¿Qué es la máquina virtual Ethereum y cómo funciona?

Ethereum se ha convertido en la plataforma de contratos inteligentes más popular principalmente debido a la Máquina Virtual Ethereum (EVM). 

En la tecnología blockchain, la EVM es indispensable y se encarga de todo, desde el mantenimiento de contratos inteligentes hasta la ejecución de aplicaciones descentralizadas. 

Pero hay muchos obstáculos que superar, como problemas de escala e ineficiencias del gas. 

Este artículo tiene como objetivo ayudarlo a comprender las ventajas y desventajas de EVM dentro del entorno dinámico de blockchain al analizar su arquitectura, las herramientas disponibles y los próximos planes de actualización.

Puntos Clave

• La máquina virtual Ethereum (EVM) es esencial para ejecutar contratos inteligentes y aplicaciones descentralizadas (dApps) en la cadena de bloques Ethereum.
• La EVM se adopta ampliamente en múltiples cadenas de bloques como Binance Smart Chain y Polygon, lo que permite la compatibilidad entre cadenas.
• Las soluciones de capa 2, como Optimistic Rollups y zk-Rollups, utilizan EVM para mejorar la escalabilidad de Ethereum y reducir las tarifas de gas.
• La EVM tiene limitaciones, incluidas ineficiencias de gas y falta de procesamiento paralelo, lo que puede afectar el rendimiento.
• Los desarrolladores tienen acceso a una variedad de herramientas, incluidas Remix, Truffle y Hardhat, para ayudar a crear, probar y depurar contratos inteligentes en la EVM.
• Los emuladores y simuladores de EVM como Ganache permiten a los desarrolladores probar contratos inteligentes localmente antes de implementarlos en la red principal, lo que reduce errores y costos.

¿Qué es la máquina virtual Ethereum (EVM)?

Fuente: Medium

La máquina virtual Ethereum (EVM) es el motor computacional central que impulsa a Ethereum, responsable de ejecutar contratos inteligentes y ejecutar aplicaciones descentralizadas (dApps) en la cadena de bloques. 

Actúa como una computadora global y descentralizada donde cualquiera puede implementar y ejecutar código de manera confiable. 

La EVM procesa instrucciones escritas en lenguajes de programación de alto nivel, como Solidity, y las traduce a código de bytes de bajo nivel, que puede ejecutar. 

Este código de bytes se almacena en la cadena de bloques Ethereum y se ejecuta en cada nodo de la red, lo que garantiza una ejecución uniforme del contrato en todo el sistema.

Una de las características clave de la EVM es su capacidad para gestionar contratos inteligentes: acuerdos autoejecutables con reglas y condiciones predefinidas. 

Estos contratos se ejecutan en un entorno aislado en la EVM, lo que significa que no afectan a otras partes del sistema, lo que garantiza la seguridad y la confiabilidad. 

Además, la EVM es una arquitectura basada en pila, que procesa comandos enviando y recibiendo datos desde una pila. 

Este proceso computacional está controlado por un sistema de gas, que requiere que los usuarios paguen por la ejecución de las operaciones, lo que ayuda a prevenir abusos y garantizar el uso eficiente de los recursos.

Arquitectura de la máquina virtual Ethereum

La máquina virtual Ethereum (EVM) funciona como una arquitectura basada en pila, lo que significa que ejecuta instrucciones utilizando una estructura de datos conocida como pila. 

En este modelo, el EVM procesa los comandos introduciendo y sacando valores de la pila, donde cada elemento tiene un tamaño de 256 bits. 

La pila es esencial para gestionar los cálculos, ya que la EVM no cuenta con registros de propósito general como las computadoras tradicionales. En cambio, la pila sirve como memoria temporal para la manipulación de datos durante la ejecución de contratos inteligentes. 

Por ejemplo, al realizar una operación matemática como una suma, la EVM coloca los dos números en la pila, los suma y luego almacena el resultado nuevamente en la pila.

Este diseño basado en pila permite que el EVM sea eficiente y predecible al ejecutar instrucciones de contrato inteligente. 

Simplifica la gestión de datos temporales, reduciendo la complejidad frente a los sistemas basados ​​en registros. 

Sin embargo, la pila de EVM tiene limitaciones, como una profundidad fija de 1024 elementos, lo que significa que operaciones demasiado complejas podrían provocar errores de desbordamiento de pila si se excede este límite.

Componentes del EVM

Fuente: ResearchGate

La máquina virtual Ethereum (EVM) consta de varios componentes clave que trabajan juntos para ejecutar contratos inteligentes y administrar aplicaciones descentralizadas.

Ejecución de código

En la Máquina Virtual de Ethereum (EVM), los contratos inteligentes se escriben en lenguajes de alto nivel como Solidity. Estos contratos se compilan en bytecode, un código de bajo nivel que la EVM entiende. 

Este código de bytes se almacena en la cadena de bloques y, cada vez que se llama a un contrato, la EVM ejecuta este código de bytes paso a paso.

Cuando se ejecuta un contrato, la EVM ejecuta cada instrucción una por una, manejando la lógica como los cálculos, el almacenamiento de datos y la comunicación con otros contratos. 

Por ejemplo, si se escribe un contrato para transferir tokens de un usuario a otro, la EVM procesa el código de bytes para actualizar los saldos en el almacenamiento del contrato. 

Esto garantiza que la transferencia siga las reglas del contrato y que todos los nodos de la red Ethereum alcancen el mismo resultado.

Modelo de memoria y almacenamiento

La EVM utiliza dos tipos distintos de almacenamiento de datos: memoria y almacenamiento.

La memoria es temporal y existe únicamente durante la ejecución de un contrato inteligente. Se utiliza para almacenar datos intermedios, como cálculos o variables necesarias temporalmente.

Por ejemplo, al sumar dos números en un contrato, el resultado podría almacenarse en la memoria antes de continuar su procesamiento. Dado que la memoria se borra al finalizar la transacción, su uso es más eficiente y económico que el almacenamiento.

