscheidender Bedeutung, da schlecht optimierte Verträge zu höheren Gebühren führen können, was die Transaktionen für die Benutzer verteuert.

Beispielsweise kostet die Übertragung von Ether zwischen Konten 21,000 Gaseinheiten, die Interaktion mit komplexen Smart Contracts kann jedoch erheblich mehr kosten, insbesondere wenn der Vertrag mehrere Speicheränderungen oder Funktionsaufrufe umfasst.

Techniken zur Gasoptimierung

Die Gasoptimierung ist ein wichtiger Aspekt für Smart-Contract-Entwickler, da die Reduzierung des Gasverbrauchs die Transaktionskosten deutlich senken kann. Einige gängige Techniken zur Gasoptimierung sind:

• Minimieren von Speicherschreibvorgängen: Da das Speichern von Daten in der Blockchain einer der teuersten Vorgänge ist, können Entwickler den Gasverbrauch optimieren, indem sie die Anzahl der Datenschreibvorgänge in den Speicher minimieren. 

Anstatt beispielsweise den Kontostand eines Benutzers während mehrerer Transaktionen wiederholt zu aktualisieren, können Entwickler Aktualisierungen in Stapeln durchführen, um die Anzahl der Speichervorgänge zu reduzieren.

• Effiziente Datenstrukturen: Die Wahl der richtigen Datenstrukturen kann zur Reduzierung der Gaskosten beitragen. Beispielsweise kann die Verwendung kleinerer Arrays oder kompakterer Datentypen zu einer geringeren Speichernutzung führen und somit die Gasgebühren. 

Entwickler bevorzugen oft uint8 or uint16 gegenüber uint256 wenn für die Logik des Vertrags kleinere Zahlen ausreichen.

• Schleifen- und Funktionsoptimierung: Schleifen und sich wiederholende Aufgaben können den Gasverbrauch schnell erhöhen. Entwickler können die Gaskosten senken, indem sie die Anzahl der Iterationen in Schleifen begrenzen oder Code umgestalten, um unnötige Berechnungen zu vermeiden. 

Beispielsweise sollten Verträge komplexe Schleifen vermeiden, die über große Datensätze iterieren, da diese teuer werden können.

Durch die Anwendung dieser und anderer Optimierungstechniken können Entwickler Verträge erstellen, die für Benutzer effizienter und kostengünstiger sind.

Gaslimit und Szenarien ohne Gas

Jede Ethereum-Transaktion muss Folgendes enthalten: Gaslimit, wodurch die maximale Gasmenge festgelegt wird, die ein Benutzer für diese Transaktion ausgeben möchte. 

Dieses Gaslimit stellt sicher, dass Benutzer bei einer zu lange dauernden Transaktion nicht versehentlich ihren gesamten Ether verbrauchen. 

Wenn die Transaktion das Gaslimit vor Abschluss überschreitet, führt dies zu einer kein Benzin mehr Fehler und die Transaktion schlägt fehl.

Wenn ein Benutzer beispielsweise ein Gaslimit von 50,000 Gaseinheiten für eine Transaktion festlegt, für die letztendlich 60,000 Gaseinheiten erforderlich sind, wird die Transaktion auf halbem Weg abgebrochen und es werden keine Änderungen an der Blockchain vorgenommen. 

Der Benutzer verliert dennoch den Ether, den er bis zum Ausfall für Gas ausgegeben hat. Daher ist es für Benutzer und Entwickler wichtig, die Gaslimits genau einzuschätzen, um fehlgeschlagene Transaktionen zu vermeiden.

In komplexen Smart Contracts integrieren Entwickler häufig Gasprüfungen, um sicherzustellen, dass Transaktionen nicht unerwartet kein Gas mehr haben. 

Ebenso können Benutzer ihr Gaslimit basierend auf der erwarteten Komplexität der Transaktion anpassen, um sicherzustellen, dass sie erfolgreich abgeschlossen wird.

Sicherheit im EVM

Die Sicherheit der Ethereum Virtual Machine (EVM) ist entscheidend für die Gewährleistung der Integrität und Sicherheit von Smart Contracts und dezentralen Anwendungen.

