Qu'est-ce que la machine virtuelle Ethereum et comment fonctionne-t-elle ?

Ethereum est devenu la plateforme de contrats intelligents la plus populaire, principalement grâce à la machine virtuelle Ethereum (EVM). 

Dans la technologie blockchain, l'EVM est indispensable, gérant tout, depuis la maintenance des contrats intelligents jusqu'à l'exécution d'applications décentralisées. 

Mais il reste encore de nombreux obstacles à surmonter, comme les problèmes d’entartrage et les inefficacités du gaz. 

Cet article vise à vous aider à comprendre les avantages et les inconvénients de l'EVM dans l'environnement blockchain dynamique en décortiquant son architecture, les outils disponibles et les plans de mise à jour à venir.

Points clés à retenir

• La machine virtuelle Ethereum (EVM) est essentielle pour exécuter des contrats intelligents et des applications décentralisées (dApps) sur la blockchain Ethereum.
• L'EVM est largement adopté sur plusieurs blockchains comme Binance Smart Chain et Polygon, permettant une compatibilité inter-chaînes.
• Les solutions de couche 2 telles que Optimistic Rollups et zk-Rollups utilisent l'EVM pour améliorer l'évolutivité d'Ethereum et réduire les frais de gaz.
• L'EVM présente des limites, notamment des inefficacités en matière de gaz et un manque de traitement parallèle, qui peuvent nuire aux performances.
• Les développeurs ont accès à une variété d'outils, notamment Remix, Truffle et Hardhat, pour aider à créer, tester et déboguer des contrats intelligents sur l'EVM.
• Les émulateurs et simulateurs EVM comme Ganache permettent aux développeurs de tester les contrats intelligents localement avant de les déployer sur le réseau principal, réduisant ainsi les erreurs et les coûts.

Qu'est-ce que la machine virtuelle Ethereum (EVM) ?

Source: Moyenne

La machine virtuelle Ethereum (EVM) est le moteur de calcul principal qui alimente Ethereum, responsable de l'exécution de contrats intelligents et de l'exécution d'applications décentralisées (dApps) sur la blockchain. 

Il agit comme un ordinateur global et décentralisé où n’importe qui peut déployer et exécuter du code de manière sans confiance. 

L'EVM traite les instructions écrites dans des langages de programmation de haut niveau, comme Solidity, et les traduit en bytecode de bas niveau, qu'il peut exécuter. 

Ce bytecode est stocké sur la blockchain Ethereum et s'exécute sur chaque nœud du réseau, garantissant une exécution uniforme du contrat sur l'ensemble du système.

L’une des principales caractéristiques de l’EVM est sa capacité à gérer des contrats intelligents, des accords auto-exécutables avec des règles et des conditions prédéfinies. 

Ces contrats s'exécutent dans un environnement isolé sur l'EVM, ce qui signifie qu'ils n'affectent pas les autres parties du système, garantissant ainsi la sécurité et la fiabilité. 

De plus, l'EVM est une architecture basée sur une pile, qui traite les commandes en poussant et en faisant sortir des données vers et depuis une pile. 

Ce processus de calcul est contrôlé par un système de gaz, qui oblige les utilisateurs à payer pour l’exécution des opérations, contribuant ainsi à prévenir les abus et à garantir une utilisation efficace des ressources.

Architecture de la machine virtuelle Ethereum

La machine virtuelle Ethereum (EVM) fonctionne comme une architecture basée sur une pile, ce qui signifie qu'elle exécute des instructions à l'aide d'une structure de données appelée pile. 

Dans ce modèle, l'EVM traite les commandes en poussant et en faisant sortir des valeurs vers et depuis la pile, où chaque élément a une taille de 256 bits. 

La pile est essentielle au traitement des calculs, car l'EVM ne dispose pas de registres à usage général comme les ordinateurs traditionnels. Elle sert plutôt de mémoire temporaire pour la manipulation des données lors de l'exécution des contrats intelligents. 

Par exemple, lors de l'exécution d'une opération mathématique comme une addition, l'EVM pousse les deux nombres sur la pile, les additionne, puis stocke le résultat sur la pile.