El almacenamiento es permanente y conserva los datos incluso después de que se complete una transacción. Se utiliza para guardar información importante, como saldos de tokens o estados de contratos, que deben perdurar en el tiempo.

Por ejemplo, en un contrato de tokens, el saldo de cada usuario se almacena aquí. Modificar los datos almacenados es más costoso en términos de gas (la tarifa de computación), por lo que los desarrolladores buscan usar el almacenamiento con moderación para optimizar costos.

Apilar

La EVM es una máquina basada en pila, lo que significa que utiliza una estructura de datos llamada pila para gestionar las operaciones.

La pila es como una lista donde los datos solo se pueden añadir o eliminar desde la parte superior, siguiendo el principio LIFO (último en entrar, primero en salir). Cada elemento colocado en la pila tiene un tamaño de 256 bits, que coincide con el tamaño de palabra de la EVM.

Por ejemplo, si la EVM necesita sumar dos números, coloca estos números en la pila. 

Luego, realiza la suma extrayéndolos, procesándolos y devolviendo el resultado a la pila. La pila puede contener hasta 1024 elementos, y si se excede este límite, la transacción falla. 

La simplicidad de la pila permite que la EVM gestione los cálculos de manera eficiente, pero también significa que operaciones demasiado complejas podrían generar errores si la pila se llena.

Gas y tarifas

El gas es un componente fundamental de la EVM que garantiza la eficiencia y seguridad de la red. Cada operación ejecutada en la EVM requiere una cantidad de gas, que los usuarios deben pagar en Ether (la criptomoneda nativa de Ethereum). El gas funciona como una tarifa por el uso de los recursos computacionales de la EVM, lo que previene el abuso y el spam.

Por ejemplo, operaciones simples como sumar dos números pueden costar 3 unidades de gas, mientras que tareas más complejas, como escribir datos en el almacenamiento, son mucho más caras. 

Si una transacción se queda sin gas antes de completarse, falla y se revierten todos los cambios realizados, pero no se reembolsa el gas gastado. 

Este sistema de gas alienta a los desarrolladores a escribir código eficiente y evita que operaciones ineficientes o maliciosas sobrecarguen la red.

Códigos de operación EVM

Los códigos de operación son las instrucciones básicas que la máquina virtual de escritura (EVM) comprende y ejecuta. Cada código de operación es un comando simple que indica a la EVM qué acción realizar, como sumar números, almacenar datos o saltar a otra parte del código. 

Hay más de 140 códigos de operación en el EVM y cada uno tiene un costo de gas específico asociado.

Por ejemplo:

• ADDToma dos números de la pila, los suma y devuelve el resultado. Esto cuesta 3 unidades de gas.
• TIENDAAlmacena datos en el almacenamiento del contrato. Esta es una de las operaciones más costosas, con un coste de 20,000 unidades de gas.

La EVM procesa contratos inteligentes y garantiza que cada instrucción se ejecute con precisión en toda la red Ethereum ejecutando estos códigos de operación paso a paso.

Datos de llamada

Los datos de llamada se refieren a los datos de entrada que se envían junto con una transacción al llamar a un contrato inteligente. Contienen información sobre la función que se ejecutará y los parámetros que requiere dicha función. 

Por ejemplo, si transfiere tokens mediante un contrato inteligente, los datos de la llamada incluirían el nombre de la función (por ejemplo, transfer ) y los parámetros (la dirección del destinatario y la cantidad a transferir).

La EVM lee estos datos de llamada para comprender qué función ejecutar y cómo manejar la transacción. 

Si bien los datos de llamadas son parte de la transacción, no cuesta gas leerlos, pero sí tienen un costo de gas basado en su tamaño cuando se incluyen en la transacción.

Tamaño de palabra en el EVM

La EVM funciona con un tamaño de palabra fijo de 256 bits (32 bytes). Esto significa que todos los datos que procesa, ya sean números, direcciones o instrucciones, tienen una longitud de 256 bits.

Esta elección de diseño se alinea con el énfasis de Ethereum en la seguridad criptográfica, ya que la mayoría de las operaciones criptográficas (por ejemplo, el hash) requieren el manejo de grandes números.

Por ejemplo, cuando la EVM procesa una dirección de 32 bytes o calcula el resultado de una transacción, utiliza el tamaño de palabra de 256 bits. 

Este tamaño de palabra consistente hace que la EVM sea más segura y eficiente en el manejo de las operaciones matemáticas complejas necesarias para las tareas criptográficas. 

Sin embargo, también significa que valores incluso más pequeños se expanden a 256 bits, lo que a veces puede generar ineficiencias en el manejo de datos.

Modelo de ejecución de EVM

Fuente: Documentación básica

El modelo de ejecución EVM define las reglas y los procesos sobre cómo se ejecutan las aplicaciones descentralizadas y los contratos inteligentes de Ethereum en la cadena de bloques.

Modelo de cuentas de Ethereum

La Máquina Virtual de Ethereum (EVM) funciona con dos tipos de cuentas: Cuentas de Propiedad Externa (EOA) y Cuentas de Contrato.

• Cuentas de propiedad externa (EOA) Se controlan mediante claves privadas y representan a los usuarios de la red. Estas cuentas pueden enviar y recibir Ether e iniciar transacciones.
• Cuentas de contratoPor otro lado, contienen códigos de contratos inteligentes y solo pueden realizar acciones cuando se activan mediante un EOA u otro contrato. No tienen claves privadas, pero responden a las llamadas realizadas por otras cuentas.

Por ejemplo, cuando envías Ether desde tu billetera a un contrato inteligente, tu EOA interactúa con la cuenta del contrato, activando su código para ejecutar una función específica, como transferir tokens o almacenar datos.

Llamadas y transacciones de mensajes

En la EVM, las interacciones entre cuentas se producen a través de llamadas de mensajes y transacciones.