Häufige Schwachstellen in Smart Contracts

Auf der Ethereum Virtual Machine (EVM) eingesetzte Smart Contracts sind aufgrund ihrer unveränderlichen und öffentlichen Natur verschiedenen Schwachstellen ausgesetzt. 

Nach der Bereitstellung können Smart Contracts nicht mehr geändert werden. Daher ist ihre Sicherheit von entscheidender Bedeutung. Zu den häufigsten Schwachstellen zählen:

• Reentrancy-Angriffe: Ein Reentrancy-Angriff liegt vor, wenn ein externer Vertrag den ursprünglichen Vertrag aufruft, bevor die ursprüngliche Ausführung abgeschlossen ist. Dadurch kann der Angreifer den Status des Vertrags ausnutzen, z. B. indem er wiederholt Gelder abzieht, bevor der Vertragssaldo aktualisiert wird. 

Beispielsweise nutzte der berüchtigte DAO-Hack im Jahr 2016 eine Reentrancy-Schwachstelle aus, was zum Diebstahl von Millionen von Ether führte.

• Ganzzahlüberlauf/-unterlauf: In Smart Contracts müssen Operationen mit Ganzzahlen sorgfältig verwaltet werden. Wenn eine Zahl größer oder kleiner wird, als der Datentyp verarbeiten kann, führt dies zu einem Überlauf oder Unterlauf. 

Dies kann zu fehlerhaftem Vertragsverhalten führen, beispielsweise zu unbefugter Token-Prägung oder Wertmanipulation.

• Denial of Service (DoS): DoS-Angriffe können auftreten, wenn ein Vertrag absichtlich mit übermäßigen Daten oder Transaktionen überlastet und dadurch unbrauchbar gemacht wird. Angreifer können auch Gasbeschränkungen ausnutzen, wodurch die Ausführung von Vertragsfunktionen für legitime Benutzer zu kostspielig wird.

Diese Schwachstellen können zu Geldverlusten, Vertragsstörungen oder Netzwerkinstabilität führen. Daher müssen Entwickler vor der Bereitstellung von Verträgen Best Practices befolgen und gründliche Tests durchführen, um Risiken zu minimieren.

EVM-Sicherheitsmechanismen

Die Ethereum Virtual Machine verfügt über mehrere Sicherheitsmechanismen, die zum Schutz von Verträgen und zur Gewährleistung der Integrität von Transaktionen beitragen. Zu diesen Mechanismen gehören:

• Gasbegrenzung: Das Gassystem dient als Schutzschicht gegen Endlosschleifen oder übermäßige Berechnungen. Jede Transaktion ist durch die vom Benutzer bereitgestellte Gasmenge begrenzt. Dadurch wird sichergestellt, dass ein Vertrag nicht unbegrenzt läuft oder übermäßige Ressourcen verbraucht. 

Dies trägt dazu bei, den Missbrauch des Netzwerks zu verhindern und schützt Verträge vor DoS-Angriffen aufgrund von Endlosschleifen.

• Isolationswerte: Die EVM isoliert Smart Contracts voneinander. Verträge werden in einer Sandbox-Umgebung ausgeführt, d. h. sie können nur über explizit definierte Funktionen mit anderen Verträgen und Daten interagieren. 

Dadurch wird sichergestellt, dass selbst wenn ein Vertrag kompromittiert wird, dies nicht direkt die Ausführung anderer Verträge oder in separaten Konten gespeicherter Daten beeinträchtigen kann.

• Signaturprüfung: Die EVM stellt sicher, dass von externen Konten initiierte Transaktionen ordnungsgemäß mit kryptografischen Schlüsseln signiert werden. Dies verhindert unbefugten Zugriff oder Manipulation von Transaktionen, da nur der Besitzer eines privaten Schlüssels eine Transaktion von seinem Konto aus initiieren kann.

Obwohl diese Mechanismen ein grundlegendes Maß an Sicherheit bieten, sind die Entwickler weiterhin dafür verantwortlich, ihre Vertragslogik zu sichern und bekannte Schwachstellen zu vermeiden.

Prüfung von Smart Contracts auf EVM-Sicherheit

Die Prüfung ist ein entscheidender Schritt, um die Sicherheit von Smart Contracts zu gewährleisten, bevor sie im Ethereum-Netzwerk bereitgestellt werden. 