Cette conception basée sur la pile permet à l'EVM d'être efficace et prévisible lors de l'exécution des instructions du contrat intelligent. 

Il simplifie la gestion des données temporaires, réduisant ainsi la complexité par rapport aux systèmes basés sur des registres. 

Cependant, la pile de l'EVM présente des limitations, telles qu'une profondeur fixe de 1 024 éléments, ce qui signifie que des opérations trop complexes peuvent entraîner des erreurs de débordement de pile si cette limite est dépassée.

Composants de l'EVM

Source: ResearchGate

La machine virtuelle Ethereum (EVM) se compose de plusieurs composants clés qui fonctionnent ensemble pour exécuter des contrats intelligents et gérer des applications décentralisées.

Exécution de code

Dans la machine virtuelle Ethereum (EVM), les contrats intelligents sont écrits dans des langages de haut niveau comme Solidity. Ces contrats sont ensuite compilés en bytecode, un code de bas niveau compris par l'EVM. 

Ce bytecode est stocké sur la blockchain, et chaque fois qu'un contrat est appelé, l'EVM exécute ce bytecode étape par étape.

Lorsqu'un contrat est exécuté, l'EVM exécute chaque instruction une par une, gérant la logique comme les calculs, le stockage des données et la communication avec d'autres contrats. 

Par exemple, si un contrat est écrit pour transférer des jetons d'un utilisateur à un autre, l'EVM traite le bytecode pour mettre à jour les soldes dans le stockage du contrat. 

Cela garantit que le transfert respecte les règles du contrat et que tous les nœuds du réseau Ethereum atteignent le même résultat.

Modèle de mémoire et de stockage

L'EVM utilise deux types distincts de stockage de données : Mémoire et storage. 

Mémoire est temporaire et n'existe que pendant l'exécution d'un contrat intelligent. Il sert à stocker des données intermédiaires, telles que des calculs ou des variables nécessaires temporairement. 

Par exemple, lors de l'addition de deux nombres dans un contrat, le résultat peut être stocké en mémoire avant tout traitement ultérieur. Comme la mémoire est effacée après la fin de la transaction, son utilisation est plus efficace et plus économique que le stockage.

Stockage est permanent et conserve les données même après la fin d'une transaction. Le stockage permet de sauvegarder des informations importantes, comme le solde des jetons ou l'état des contrats, qui doivent perdurer dans le temps. 

Par exemple, dans un contrat de jeton, le solde de chaque utilisateur est stocké ici. La modification des données stockées est plus coûteuse en gaz (frais de calcul), c'est pourquoi les développeurs cherchent à utiliser le stockage avec parcimonie afin d'optimiser les coûts.

Stack

L'EVM est une machine basée sur une pile, ce qui signifie qu'elle utilise une structure de données appelée empiler pour gérer les opérations. 

La pile est comparable à une liste où les données ne peuvent être ajoutées ou supprimées que par le haut, selon le principe du « dernier entré, premier sorti » (LIFO). Chaque élément placé sur la pile a une taille de 256 bits, ce qui correspond à la taille de mot de l'EVM.

Par exemple, si l'EVM doit ajouter deux nombres, il pousse ces nombres sur la pile. 

Ensuite, l'addition est effectuée en les extrayant, en les traitant et en replaçant le résultat sur la pile. La pile peut contenir jusqu'à 1 024 éléments ; si cette limite est dépassée, la transaction échoue. 

La simplicité de la pile permet à l'EVM de gérer les calculs efficacement, mais cela signifie également que des opérations trop complexes pourraient entraîner des erreurs si la pile se remplit.

Gaz et frais

Le gaz est un élément fondamental de l'EVM, garantissant l'efficacité et la sécurité du réseau. Chaque opération exécutée sur l'EVM nécessite une certaine quantité de gaz, que les utilisateurs doivent payer en Ether (la cryptomonnaie native d'Ethereum). Le gaz sert de frais pour l'utilisation des ressources de calcul de l'EVM, empêchant ainsi les abus et le spam.