• A transaccional Es un paquete de datos firmado enviado desde un EOA. Puede transferir Ether o invocar una función en un contrato inteligente. Las transacciones se transmiten a la red Ethereum y son procesadas por mineros o validadores.
• A mensaje de llamada Se produce cuando un contrato interactúa con otro contrato o con un EOA. A diferencia de las transacciones, las llamadas de mensajes son internas y no requieren firma con una clave privada.

Por ejemplo, cuando un usuario envía una transacción a un contrato de intercambio descentralizado, el contrato puede realizar una llamada de mensaje a un contrato de token para transferir tokens en nombre del usuario.

Mecánica de gases en ejecución

La EVM utiliza gas para gestionar el coste de ejecución de las operaciones y prevenir el uso indebido de la red. El gas es una unidad que mide la cantidad de trabajo computacional que requiere una transacción o la ejecución de un contrato.

Cada operación en la EVM, desde operaciones matemáticas sencillas hasta el almacenamiento de datos, tiene un coste fijo de gas. Antes de ejecutar una transacción, el usuario debe especificar un límite de gas, que establece la cantidad máxima de gas que está dispuesto a pagar por dicha ejecución. 

Si la transacción se queda sin gas antes de completarse, falla y se revierten todos los cambios, aunque no se reembolsa el gas gastado.

Por ejemplo, enviar Ether cuesta 21,000 unidades de gas, mientras que almacenar datos en un contrato cuesta significativamente más, potencialmente más de 20,000 unidades de gas.

Ciclo de ejecución de EVM

La EVM ejecuta transacciones en un ciclo estructurado de búsqueda, decodificación y ejecución . Este proceso implica varios pasos:

• Ha podido recuperar:La EVM recupera la siguiente instrucción (código de operación) del código de bytes del contrato.
• Descodificar:La EVM decodifica las instrucciones para ayudarle a comprender qué operación realizar.
• Implementación:La EVM realiza la operación, como un cálculo matemático, una recuperación de datos o una llamada de contrato.

Este ciclo se repite hasta que se procesan todas las instrucciones o la transacción se agota. El ciclo de ejecución garantiza que todos los nodos de la red Ethereum procesen las mismas instrucciones, manteniendo así el consenso.

Ciclo de vida del contrato en la EVM

Los contratos inteligentes en la EVM siguen un ciclo de vida específico, desde la implementación hasta la finalización final:

• contenido SEOUn contrato se implementa enviando una transacción que contiene su bytecode. Una vez implementado, el contrato obtiene una dirección única en la red Ethereum.
• InteracciónLos contratos se activan mediante transacciones o llamadas de mensajes. Una vez activados, la EVM ejecuta el código del contrato, lo que puede incluir la lectura o escritura de datos, la llamada a otros contratos o la transferencia de fondos.
• Auto destrucción:Los contratos pueden rescindirse llamando al AUTO DESTRUCCIÓN Código de operación. Esto elimina el contrato de la cadena de bloques y transfiere cualquier Ether restante a una dirección específica.

Por ejemplo, un contrato que gestiona una campaña de financiación colectiva puede autodestruirse una vez finalizada la campaña, lo que garantiza que no pueda volver a utilizarse.

Lenguajes de programación y EVM

La máquina virtual Ethereum (EVM) admite varios lenguajes de programación, lo que permite a los desarrolladores escribir e implementar contratos inteligentes sin problemas.

Solidez y el EVM

Fuente: Medium

Solidity es el lenguaje de programación más utilizado para escribir contratos inteligentes en Ethereum. Es un lenguaje de alto nivel, de tipado estático, diseñado específicamente para la Máquina Virtual de Ethereum (EVM).

Solidity permite a los desarrolladores escribir contratos inteligentes que pueden implementarse en la cadena de bloques Ethereum e interactuar con otros contratos o cuentas externas (EOA). 

El código escrito en Solidity se compila en bytecode de EVM , que es el código máquina de bajo nivel que la EVM entiende y ejecuta.

Por ejemplo, un contrato básico de Solidity para transferir tokens definiría funciones como transfer() para gestionar el movimiento de tokens entre usuarios.

Cuando se implementa este contrato, su código Solidity se compila en código de bytes y la EVM ejecuta este código de bytes cada vez que se llama al contrato. 

Solidity admite una variedad de tipos de datos y estructuras de control, lo que lo hace flexible para crear aplicaciones descentralizadas (dApps) complejas , como intercambios descentralizados, protocolos de préstamos o estándares de tokens (por ejemplo, ERC-20 , ERC-721).

Otros lenguajes compatibles con EVM

Si bien Solidity es el lenguaje dominante, existen otros lenguajes de programación compatibles con EVM diseñados para ofrecer diferentes características o para satisfacer casos de uso específicos. Dos ejemplos notables son:

• VyperVyper es una alternativa más sencilla y segura a Solidity. Su objetivo es reducir la complejidad de los contratos inteligentes al ofrecer menos funciones, lo que facilita la auditoría y la comprensión del código. Vyper se utiliza a menudo en aplicaciones donde la seguridad es fundamental, como... finanzas descentralizadas (DeFi) Protocolos.
• YulYul es un lenguaje intermedio diseñado para optimizaciones más avanzadas. Es de menor nivel que Solidity, lo que permite a los desarrolladores ajustar el rendimiento, lo que lo hace útil para optimizar los costos de gas. Yul se usa a menudo cuando los desarrolladores necesitan un control preciso sobre la ejecución de contratos.

Estos lenguajes también se compilan en código de bytes EVM, lo que permite implementarlos y ejecutarlos en la red Ethereum al igual que los contratos basados ​​en Solidity. 

Por ejemplo, Vyper podría elegirse para un proyecto que requiera seguridad estricta, mientras que Yul podría usarse en una dApp de rendimiento crítico que tenga como objetivo minimizar las tarifas de gas.

Código de bytes de EVM

Fuente: Trustlook

El bytecode de EVM es el lenguaje de máquina de bajo nivel que ejecuta la Máquina Virtual de Ethereum (EVM). Una vez que un contrato inteligente se escribe en un lenguaje de alto nivel como Solidity o Vyper, se compila en bytecode. 