Bei einem Smart-Contract-Audit wird die Codebasis des Vertrags überprüft, potenzielle Schwachstellen identifiziert und die Einhaltung bewährter Verfahren sichergestellt. Der Auditprozess konzentriert sich typischerweise auf:

• Code-Überprüfung: Prüfer überprüfen den Vertragscode Zeile für Zeile, um Fehler, Schwachstellen und ineffiziente Logik zu erkennen. Dies kann dazu beitragen, Probleme wie Ganzzahlüberläufe, unsachgemäße Zugriffskontrollen oder anfällige externe Aufrufe zu erkennen.
• Tests: Prüfer führen sowohl manuelle als auch automatisierte Tests des Vertrags durch. Dazu gehören Unit-Tests für einzelne Funktionen und Simulationstests, um das Verhalten des Vertrags in verschiedenen Szenarien, wie z. B. hohen Transaktionsvolumina oder Grenzfällen, zu bewerten.
• Formale Überprüfung: In einigen Fällen werden formale Methoden verwendet, um die Richtigkeit des Verhaltens eines Smart Contracts mathematisch zu beweisen. Dies kann ein höheres Maß an Sicherheit bieten, insbesondere bei Verträgen mit hohen Einsätzen, wie sie in dezentralen Finanzanwendungen (DeFi) verwendet werden.

Wirtschaftsprüfungsunternehmen wie CertiK und OpenZeppelin sind auf die eingehende Prüfung von Smart Contracts spezialisiert, um Risiken zu identifizieren und Verbesserungsvorschläge zu machen. Umfassende Prüfungen können dazu beitragen, Schwachstellen zu minimieren und die sichere Ausführung des Vertrags auf dem EVM sicherzustellen.

EVM-Anwendungsfälle

Die Ethereum Virtual Machine (EVM) spielt eine wichtige Rolle bei der Bereitstellung verschiedener Blockchain-Anwendungen, von dezentralen Finanzen (DeFi) bis hin zu NFTs und Smart Contracts.

Dezentrale Anwendungen (dApps)

Quelle: Blauer Manakin

Dezentrale Anwendungen (dApps) sind Softwareprogramme, die in einem Blockchain-Netzwerk ausgeführt werden und für ihre Backend-Logik in der Regel Smart Contracts verwenden. 

Die Ethereum Virtual Machine (EVM) spielt eine wichtige Rolle bei der Ausführung dieser dApps, da sie ihnen eine sichere und dezentrale Interaktion mit der Blockchain ermöglicht.

Beispielsweise verwenden beliebte dApps wie Uniswap (eine dezentrale Börse) und Aave (eine dezentrale Kreditplattform) die EVM, um Handelsgeschäfte, Kredite und andere Interaktionen abzuwickeln, ohne sich auf eine zentrale Behörde zu verlassen. 

Sie können direkt mit der Blockchain interagieren, und die EVM stellt sicher, dass alle Transaktionen wie im Smart-Contract-Code beschrieben ausgeführt werden. Dieser dezentrale Ansatz erhöht die Sicherheit, Transparenz und Benutzerkontrolle über ihre Gelder oder Daten.

Smart Contracts

Smart Contracts sind selbstausführende Vereinbarungen, deren Vertragsbedingungen direkt im Code festgehalten sind. Die EVM ist für die Ausführung dieser Verträge verantwortlich und stellt sicher, dass sie nach der Bereitstellung genau wie vorgesehen funktionieren. 

Diese Verträge automatisieren eine breite Palette von Prozessen, von einfachen Token-Übertragungen bis hin zu komplexen Finanzvereinbarungen, und bilden die Grundlage für viele Ethereum-basierte Dienste.

Beispielsweise kann mithilfe eines Smart Contracts ein Treuhandservice erstellt werden, bei dem Gelder einbehalten werden, bis vordefinierte Bedingungen erfüllt sind. 