Par exemple, des opérations simples comme l’addition de deux nombres peuvent coûter 3 unités de gaz, tandis que des tâches plus complexes, comme l’écriture de données dans le stockage, sont beaucoup plus coûteuses. 

Si une transaction manque de gaz avant d'être terminée, elle échoue et toutes les modifications apportées sont annulées, mais le gaz dépensé n'est pas remboursé. 

Ce système de gaz encourage les développeurs à écrire du code efficace et empêche les opérations inefficaces ou malveillantes de surcharger le réseau.

Codes d'opération EVM

Les opcodes (codes d'opération) sont les instructions de base que l'EVM comprend et exécute. Chaque opcode est une commande simple qui indique à l'EVM l'action à effectuer, comme ajouter des nombres, stocker des données ou accéder à une autre partie du code. 

Il y a plus de 140 opcodes dans l'EVM, et chacun d'eux a un coût de gaz spécifique qui lui est associé.

Par exemple :

• ADD: Prend deux nombres de la pile, les additionne et renvoie le résultat. Cela coûte 3 unités de gaz.
• MAGASINStockage des données dans le stockage du contrat. Cette opération est l'une des plus coûteuses, coûtant 20 000 unités de gaz.

L'EVM traite les contrats intelligents et garantit que chaque instruction est exécutée avec précision sur l'ensemble du réseau Ethereum en exécutant ces opcodes étape par étape.

Données d'appel

Les données d'appel désignent les données d'entrée envoyées avec une transaction lors de l'appel d'un contrat intelligent. Elles contiennent des informations sur la fonction à exécuter et les paramètres requis par cette fonction. 

Par exemple, si vous transférez des jetons à l'aide d'un contrat intelligent, les données d'appel incluront le nom de la fonction (par exemple, transférer) et les paramètres (l'adresse du destinataire et le montant à transférer).

L'EVM lit ces données d'appel pour comprendre quelle fonction exécuter et comment gérer la transaction. 

Bien que les données d'appel fassent partie de la transaction, leur lecture ne coûte pas de gaz, mais elles ont un coût de gaz basé sur leur taille lorsqu'elles sont incluses dans la transaction.

Taille des mots dans l'EVM

L'EVM fonctionne avec un taille des mots de 256 bits (32 octets). Cela signifie que toutes les données traitées, qu'il s'agisse de nombres, d'adresses ou d'instructions, ont une longueur de 256 bits. 

Ce choix de conception s'aligne sur l'accent mis par Ethereum sur la sécurité cryptographique, car la plupart des opérations cryptographiques (par exemple, le hachage) nécessitent la gestion de grands nombres.

Par exemple, lorsque l'EVM traite une adresse de 32 octets ou calcule le résultat d'une transaction, il utilise la taille de mot de 256 bits. 

Cette taille de mot cohérente rend l'EVM plus sûr et plus efficace dans la gestion des opérations mathématiques complexes nécessaires aux tâches cryptographiques. 

Cependant, cela signifie également que même les valeurs plus petites sont étendues à 256 bits, ce qui peut parfois entraîner des inefficacités dans le traitement des données.

Modèle d'exécution EVM

Source: Documents de base

Le modèle d'exécution EVM définit les règles et les processus selon lesquels les applications décentralisées et les contrats intelligents d'Ethereum sont exécutés sur la blockchain.

Modèle de comptes Ethereum

La machine virtuelle Ethereum (EVM) fonctionne avec deux types de comptes : Comptes détenus en externe (EOA) et Comptes contractuels.

• Comptes détenus en externe (EOA) sont contrôlés par des clés privées et représentent les utilisateurs du réseau. Ces comptes peuvent envoyer et recevoir des Ethers et initier des transactions.
• Comptes contractuels, en revanche, contiennent des codes de contrats intelligents et ne peuvent effectuer des actions que lorsqu'elles sont déclenchées par un EOA ou un autre contrat. Ils ne possèdent pas de clés privées, mais répondent aux appels effectués par d'autres comptes.