Luego, este código de bytes se almacena en la cadena de bloques de Ethereum y lo ejecuta el EVM cada vez que se llama al contrato.

El código de bytes de la EVM se compone de códigos de operación , que son instrucciones individuales que la EVM puede comprender, como operaciones aritméticas, comandos de almacenamiento de datos o instrucciones de flujo de control.

Por ejemplo, un código de operación ADD le indica al EVM que agregue dos números en la pila, mientras que un código de operación SSTORE almacena un valor en el almacenamiento del contrato. 

Cada código de operación tiene un costo de gas específico, y optimizar cómo se estructura el código de bytes puede ayudar a reducir el gas necesario para ejecutar el contrato.

Por ejemplo, un contrato diseñado para gestionar transferencias de tokens incluiría instrucciones de código de bytes para verificar saldos, actualizar el almacenamiento y emitir eventos. 

La EVM lee y ejecuta estas instrucciones cada vez que se invoca el contrato, lo que garantiza el mismo resultado en todos los nodos de la red Ethereum.

Costos, tarifas y eficiencia del gas

Fuente: Finematics

Los costes y las tarifas del gas desempeñan un papel fundamental a la hora de determinar la eficiencia y la escalabilidad de los contratos inteligentes y las dApps en la Máquina Virtual de Ethereum (EVM).

Cálculo y eficiencia del gas

En la Máquina Virtual de Ethereum (EVM), el gas representa el costo computacional necesario para ejecutar una transacción o un contrato inteligente. Cada operación realizada por la EVM, ya sea una simple suma o la escritura de datos en el almacenamiento, tiene un costo de gas específico.

Por ejemplo, una operación básica como sumar dos números cuesta 3 unidades de gas, mientras que almacenar datos en un contrato utilizando el código de operación STORE puede costar hasta 20,000 unidades de gas.

El gas se paga en Ether (ETH), y el coste total del gas de una transacción se calcula multiplicando el gas utilizado por el precio del gas.

El precio del gas lo establece el usuario y representa la cantidad de Ether que está dispuesto a pagar por unidad de gas. Si la red está congestionada, los usuarios pueden establecer un precio de gas más alto para incentivar a los mineros o validadores a priorizar sus transacciones. 

El uso eficiente del gas es crucial, ya que los contratos mal optimizados pueden resultar en tarifas más altas, haciendo que las transacciones sean más caras para los usuarios.

Por ejemplo, transferir Ether entre cuentas cuesta 21,000 unidades de gas, pero interactuar con contratos inteligentes complejos puede costar significativamente más, especialmente si el contrato implica múltiples cambios de almacenamiento o llamadas de funciones.

Técnicas para la optimización del gas

La optimización del gas es fundamental para los desarrolladores de contratos inteligentes, ya que reducir el consumo puede reducir significativamente los costos de transacción. Algunas técnicas comunes para optimizar el gas incluyen:

• Minimizar las escrituras de almacenamientoDado que almacenar datos en la cadena de bloques es una de las operaciones más costosas, los desarrolladores pueden optimizar el uso del gas minimizando la cantidad de veces que se escriben datos en el almacenamiento. 

Por ejemplo, en lugar de actualizar repetidamente el saldo de un usuario durante múltiples transacciones, los desarrolladores podrían realizar actualizaciones por lotes para reducir la cantidad de operaciones de almacenamiento.

• Estructuras de datos eficientesElegir las estructuras de datos adecuadas puede ayudar a reducir los costos de gas. Por ejemplo, usar matrices más pequeñas o tipos de datos más compactos puede reducir el uso de almacenamiento, lo que reduce... tarifas de gas. 

Los desarrolladores suelen preferir uint8 o uint16 a uint256 si los números más pequeños son suficientes para la lógica del contrato.

• Optimización de bucles y funcionesLos bucles y las tareas repetitivas pueden aumentar rápidamente el consumo de gas. Los desarrolladores pueden reducir los costos de gas limitando el número de iteraciones en los bucles o refactorizando el código para eliminar cálculos innecesarios. 

Por ejemplo, los contratos deberían evitar bucles complejos que iteren sobre grandes conjuntos de datos, ya que pueden resultar costosos.

Al aplicar estas y otras técnicas de optimización, los desarrolladores pueden crear contratos que sean más eficientes y rentables para los usuarios.

Límite de gas y escenarios de falta de gas

Cada transacción de Ethereum debe incluir un límite de gas , que establece la cantidad máxima de gas que un usuario está dispuesto a gastar en esa transacción.

Este límite de gas garantiza que los usuarios no agoten accidentalmente todo su Ether en una transacción que dura demasiado tiempo. 

Si la transacción supera el límite de gas antes de completarse, se produce un error por falta de gas y la transacción falla.

Por ejemplo, si un usuario establece un límite de gas de 50,000 unidades de gas para una transacción que en última instancia requiere 60,000 unidades de gas, la transacción se detendrá a mitad de camino y no se realizarán cambios en la cadena de bloques. 

El usuario sigue perdiendo el Ether gastado en gas hasta el momento del fallo. Por lo tanto, es importante que usuarios y desarrolladores calculen con precisión los límites de gas para evitar transacciones fallidas.

En los contratos inteligentes complejos, los desarrolladores a menudo incluyen controles de gas para garantizar que las transacciones no se queden sin gas inesperadamente. 

De manera similar, los usuarios pueden ajustar su límite de gas en función de la complejidad esperada de la transacción para garantizar que se complete con éxito.

Seguridad en la EVM

La seguridad en la máquina virtual Ethereum (EVM) es fundamental para garantizar la integridad y la seguridad de los contratos inteligentes y las aplicaciones descentralizadas.

Vulnerabilidades comunes en los contratos inteligentes

Los contratos inteligentes implementados en la máquina virtual Ethereum (EVM) están expuestos a diversas vulnerabilidades debido a su naturaleza inmutable y pública. 