Sobald diese Bedingungen (wie z. B. die Lieferung der Waren) überprüft sind, gibt das EVM die Mittel automatisch an den Verkäufer frei, sodass keine Zwischenhändler mehr erforderlich sind. Der Einsatz von Smart Contracts reduziert die Kosten, erhöht die Effizienz und ermöglicht eine vertrauenslose Interaktion zwischen den Parteien.

DeFi-Plattformen

Dezentrale Finanzen (DeFi) Plattformen nutzen die EVM, um Finanzprodukte und -dienstleistungen zu entwickeln, die nicht auf traditionelle Finanzintermediäre angewiesen sind. 

Diese Plattformen bieten Benutzern verschiedene Finanzinstrumente, wie z. B. Kreditvergabe, Kreditaufnahme, Handel und Yield Farming, direkt auf der Blockchain.

Compound und MakerDAO sind beispielsweise zwei DeFi-Plattformen, die auf dem Ethereum-Netzwerk basieren. Sie ermöglichen es Benutzern, Kryptowährungen zu verleihen oder auszuleihen, ohne eine Bank zu benötigen. 

Das EVM stellt sicher, dass die Kreditprotokolle sicher ausgeführt werden, und berechnet Zinssätze, Sicherheitenanforderungen und andere Faktoren automatisch. 

Sie können Zinsen verdienen oder Kredite aufnehmen, indem Sie über Smart Contracts mit diesen Plattformen interagieren, wobei die EVM sicherstellt, dass alle Bedingungen eingehalten werden.

Nicht fungible Token (NFTs)

Nicht fungible Token (NFTs) sind einzigartige digitale Assets, die das Eigentum an einem bestimmten Gegenstand oder Inhalt darstellen, beispielsweise Kunst, Musik oder Sammlerstücke. 

Das EVM ermöglicht die Erstellung und Übertragung von NFTs durch Smart Contracts, die Standards wie ERC-721 oder ERC-1155 folgen.

Beispielsweise nutzen Plattformen wie OpenSea und Rarible die EVM, um NFTs zu prägen, zu kaufen und zu verkaufen. Wenn ein Benutzer ein NFT kauft, zeichnet die EVM die Eigentumsübertragung in der Ethereum-Blockchain auf und stellt so sicher, dass der Käufer über einen überprüfbaren und unveränderlichen Eigentumsnachweis verfügt. 

NFTs haben Branchen wie digitale Kunst und Gaming verändert, indem sie es Schöpfern ermöglichen, ihre Werke zu tokenisieren und direkt an Sammler zu verkaufen, wobei alle Transaktionen vom EVM verarbeitet und gesichert werden.

Cross-Chain- und Multi-Chain-EVM-Implementierungen

Die Ethereum Virtual Machine (EVM) ist nicht mehr auf Ethereum beschränkt, da sie nun Anwendungen über mehrere Blockchains hinweg unterstützt. Cross-Kette und Multi-Chain-Implementierungen.

EVM auf anderen Blockchains

Die Ethereum Virtual Machine (EVM) wurde von verschiedenen Blockchains über Ethereum hinaus übernommen und ermöglicht es Entwicklern, Ethereum-kompatible Smart Contracts in anderen Netzwerken zu erstellen und auszuführen. 

Diese Blockchains implementieren die EVM, um dieselben Solidity-basierten Anwendungen zu unterstützen. Dies erleichtert Entwicklern die Bereitstellung von dApps auf mehreren Plattformen. Beispiele:

• Binance Smart Chain (BSC): BSC ist eine EVM-kompatible Blockchain, die es Entwicklern ermöglicht, Ethereum-dApps mit minimalen Änderungen zu portieren. Sie bietet schnellere Transaktionen und niedrigere Gebühren im Vergleich zu Ethereum und ist daher für bestimmte dezentrale Anwendungen wie dezentrale Börsen (DEXs) und Yield-Farming-Plattformen attraktiv.
• Polygon (ehemals Matic): Polygon ist eine Layer-2-Skalierungslösung für Ethereum, die EVM unterstützt und es Ethereum-dApps ermöglicht, mit reduzierten Transaktionsgebühren und schnelleren Verarbeitungszeiten zu laufen. Es wird häufig für Spiele, NFT-Marktplätze und DeFi-Anwendungen verwendet.
• Lawine und Fantom: Sowohl Avalanche als auch Fantom sind Hochleistungs-Blockchains, die EVM implementieren und Ethereum-Entwicklern die Möglichkeit bieten, ihre Anwendungen schneller und kostengünstiger auf neue Netzwerke zu skalieren.