Par exemple, lorsque vous envoyez de l'Ether depuis votre portefeuille vers un contrat intelligent, votre EOA interagit avec le compte du contrat, déclenchant son code pour exécuter une fonction spécifique, comme le transfert de jetons ou le stockage de données.

Appels et transactions de messages

Dans l'EVM, les interactions entre les comptes se font via appels de messages et transactions.

• A transaction Il s'agit d'un paquet de données signé envoyé par un EOA. Il peut transférer des Ethers ou appeler une fonction d'un contrat intelligent. Les transactions sont diffusées sur le réseau Ethereum et traitées par des mineurs ou des validateurs.
• A message d'appel Cela se produit lorsqu'un contrat interagit avec un autre contrat ou un EOA. Contrairement aux transactions, les appels de messages sont internes et ne nécessitent pas de signature avec une clé privée.

Par exemple, lorsqu'un utilisateur envoie une transaction à un contrat d'échange décentralisé, le contrat peut effectuer un appel de message à un contrat de jeton pour transférer des jetons au nom de l'utilisateur.

Mécanique des gaz en exécution

L'EVM utilise gaz Pour gérer le coût d'exécution des opérations et prévenir les abus du réseau. Le gaz est une unité qui mesure la quantité de calcul nécessaire à l'exécution d'une transaction ou d'un contrat.

Chaque opération de l'EVM, des calculs mathématiques simples au stockage de données, a un coût fixe en gaz. Avant l'exécution d'une transaction, l'utilisateur doit spécifier une limite de gaz, qui fixe le montant maximal de gaz qu'il est prêt à payer pour cette exécution. 

Si la transaction est à court de gaz avant d'être terminée, elle échoue et toutes les modifications sont annulées, bien que le gaz dépensé ne soit pas remboursé.

Par exemple, l’envoi d’Ether coûte 21 000 unités de gaz, tandis que le stockage de données dans un contrat coûte beaucoup plus cher, potentiellement plus de 20 000 unités de gaz.

Cycle d'exécution EVM

L'EVM exécute les transactions de manière structurée cycle récupérer-décoder-exécuterCe processus comporte plusieurs étapes :

• Chercher: L'EVM récupère l'instruction suivante (opcode) à partir du bytecode du contrat.
• Décoder:L'EVM décode les instructions pour vous aider à comprendre quelle opération effectuer.
• Exécution:L'EVM exécute l'opération, telle qu'un calcul mathématique, une récupération de données ou un appel de contrat.

Ce cycle se répète jusqu'à ce que toutes les instructions soient traitées ou que la transaction soit à court de gaz. Le cycle d'exécution garantit que chaque nœud du réseau Ethereum traite les mêmes instructions, préservant ainsi le consensus.

Cycle de vie du contrat dans l'EVM

Les contrats intelligents dans l'EVM suivent un cycle de vie spécifique, du déploiement à la résiliation éventuelle :

• CréationUn contrat est déployé par l'envoi d'une transaction contenant son bytecode. Une fois déployé, le contrat obtient une adresse unique sur le réseau Ethereum.
• InteractionLes contrats sont déclenchés par des transactions ou des appels de messages. Une fois déclenché, l'EVM exécute le code du contrat, ce qui peut inclure la lecture ou l'écriture de données, l'appel d'autres contrats ou le transfert de fonds.
• Auto-destruction:Les contrats peuvent être résiliés en appelant le AUTODESTRUCTION opcode. Cela supprime le contrat de la blockchain et transfère l'Ether restant à une adresse spécifiée.

Par exemple, un contrat gérant une campagne de financement participatif peut s’autodétruire une fois la campagne terminée, garantissant qu’il ne peut plus être utilisé.

Langages de programmation et EVM

La machine virtuelle Ethereum (EVM) prend en charge plusieurs langages de programmation, permettant aux développeurs d'écrire et de déployer des contrats intelligents de manière transparente.