Una vez implementados, los contratos inteligentes no se pueden modificar, por lo que es fundamental garantizar su seguridad. Algunas de las vulnerabilidades más comunes incluyen:

• Ataques de reentradaUn ataque de reentrada ocurre cuando un contrato externo reenvía el contrato original antes de que se complete la ejecución inicial. Esto puede permitir al atacante explotar el estado del contrato, como drenar fondos repetidamente antes de que se actualice el saldo del contrato. 

Por ejemplo, el infame hackeo de DAO en 2016 explotó una vulnerabilidad de reentrada, lo que llevó al robo de millones de Ether.

• Desbordamiento/subdesbordamiento de enterosEn los contratos inteligentes, las operaciones con números enteros deben gestionarse con cuidado. Si un número supera o supera la capacidad del tipo de dato, se produce un desbordamiento o subdesbordamiento. 

Esto puede llevar a un comportamiento contractual incorrecto, como la acuñación no autorizada de tokens o la manipulación del valor.

• Denegación de servicio (DoS)Los ataques DoS pueden ocurrir cuando un contrato se sobrecarga deliberadamente con un exceso de datos o transacciones, lo que lo inutiliza. Los atacantes también pueden aprovechar las limitaciones de gas, lo que encarece demasiado la ejecución de las funciones del contrato para los usuarios legítimos.

Estas vulnerabilidades pueden provocar la pérdida de fondos, el mal funcionamiento de los contratos o la inestabilidad de la red. Por lo tanto, los desarrolladores deben seguir las mejores prácticas y realizar pruebas exhaustivas para mitigar los riesgos antes de implementar los contratos.

Mecanismos de seguridad de EVM

La Máquina Virtual Ethereum incorpora varios mecanismos de seguridad para proteger los contratos y garantizar la integridad de las transacciones. Estos mecanismos incluyen:

• Limitación de gasEl sistema de gas actúa como una barrera protectora contra bucles infinitos o cálculos excesivos. Cada transacción está limitada por la cantidad de gas que proporciona el usuario, lo que garantiza que un contrato no pueda ejecutarse indefinidamente ni consumir recursos excesivos. 

Esto ayuda a prevenir el abuso de la red y protege los contratos de ataques DoS debido a bucles infinitos.

• IsolationLa EVM aísla los contratos inteligentes entre sí. Los contratos se ejecutan en un entorno aislado, lo que significa que solo pueden interactuar con otros contratos y datos mediante funciones definidas explícitamente. 

Esto garantiza que incluso si un contrato se ve comprometido, no puede interferir directamente con la ejecución de otros contratos o datos almacenados en cuentas separadas.

• Verificación de firmaLa EVM garantiza que las transacciones iniciadas por cuentas externas se firmen correctamente mediante claves criptográficas. Esto evita el acceso no autorizado o la manipulación de las transacciones, ya que solo el titular de una clave privada puede iniciar una transacción desde su cuenta.

Si bien estos mecanismos proporcionan un nivel básico de seguridad, los desarrolladores siguen siendo responsables de proteger la lógica de sus contratos y evitar vulnerabilidades conocidas.

Auditoría de contratos inteligentes para la seguridad de EVM

La auditoría es un paso fundamental para garantizar la seguridad de los contratos inteligentes antes de que se implementen en la red Ethereum. 

Una auditoría de contratos inteligentes implica revisar el código base del contrato, identificar posibles vulnerabilidades y garantizar que cumpla con las mejores prácticas. El proceso de auditoría generalmente se centra en:

• Revisión de códigoLos auditores revisan el código del contrato línea por línea para detectar errores, vulnerabilidades y lógica ineficiente. Esto puede ayudar a detectar problemas como desbordamientos de enteros, controles de acceso inadecuados o llamadas externas vulnerables.
• PruebasLos auditores realizan pruebas manuales y automatizadas del contrato. Esto incluye pruebas unitarias para funciones individuales y pruebas de simulación para evaluar el comportamiento del contrato en diversos escenarios, como un alto volumen de transacciones o casos extremos.
• Verificación formalEn algunos casos, se utilizan métodos formales para demostrar matemáticamente la corrección del comportamiento de un contrato inteligente. Esto puede proporcionar un mayor nivel de seguridad, especialmente para contratos de alto riesgo, como los utilizados en aplicaciones de finanzas descentralizadas (DeFi).

Empresas de auditoría como CertiK y OpenZeppelin se especializan en realizar revisiones exhaustivas de contratos inteligentes para identificar riesgos y recomendar mejoras. Una auditoría exhaustiva puede ayudar a minimizar las vulnerabilidades, garantizando así el funcionamiento seguro del contrato en la máquina virtual de datos (EVM).

Casos de uso de EVM

La máquina virtual Ethereum (EVM) juega un papel importante al impulsar diversas aplicaciones blockchain, desde las finanzas descentralizadas (DeFi) hasta los NFT y los contratos inteligentes.

Aplicaciones descentralizadas (dApps)

Fuente: Manakin azul

Las aplicaciones descentralizadas (dApps) son programas de software que se ejecutan en una red blockchain y generalmente utilizan contratos inteligentes para su lógica de backend. 

La máquina virtual Ethereum (EVM) juega un papel importante en la ejecución de estas dApps, ya que les permite interactuar con la cadena de bloques de manera segura y descentralizada.

Por ejemplo, dApps populares como Uniswap (un intercambio descentralizado) y Aave (una plataforma de préstamos descentralizada) utilizan el EVM para procesar transacciones, préstamos y otras interacciones sin depender de una autoridad central. 

Puedes interactuar directamente con la blockchain, y la EVM garantiza que todas las transacciones se ejecuten según lo estipulado en el código del contrato inteligente. Este enfoque descentralizado mejora la seguridad, la transparencia y el control del usuario sobre sus fondos o datos.

Contratos Inteligentes

Los contratos inteligentes son acuerdos autoejecutables cuyos términos se escriben directamente en el código. La máquina virtual de ejecución (EVM) se encarga de ejecutar estos contratos, garantizando que funcionen exactamente como se espera una vez implementados. 

Estos contratos automatizan una amplia gama de procesos, desde simples transferencias de tokens hasta acuerdos financieros complejos, y son fundamentales para muchos servicios basados ​​en Ethereum.