Diese EVM-kompatiblen Ketten erweitern das Ökosystem von Ethereum, indem sie alternative Plattformen mit deutlichen Vorteilen wie Skalierbarkeit und Erschwinglichkeit bereitstellen und gleichzeitig die Kompatibilität mit Ethereum-basierten dApps aufrechterhalten.

EVM- und Layer-2-Lösungen

Quelle: BTSE

Layer 2-Lösungen werden auf Ethereum aufgebaut, um das Netzwerk zu skalieren, Transaktionsgebühren zu senken und den Durchsatz zu erhöhen, ohne die Basisschicht (Schicht 1) zu verändern. 

Viele Layer-2-Lösungen sind EVM-kompatibel und gewährleisten einen nahtlosen Übergang für dApps, die bereits auf Ethereum laufen. Wichtige Beispiele sind:

• Optimistische Rollups: Lösungen wie Optimism und Arbitrum verwenden optimistische Rollups, um mehrere Transaktionen außerhalb der Blockchain zu bündeln und einen einzigen Nachweis an die Ethereum-Hauptchain zu übermitteln. Sie sind EVM-kompatibel, sodass Entwickler ihre Smart Contracts mit minimalen Anpassungen migrieren können.
• zk-Rollups: zk-Rollups, wie sie beispielsweise von zkSync entwickelt wurden, verwenden Zero-Knowledge-Beweise, um die Gültigkeit von Off-Chain-Transaktionen zu überprüfen. Diese Rollups sind zudem EVM-kompatibel und sollen die Rechenlast von Ethereum reduzieren und gleichzeitig die Sicherheit gewährleisten.

Layer-2-Lösungen reduzieren die Gasgebühren erheblich und erhöhen den Durchsatz des Ethereum-Netzwerks, während sie weiterhin die EVM zur Vertragsausführung verwenden, was sie für die Skalierbarkeitsstrategie von Ethereum wichtig macht.

Entwicklung des EVM

Im Laufe der Zeit hat sich die EVM angepasst, um ihre Einschränkungen zu überwinden. Entwicklungen wie Ethereum 2.0 und Layer-2-Lösungen versprechen eine effizientere virtuelle Maschine.

Einschränkungen des EVM

Die Ethereum Virtual Machine hat sich als leistungsstarkes Tool für dezentrale Anwendungen erwiesen, weist jedoch bestimmte Einschränkungen auf:

• Leistungsengpässe: Die EVM verarbeitet Transaktionen sequenziell, was insbesondere bei Netzwerküberlastung zu langsamen Ausführungszeiten führen kann. Dies führt zu hohen Gasgebühren und verzögerten Transaktionsbestätigungen.
• Gasineffizienz: Einige EVM-Operationen sind gasintensiv, insbesondere bei der Speicherung und bestimmten Rechenoperationen. Dies schränkt die Komplexität von Smart Contracts ein, da Entwickler die Gaseffizienz ständig optimieren müssen, um zu vermeiden, dass Transaktionen unerschwinglich teuer werden.
• Mangelnde Parallelisierung: Das aktuelle Design der EVM unterstützt keine parallele Ausführung von Transaktionen, d. h. alle Vorgänge müssen einzeln verarbeitet werden. Dies schränkt Skalierbarkeit und Durchsatz ein, insbesondere bei steigender Nachfrage nach dem Ethereum-Netzwerk.

Diese Einschränkungen sind der Grund für die laufende Forschung und Entwicklung mit dem Ziel, Teile des EVM zu verbessern oder zu ersetzen, um dessen Leistung, Skalierbarkeit und Effizienz zu steigern.

Ethereum 2.0 und die Zukunft der EVM

Mit dem Übergang zu Ethereum 2.0 (ETH2) bewegt sich das Ethereum-Netzwerk von einem Proof-of-Work (PoW) zu einem Nachweis des Einsatzes (PoS) Konsensmechanismus.