Solidité et l'EVM

Source: Moyenne

Solidité est le langage de programmation le plus utilisé pour l'écriture contrats intelligents sur Ethereum. Il s'agit d'un langage de haut niveau, typé statiquement, conçu spécifiquement pour la machine virtuelle Ethereum (EVM). 

Solidity permet aux développeurs d'écrire des contrats intelligents qui peuvent être déployés sur la blockchain Ethereum et interagir avec d'autres contrats ou comptes détenus en externe (EOA). 

Le code écrit en Solidity est compilé en Bytecode EVM, qui est le code machine de bas niveau que l'EVM comprend et exécute.

Par exemple, un contrat Solidity de base pour le transfert de jetons définirait des fonctions telles que transfert() pour gérer le mouvement des jetons entre les utilisateurs. 

Lorsque ce contrat est déployé, son code Solidity est compilé en bytecode, et l'EVM exécute ce bytecode chaque fois que le contrat est appelé. 

Solidity prend en charge une variété de types de données et de structures de contrôle, ce qui le rend flexible pour la création de données complexes. applications décentralisées (dApps) comme les échanges décentralisés, les protocoles de prêt ou les normes de jetons (par exemple, ERC-20, ERC-721).

Autres langages compatibles EVM

Bien que Solidity soit le langage dominant, il existe d’autres Langages de programmation compatibles EVM Conçus pour offrir différentes fonctionnalités ou répondre à des cas d'usage spécifiques. Deux exemples notables :

• VyperVyper est une alternative plus simple et plus sécurisée à Solidity. Il vise à simplifier les contrats intelligents en proposant moins de fonctionnalités, ce qui simplifie l'audit et la compréhension du code. Vyper est souvent utilisé dans les applications où la sécurité est essentielle, comme finance décentralisée (DeFi) protocoles.
• YulYul est un langage intermédiaire conçu pour des optimisations plus avancées. De niveau inférieur à Solidity, il permet aux développeurs d'affiner les performances, ce qui le rend utile pour optimiser les coûts de gaz. Yul est souvent utilisé lorsque les développeurs ont besoin d'un contrôle précis sur l'exécution des contrats.

Ces langages sont également compilés en bytecode EVM, ce qui leur permet d'être déployés et exécutés sur le réseau Ethereum, tout comme les contrats basés sur Solidity. 

Par exemple, Vyper peut être choisi pour un projet nécessitant une sécurité stricte, tandis que Yul peut être utilisé dans une dApp critique en termes de performances qui vise à minimiser les frais de gaz.

Bytecode EVM

Source: Look de confiance

Le bytecode EVM est le langage machine de bas niveau qu'exécute la machine virtuelle Ethereum (EVM). Une fois qu'un contrat intelligent est écrit dans un langage de haut niveau comme Solidity ou Vyper, il est compilé en bytecode. 

Ce bytecode est ensuite stocké sur la blockchain Ethereum et exécuté par l'EVM chaque fois que le contrat est appelé.

Le bytecode EVM se compose de codes d'opération, qui sont des instructions individuelles que l'EVM peut comprendre, telles que des opérations arithmétiques, des commandes de stockage de données ou des instructions de flux de contrôle. 

Par exemple, un opcode ADD indique à l'EVM d'ajouter deux nombres sur la pile, tandis qu'un opcode SSTORE stocke une valeur dans le stockage du contrat. 

Chaque opcode a un coût de gaz spécifique, et l'optimisation de la structure du bytecode peut aider à réduire le gaz nécessaire à l'exécution du contrat.

Par exemple, un contrat conçu pour gérer les transferts de jetons inclurait des instructions de bytecode pour vérifier les soldes, mettre à jour le stockage et émettre des événements. 

L'EVM lit et exécute ces instructions à chaque fois que le contrat est invoqué, garantissant le même résultat sur tous les nœuds du réseau Ethereum.

Coûts, frais et efficacité du gaz

Source: Finématique

Les coûts et les frais du gaz jouent un rôle essentiel dans la détermination de l'efficacité et de l'évolutivité de contrats intelligents et dApps sur la machine virtuelle Ethereum (EVM).