Por ejemplo, se puede crear un servicio de depósito en garantía utilizando un contrato inteligente, donde los fondos se retienen hasta que se cumplan condiciones predefinidas. 

Una vez verificadas dichas condiciones (como la entrega de la mercancía), la EVM libera automáticamente los fondos al vendedor, eliminando la necesidad de intermediarios. El uso de contratos inteligentes reduce costes, aumenta la eficiencia y facilita interacciones sin necesidad de confianza entre las partes.

Plataformas DeFi

Las plataformas de finanzas descentralizadas (DeFi) aprovechan la EVM para crear productos y servicios financieros que no dependen de los intermediarios financieros tradicionales.

Estas plataformas ofrecen a los usuarios diversas herramientas financieras, como préstamos, empréstitos, comercio y cultivo de rendimiento, directamente en la cadena de bloques.

Por ejemplo, Compound y MakerDAO son dos plataformas DeFi basadas en la red Ethereum. Permiten a los usuarios prestar o pedir prestado criptomonedas sin necesidad de un banco. 

La EVM garantiza que los protocolos de préstamo se ejecuten de forma segura, calculando automáticamente las tasas de interés, los requisitos de garantía y otros factores. 

Puede ganar intereses o solicitar préstamos interactuando con estas plataformas a través de contratos inteligentes, y la EVM garantiza que se cumplan todos los términos.

Fichas no fungibles (NFT)

Los tokens no fungibles (NFT) son activos digitales únicos que representan la propiedad de un artículo o contenido específico, como arte, música o artículos de colección.

La EVM permite la creación y transferencia de NFT a través de contratos inteligentes que siguen estándares como ERC-721 o ERC-1155.

Por ejemplo, plataformas como OpenSea y Rarible utilizan la EVM para acuñar, comprar y vender NFT. Cuando un usuario compra un NFT, la EVM registra la transferencia de propiedad en la blockchain de Ethereum, lo que garantiza que el comprador tenga un registro de propiedad verificable e inmutable. 

Los NFT han cambiado industrias como el arte digital y los videojuegos al permitir a los creadores tokenizar su trabajo y venderlo directamente a coleccionistas, con todas las transacciones procesadas y protegidas por el EVM.

Implementaciones de EVM entre cadenas y multicadena

La Máquina Virtual de Ethereum (EVM) ya no se limita a Ethereum, ya que ahora impulsa aplicaciones en múltiples cadenas de bloques a través de implementaciones entre cadenas y multicadena.

EVM en otras cadenas de bloques

La máquina virtual Ethereum (EVM) ha sido adoptada por varias cadenas de bloques más allá de Ethereum, lo que permite a los desarrolladores crear y ejecutar contratos inteligentes compatibles con Ethereum en otras redes. 

Estas cadenas de bloques implementan la EVM para dar soporte a las mismas aplicaciones basadas en Solidity, lo que facilita a los desarrolladores la implementación de dApps en múltiples plataformas. Algunos ejemplos incluyen:

• Cadena inteligente Binance (BSC)BSC es una blockchain compatible con EVM que permite a los desarrolladores portar dApps de Ethereum con cambios mínimos. Ofrece transacciones más rápidas y comisiones más bajas en comparación con Ethereum, lo que la hace atractiva para ciertas aplicaciones descentralizadas, como exchanges descentralizados (DEX) y plataformas de cultivo de rendimiento.
• Polígono (anteriormente Matic)Polygon es una solución de escalado de Capa 2 para Ethereum compatible con EVM, lo que permite que las dApps de Ethereum funcionen con comisiones de transacción reducidas y tiempos de procesamiento más rápidos. Se utiliza ampliamente para juegos, mercados NFT y aplicaciones DeFi.
• Avalancha y FantomTanto Avalanche como Fantom son cadenas de bloques de alto rendimiento que implementan EVM, lo que brinda a los desarrolladores de Ethereum la oportunidad de escalar sus aplicaciones a nuevas redes con mayor velocidad y menores costos.

Estas cadenas compatibles con EVM mejoran el ecosistema de Ethereum al proporcionar plataformas alternativas con ventajas distintivas, como escalabilidad y asequibilidad, al tiempo que mantienen la compatibilidad con las dApps basadas en Ethereum.

Soluciones EVM y de capa 2

Fuente: BTSE

Las soluciones de capa 2 se construyen sobre Ethereum para ayudar a escalar la red, reducir las tarifas de transacción y aumentar el rendimiento sin alterar la capa base (capa 1).

Muchas soluciones de Capa 2 están diseñadas para ser compatibles con EVM, lo que garantiza una transición fluida para las dApps que ya se ejecutan en Ethereum. Algunos ejemplos clave incluyen:

• Rollups optimistasSoluciones como Optimism y Arbitrum utilizan rollups optimistas para agrupar múltiples transacciones fuera de la cadena y enviar una única prueba a la cadena principal de Ethereum. Son compatibles con EVM, lo que permite a los desarrolladores migrar sus contratos inteligentes con ajustes mínimos.
• zk-rollupsLos zk-Rollups, como los desarrollados por zkSync, utilizan pruebas de conocimiento cero para verificar la validez de las transacciones fuera de la cadena. Estos rollups también son compatibles con EVM y están diseñados para reducir la carga computacional en Ethereum, manteniendo la seguridad.

Las soluciones de capa 2 reducen significativamente las tarifas de gas y aumentan el rendimiento de la red Ethereum, al mismo tiempo que siguen utilizando el EVM para la ejecución de contratos, lo que las hace importantes para la estrategia de escalabilidad de Ethereum.

Evolución del EVM

Con el tiempo, la EVM se ha adaptado para superar sus limitaciones, con desarrollos como Ethereum 2.0 y soluciones de Capa 2 que prometen una máquina virtual más eficiente.