Dieses Upgrade zielt auf eine Verbesserung der Skalierbarkeit, Sicherheit und Energieeffizienz ab. Das EVM selbst wird jedoch nicht ersetzt, sondern weiterentwickelt, um in diesem neuen Ökosystem zu funktionieren.

• Scherbenketten: Ethereum 2.0 führt Sharding ein, bei dem das Netzwerk in kleinere Ketten (Shards) aufgeteilt wird, die Transaktionen parallel verarbeiten. Dies könnte Überlastungen verringern und die Gasgebühren senken, erfordert jedoch Anpassungen an der Interaktion des EVM mit diesen Shard-Ketten.
• Ausführungsumgebungen: In Ethereum 2.0 gibt es Pläne zur Schaffung Ausführungsumgebungen, das neben dem EVM arbeiten wird, um komplexere Anwendungen zu unterstützen und die Koexistenz anderer virtueller Maschinen auf Ethereum zu ermöglichen. 

Dies könnte die Tür für mehr Flexibilität bei der Ausführung von Smart Contracts öffnen und die Leistung verbessern, ohne das EVM grundlegend zu ändern.

Die Roadmap für Ethereum 2.0 signalisiert, dass EVM auch in Zukunft eine Rolle im Netzwerk spielen wird, allerdings mit verbesserter Skalierbarkeit und Anpassungsfähigkeit.

Neuerungen und Upgrades des EVM

Es gibt verschiedene Bemühungen, das EVM zu verbessern, um es effizienter und vielseitiger zu machen. Einige bemerkenswerte Neuerungen sind:

• EVM 384: Dieser Vorschlag zielt darauf ab, die nativen Datentypen des EVM zu erweitern und so effizientere kryptografische Operationen zu ermöglichen, die derzeit viel Gas benötigen. Durch die Erweiterung der Wortgröße des EVM könnten bestimmte Berechnungen rationalisiert und so die Kosten komplexer Operationen gesenkt werden.
• eWASM (Ethereum WebAssembly): eWASM ist eine Initiative zum Ersatz der EVM durch WebAssembly (WASM), eine modernere und vielseitigere virtuelle Maschine. WASM ist schneller, unterstützt parallele Ausführung und wird häufig außerhalb von Blockchain-Anwendungen eingesetzt. 

Bei vollständiger Implementierung würde eWASM Ethereum eine effizientere Vertragsabwicklung ermöglichen und das Netzwerk für Entwickler öffnen, die mit gängigen Programmiersprachen vertraut sind.

• Kontoabstraktion: Dieses vorgeschlagene Upgrade soll die Interaktion von Konten und Verträgen mit dem Netzwerk vereinfachen. Durch die Abstraktion bestimmter Komplexitäten im Zusammenhang mit der Signaturprüfung und dem Transaktionsmanagement würde dieses Upgrade flexiblere und benutzerfreundlichere Smart-Contract-Designs ermöglichen und die Funktionalität des EVM verbessern.

Diese Innovationen sollen sicherstellen, dass EVM wettbewerbsfähig bleibt und das Wachstum von Ethereum langfristig unterstützen kann.

EVM-Ökosystem und -Tools

Die Ethereum Virtual Machine (EVM) verfügt über ein wachsendes Ökosystem von Tools, die Entwicklern dabei helfen sollen, Smart Contracts effizient zu erstellen, zu testen und zu optimieren.

Entwicklertools für EVM

Es wurde eine breite Palette von Entwicklertools entwickelt, um die Arbeit mit der Ethereum Virtual Machine (EVM) effizienter und benutzerfreundlicher zu gestalten. 

Diese Tools unterstützen Entwickler beim Schreiben, Kompilieren, Bereitstellen und Testen von Smart Contracts und stellen sicher, dass diese hinsichtlich Leistung und Sicherheit optimiert sind. Zu den beliebtesten Tools gehören:

• IDE neu mischen: Remix ist eine webbasierte integrierte Entwicklungsumgebung (IDE) zum Schreiben und Testen von Smart Contracts. Sie unterstützt Solidity, die Hauptsprache zum Schreiben von Ethereum-Smart Contracts, und bietet eine Reihe von Debugging- und Deployment-Tools. Aufgrund ihrer Benutzerfreundlichkeit und Flexibilität wird sie sowohl von Anfängern als auch von erfahrenen Entwicklern häufig verwendet.
• Trüffelsuite: Truffle ist ein Entwicklungsframework, das die Erstellung dezentraler Anwendungen (dApps) vereinfacht. Es enthält eine Reihe von Bibliotheken für die Verwaltung von Verträgen, die Durchführung automatisierter Tests und die Interaktion mit der Ethereum-Blockchain. Truffle lässt sich auch in andere Tools wie Ganache integrieren, das eine Blockchain zu Testzwecken lokal simuliert.
• helm: Hardhat ist eine weitere beliebte Entwicklungsumgebung, die umfangreiche Funktionen zum Kompilieren von Smart Contracts, Debuggen und Ausführen von Tests bietet. Sie unterstützt Solidity und bietet flexible Plugins, beispielsweise die Möglichkeit, die EVM lokal auszuführen, um schnelle Iterationen während der Entwicklung zu ermöglichen.

Diese Tools rationalisieren den Entwicklungsprozess und tragen dazu bei, dass Entwickler ihre EVM-basierten Anwendungen effizient erstellen, testen und bereitstellen können.

EVM-Debugging und -Testen

Angesichts der unveränderlichen Natur von Blockchain-Transaktionen sind Debugging und Testen entscheidende Schritte bei der Entwicklung intelligenter Verträge. 

Sobald ein Smart Contract implementiert ist, lassen sich Fehler nicht mehr so ​​einfach beheben. Daher sind gründliche Tests unerlässlich. Zu den wichtigsten Tools für Debugging und Tests gehören:

• Ganache: Ganache, Teil der Truffle-Suite, ist ein lokaler Blockchain-Emulator, mit dem Entwickler ein persönliches Ethereum-Netzwerk erstellen können. Er simuliert die Blockchain und ermöglicht es Entwicklern, Smart Contracts zu testen, ohne Gasgebühren zu zahlen oder auf Bestätigungen vom Ethereum-Hauptnetzwerk zu warten. Dies macht ihn ideal, um die Funktionalität von Verträgen unter verschiedenen Bedingungen zu testen.
• Hardhat-Debugger: Hardhat bietet integrierte Debugging-Tools, mit denen Entwickler die Ausführung von Smart Contracts Schritt für Schritt überprüfen können. Dies erleichtert die Identifizierung von Problemen in der Logik oder die Entdeckung möglicher Gasineffizienzen. Das Tool ermöglicht Echtzeittests im lokalen Netzwerk und reduziert so das Risiko fehlerhafter oder ineffizienter Verträge.
• Soliditätsabdeckung: Solidity Coverage ist ein Tool, das misst, wie viel vom Code eines Smart Contracts getestet wurde. Dadurch wird sichergestellt, dass kritische Funktionen und Randfälle beim Testen abgedeckt werden, wodurch das Risiko unentdeckter Schwachstellen im bereitgestellten Vertrag reduziert wird.

Gründliche Tests mit diesen Tools helfen, kostspielige Fehler und Sicherheitslücken in Live-Verträgen zu vermeiden.

EVM-Emulatoren und -Simulatoren

EVM-Emulatoren und -Simulatoren ermöglichen es Entwicklern, die Ausführungsumgebung des Ethereum-Netzwerks auf ihren lokalen Maschinen nachzuahmen. 

Diese Tools helfen beim Testen, der Leistungsoptimierung und dem Debuggen von Smart Contracts, bevor diese im Mainnet bereitgestellt werden. Einige weit verbreitete Simulatoren und Emulatoren sind:

• Ganache: Als Blockchain-Emulator ermöglicht Ganache Entwicklern, eine lokale Ethereum-Blockchain auszuführen, um Transaktionen zu testen, Verträge bereitzustellen und den Gasverbrauch in einer kontrollierten Umgebung zu überwachen. Entwickler können reale Interaktionen simulieren und so ihre dApps und Verträge optimieren.
• EVM-Spielplatz: EVM Playground ist ein browserbasiertes Tool, mit dem Entwickler EVM-Bytecode direkt in einer Sandbox-Umgebung schreiben, kompilieren und ausführen können. Dies ist besonders nützlich für Entwickler, die das Verhalten bestimmter EVM-Opcodes untersuchen oder Low-Level-Vertragsprobleme beheben möchten.
• EthFiddle: EthFiddle ist ein leichtgewichtiges Online-Tool, mit dem Benutzer in Echtzeit mit Solidity-Snippets experimentieren können. Entwickler können Code-Snippets schnell teilen und testen, was es zu einem kollaborativen Tool zum Debuggen und Testen kleiner Codeabschnitte macht.