Limitaciones del EVM

La máquina virtual Ethereum ha demostrado ser una herramienta poderosa para aplicaciones descentralizadas, pero tiene ciertas limitaciones:

• Cuellos de botella de rendimientoLa EVM procesa las transacciones secuencialmente, lo que puede provocar tiempos de ejecución lentos, especialmente durante congestiones de la red. Esto genera altas comisiones de gas y retrasos en la confirmación de las transacciones.
• Ineficiencia del gasAlgunas operaciones de EVM son costosas en términos de gas, especialmente en lo que respecta al almacenamiento y ciertas operaciones aritméticas. Esto limita la complejidad de los contratos inteligentes, ya que los desarrolladores deben optimizar constantemente la eficiencia del gas para evitar que las transacciones sean prohibitivamente caras.
• Falta de paralelizaciónEl diseño actual de la EVM no permite la ejecución paralela de transacciones, lo que significa que todas las operaciones deben procesarse una a la vez. Esto limita la escalabilidad y el rendimiento, especialmente a medida que crece la demanda de la red Ethereum.

Estas limitaciones impulsan la investigación y el desarrollo continuos destinados a mejorar o reemplazar partes del EVM para aumentar su rendimiento, escalabilidad y eficiencia.

Ethereum 2.0 y el futuro de la EVM

Con la transición a Ethereum 2.0 (ETH2), la red Ethereum está pasando de un mecanismo de consenso de prueba de trabajo (PoW) a uno de prueba de participación (PoS) .

Esta actualización busca mejorar la escalabilidad, la seguridad y la eficiencia energética. Sin embargo, el EVM en sí no se reemplaza, sino que se evoluciona para funcionar en este nuevo ecosistema.

• Cadenas de fragmentosEthereum 2.0 introduce la fragmentación, donde la red se divide en cadenas más pequeñas (fragmentos) que procesan transacciones en paralelo. Esto podría aliviar la congestión y reducir las comisiones de gas, pero requerirá ajustes en la interacción de la EVM con estas cadenas de fragmentos.
• Entornos de ejecución:En Ethereum 2.0, hay planes para crear entornos de ejecución, que funcionará junto con EVM para soportar aplicaciones más complejas y permitir que otras máquinas virtuales coexistan en Ethereum. 

Esto podría abrir la puerta a una mayor flexibilidad en cómo se ejecutan los contratos inteligentes y mejorar el rendimiento sin cambiar fundamentalmente el EVM.

La hoja de ruta de Ethereum 2.0 señala un papel continuo para la EVM en el futuro de la red, pero con una escalabilidad y adaptabilidad mejoradas.

Innovaciones y actualizaciones del EVM

Se están realizando varios esfuerzos para mejorar la EVM y hacerla más eficiente y versátil. Algunas innovaciones destacadas incluyen:

• EVM 384Esta propuesta busca ampliar los tipos de datos nativos de la EVM, lo que permite operaciones criptográficas más eficientes, que actualmente consumen mucha energía. Al ampliar el tamaño de palabra de la EVM, se podrían optimizar ciertos cálculos, reduciendo así el coste de operaciones complejas.
• eWASM (Ethereum WebAssembly)eWASM es una iniciativa para reemplazar la EVM con WebAssembly (WASM), una máquina virtual más moderna y versátil. WASM es más rápido, admite ejecución paralela y se usa ampliamente fuera de las aplicaciones blockchain. 

Si se implementa por completo, eWASM permitiría a Ethereum procesar contratos de manera más eficiente y abrir la red a desarrolladores familiarizados con los principales lenguajes de programación.

• Abstracción de cuentaEsta actualización propuesta busca simplificar la interacción de las cuentas y los contratos con la red. Al simplificar ciertas complejidades relacionadas con la verificación de firmas y la gestión de transacciones, esta actualización permitiría diseños de contratos inteligentes más flexibles e intuitivos, mejorando así la funcionalidad de la EVM.

Estas innovaciones tienen como objetivo garantizar que la EVM siga siendo competitiva y capaz de respaldar el crecimiento de Ethereum a largo plazo.

Ecosistema y herramientas de EVM

La máquina virtual Ethereum (EVM) tiene un ecosistema creciente de herramientas diseñadas para ayudar a los desarrolladores a crear, probar y optimizar contratos inteligentes de manera eficiente.

Herramientas para desarrolladores de EVM

Se ha creado una amplia gama de herramientas para desarrolladores para que trabajar con la Máquina Virtual Ethereum (EVM) sea más eficiente y fácil de usar. 

Estas herramientas ayudan a los desarrolladores a escribir, compilar, implementar y probar contratos inteligentes, garantizando su optimización en términos de rendimiento y seguridad. Algunas de las herramientas más populares incluyen:

• Remezclar IDERemix es un entorno de desarrollo integrado (IDE) web para escribir y probar contratos inteligentes. Es compatible con Solidity, el lenguaje principal para escribir contratos inteligentes de Ethereum, y ofrece un conjunto de herramientas de depuración e implementación. Es ampliamente utilizado tanto por desarrolladores principiantes como experimentados gracias a su facilidad de uso y flexibilidad.
• Suite TrufaTruffle es un framework de desarrollo que simplifica el proceso de creación de aplicaciones descentralizadas (dApps). Incluye un conjunto de bibliotecas para gestionar contratos, ejecutar pruebas automatizadas e interactuar con la blockchain de Ethereum. Truffle también se integra con otras herramientas como Ganache, que simula una blockchain localmente para realizar pruebas.
• Casco de seguridadHardhat es otro entorno de desarrollo popular que ofrece amplias funciones para compilar contratos inteligentes, depurar y ejecutar pruebas. Es compatible con Solidity y ofrece complementos flexibles, como la posibilidad de ejecutar la EVM localmente para iteraciones rápidas durante el desarrollo.

Estas herramientas agilizan el proceso de desarrollo y ayudan a garantizar que los desarrolladores puedan crear, probar e implementar de manera eficiente sus aplicaciones basadas en EVM.

Depuración y pruebas de EVM

La depuración y las pruebas son pasos cruciales en el desarrollo de contratos inteligentes, dada la naturaleza inmutable de las transacciones de blockchain. 

Una vez implementado un contrato inteligente, los errores no se pueden corregir fácilmente, por lo que realizar pruebas rigurosas es esencial. Algunas herramientas clave para la depuración y las pruebas incluyen:

• ganacheGanache, parte de la suite Truffle, es un emulador local de blockchain que permite a los desarrolladores crear una red Ethereum personal. Simula la blockchain, lo que permite a los desarrolladores probar contratos inteligentes sin pagar comisiones de gas ni esperar confirmaciones de la red principal de Ethereum. Esto lo hace ideal para probar la funcionalidad de los contratos en diversas condiciones.
• Depurador de casco duroHardhat proporciona herramientas de depuración integradas que permiten a los desarrolladores inspeccionar la ejecución de los contratos inteligentes paso a paso. Esto facilita la identificación de problemas en la lógica o la detección de posibles ineficiencias de gas. La herramienta permite realizar pruebas en tiempo real en una red local, lo que reduce el riesgo de implementar contratos con errores o ineficientes.
• Cobertura de solidezSolidity Coverage es una herramienta que mide la proporción de código de un contrato inteligente que se ha probado. Esto garantiza que las funciones críticas y los casos extremos se cubran en las pruebas, reduciendo el riesgo de vulnerabilidades no descubiertas en el contrato implementado.

Las pruebas exhaustivas con estas herramientas ayudan a prevenir errores costosos y vulnerabilidades de seguridad en los contratos en vivo.

Emuladores y simuladores de EVM

Los emuladores y simuladores de EVM permiten a los desarrolladores imitar el entorno de ejecución de la red Ethereum en sus máquinas locales. 

Estas herramientas facilitan las pruebas, el ajuste del rendimiento y la depuración de contratos inteligentes antes de su implementación en la red principal. Algunos simuladores y emuladores ampliamente utilizados incluyen:

• ganacheComo emulador de blockchain, Ganache permite a los desarrolladores ejecutar una blockchain local de Ethereum para probar transacciones, implementar contratos y monitorear el consumo de gas en un entorno controlado. Los desarrolladores pueden simular interacciones reales, lo que les ayuda a optimizar sus dApps y contratos.
• Patio de juegos EVMEVM Playground es una herramienta basada en navegador que permite a los desarrolladores escribir, compilar y ejecutar código de bytes de EVM directamente en un entorno de pruebas. Esto resulta especialmente útil para desarrolladores que desean explorar el comportamiento de códigos de operación específicos de EVM o resolver problemas de contratos de bajo nivel.
• ethfiddleEthFiddle es una herramienta en línea ligera que permite a los usuarios experimentar con fragmentos de código de Solidity en tiempo real. Los desarrolladores pueden compartir y probar fragmentos de código rápidamente, lo que la convierte en una herramienta colaborativa para depurar y probar pequeñas porciones de código.

Estos emuladores y simuladores son esenciales para garantizar que los contratos inteligentes funcionen como se espera antes de la implementación, ahorrando tiempo y recursos en el proceso de desarrollo.

Conclusión

La máquina virtual Ethereum (EVM) es la columna vertebral de la cadena de bloques Ethereum, que impulsa aplicaciones descentralizadas, contratos inteligentes, plataformas DeFi y NFT. 

Su compatibilidad entre cadenas y su papel en las soluciones de capa 2 resaltan su importancia en el ecosistema blockchain más amplio. 

Sin embargo, también enfrenta limitaciones, como ineficiencias del gas y falta de paralelización, que actualizaciones continuas como Ethereum 2.0 e innovaciones como eWASM buscan abordar. 

Con un sólido ecosistema de herramientas para desarrolladores, sistemas de depuración y emuladores, la EVM continúa desarrollándose, lo que garantiza que siga siendo el motor clave para el creciente panorama descentralizado de Ethereum.

A medida que avanza la tecnología blockchain, la EVM continuará adaptándose y mejorando, impulsando el futuro de las aplicaciones descentralizadas y los contratos inteligentes en diversas plataformas.

Preguntas frecuentes sobre la máquina virtual Ethereum (EVM) 

Esta sección de preguntas frecuentes aborda algunas preguntas comunes que pueden ayudarle a limitar sus opciones:

¿Funciona EVM en otras cadenas de bloques?

Sí, la EVM es compatible con muchas otras cadenas de bloques, como Binance Smart Chain, Avalanche y Polygon, lo que les permite ejecutar aplicaciones basadas en Ethereum.

¿Qué lenguaje de programación se utiliza para el EVM?

El lenguaje de programación principal utilizado para EVM es Solidity, que se compila en código de bytes EVM para su ejecución en la red Ethereum.

¿Cómo calcula la EVM las tarifas del gas?

La EVM calcula las tarifas de gas en función de los recursos computacionales necesarios para cada transacción o ejecución de contrato inteligente; las operaciones más complejas requieren mayor cantidad de gas.

¿Puede la EVM ejecutar cualquier tipo de código?

Sí, la EVM es Turing-completa, lo que significa que puede ejecutar cualquier algoritmo computacional, si se le da suficiente tiempo y recursos.

¿Cómo mejoran las soluciones de capa 2 el EVM?

Las soluciones de capa 2 mejoran la EVM al descargar transacciones de la red principal de Ethereum, lo que reduce la congestión y baja las tarifas del gas.

¿Se utiliza EVM en todas las aplicaciones basadas en Ethereum?

Sí, todas las aplicaciones descentralizadas (dApps) y los contratos inteligentes en la red Ethereum se ejecutan utilizando EVM.

¿Cómo gestiona la EVM la seguridad de los contratos inteligentes?

La EVM refuerza la seguridad al ejecutar contratos inteligentes en un entorno aislado, evitando que el código malicioso afecte a otros contratos o a la red.

¿Qué son los códigos de operación EVM?

Los códigos de operación EVM son instrucciones de bajo nivel ejecutadas por el EVM para realizar tareas como operaciones matemáticas, almacenamiento de datos y flujo de control en contratos inteligentes.