Diese Emulatoren und Simulatoren sind unerlässlich, um sicherzustellen, dass Smart Contracts vor der Bereitstellung die erwartete Leistung erbringen, wodurch im Entwicklungsprozess Zeit und Ressourcen gespart werden.

Fazit

Die Ethereum Virtual Machine (EVM) ist das Rückgrat der Ethereum-Blockchain und treibt dezentrale Anwendungen, Smart Contracts, DeFi-Plattformen und NFTs an. 

Seine kettenübergreifende Kompatibilität und seine Rolle in Layer-2-Lösungen unterstreichen seine Bedeutung im breiteren Blockchain-Ökosystem. 

Es gibt jedoch auch Einschränkungen, wie etwa Gasineffizienzen und mangelnde Parallelisierung, die durch laufende Upgrades wie Ethereum 2.0 und Innovationen wie eWASM behoben werden sollen. 

Mit einem robusten Ökosystem aus Entwicklertools, Debugging-Systemen und Emulatoren entwickelt sich das EVM ständig weiter und stellt sicher, dass es der Hauptmotor für die wachsende dezentrale Landschaft von Ethereum bleibt.

Mit der Weiterentwicklung der Blockchain-Technologie wird sich das EVM weiter anpassen und verbessern und so die Zukunft dezentraler Anwendungen und Smart Contracts auf verschiedenen Plattformen vorantreiben.

FAQs zur Ethereum Virtual Machine (EVM) 

In diesem FAQ-Bereich werden einige häufig gestellte Fragen behandelt, die Ihnen dabei helfen können, Ihre Auswahl einzugrenzen:

Funktioniert die EVM auf anderen Blockchains?

Ja, die EVM ist mit mehreren anderen Blockchains kompatibel, wie etwa Binance Smart Chain, Avalanche und Polygon, sodass diese Ethereum-basierte Anwendungen ausführen können.

Welche Programmiersprache wird für das EVM verwendet?

Die für EVM verwendete Hauptprogrammiersprache ist Solidity, die zur Ausführung im Ethereum-Netzwerk in EVM-Bytecode kompiliert wird.

Wie berechnet das EVM die Gasgebühren?

Das EVM berechnet die Gasgebühren auf Grundlage der Rechenressourcen, die für jede Transaktion oder Ausführung eines Smart Contracts benötigt werden, wobei komplexere Vorgänge mehr Gas erfordern.

Kann die EVM jede Art von Code ausführen?

Ja, das EVM ist Turing-vollständig, d. h. es kann jeden Rechenalgorithmus ausführen, wenn genügend Zeit und Ressourcen vorhanden sind.

Wie verbessern Layer-2-Lösungen das EVM?

Layer-2-Lösungen verbessern das EVM, indem sie Transaktionen aus dem Hauptnetzwerk von Ethereum auslagern, so die Überlastung reduzieren und die Gasgebühren senken.

Wird das EVM in allen Ethereum-basierten Anwendungen verwendet?

Ja, alle dezentralen Anwendungen (dApps) und Smart Contracts im Ethereum-Netzwerk werden mithilfe der EVM ausgeführt.

Wie handhabt die EVM die Sicherheit von Smart Contracts?

Die EVM sorgt für Sicherheit, indem sie Smart Contracts in einer isolierten Umgebung ausführt und so verhindert, dass Schadcode andere Verträge oder das Netzwerk beeinträchtigt.

Was sind EVM-Opcodes?

EVM-Opcodes sind Anweisungen auf niedriger Ebene, die vom EVM ausgeführt werden, um Aufgaben wie mathematische Operationen, Datenspeicherung und Kontrollfluss in Smart Contracts durchzuführen.