Calcul et efficacité du gaz

Dans la machine virtuelle Ethereum (EVM), gaz Représente le coût de calcul nécessaire à l'exécution d'une transaction ou d'un contrat intelligent. Chaque opération effectuée par l'EVM, qu'il s'agisse d'un simple ajout ou de l'écriture de données dans le stockage, a un coût en gaz spécifique.

Par exemple, une opération de base comme l'addition de deux nombres coûte 3 unités de gaz, tandis que le stockage des données dans un contrat utilisant le MAGASIN L'opcode peut coûter jusqu'à 20 000 unités de gaz.

Le gaz est payé en Ether (ETH), et le coût total du gaz d'une transaction est calculé en multipliant le gaz utilisé par le prix du gaz. 

Le prix du gas est fixé par l'utilisateur et représente la quantité d'Ether qu'il est prêt à payer par unité de gas. En cas de congestion du réseau, les utilisateurs peuvent fixer un prix du gas plus élevé pour inciter les mineurs ou les validateurs à prioriser leurs transactions. 

Une utilisation efficace du gaz est cruciale, car des contrats mal optimisés peuvent entraîner des frais plus élevés, rendant les transactions plus coûteuses pour les utilisateurs.

Par exemple, le transfert d'Ether entre des comptes coûte 21 000 unités de gaz, mais l'interaction avec des contrats intelligents complexes peut coûter beaucoup plus cher, surtout si le contrat implique plusieurs changements de stockage ou appels de fonction.

Techniques d'optimisation du gaz

L'optimisation du gaz est un élément clé pour les développeurs de contrats intelligents, car une réduction de la consommation de gaz peut réduire considérablement les coûts de transaction. Voici quelques techniques courantes d'optimisation :

• Minimiser les écritures de stockage:Étant donné que le stockage des données sur la blockchain est l’une des opérations les plus coûteuses, les développeurs peuvent optimiser l’utilisation du gaz en minimisant le nombre de fois où les données sont écrites sur le stockage. 

Par exemple, au lieu de mettre à jour de manière répétée le solde d'un utilisateur au cours de plusieurs transactions, les développeurs peuvent effectuer des mises à jour par lots pour réduire le nombre d'opérations de stockage.

• Structures de données efficacesChoisir les bonnes structures de données peut contribuer à réduire les coûts de gaz. Par exemple, l'utilisation de tableaux plus petits ou de types de données plus compacts peut réduire l'utilisation du stockage, et donc réduire frais d'essence. 

Les développeurs préfèrent souvent uint8 or uint16 plus de uint256 si des nombres plus petits sont suffisants pour la logique du contrat.

• Optimisation des boucles et des fonctionsLes boucles et les tâches répétitives peuvent rapidement augmenter la consommation de gaz. Les développeurs peuvent réduire ces coûts en limitant le nombre d'itérations dans les boucles ou en refactorisant le code pour éliminer les calculs inutiles. 

Par exemple, les contrats doivent éviter les boucles complexes qui itèrent sur de grands ensembles de données, car celles-ci peuvent devenir coûteuses.

En appliquant ces techniques d’optimisation et d’autres, les développeurs peuvent créer des contrats plus efficaces et plus rentables pour les utilisateurs.

Limite de gaz et scénarios de panne de gaz

Chaque transaction Ethereum doit inclure un limite d'essence, qui définit le montant maximum de gaz qu'un utilisateur est prêt à dépenser pour cette transaction. 

Cette limite de gaz garantit que les utilisateurs n'épuisent pas accidentellement tout leur Ether dans une transaction qui dure trop longtemps. 

Si la transaction dépasse la limite de gaz avant d'être terminée, cela entraîne une panne d'essence erreur et la transaction échoue.

Par exemple, si un utilisateur définit une limite de gaz de 50 000 unités de gaz pour une transaction qui nécessite finalement 60 000 unités de gaz, la transaction s'arrêtera à mi-chemin et aucune modification ne sera apportée à la blockchain. 

L'utilisateur perd toujours l'Ether dépensé en gaz jusqu'au moment de la panne. Il est donc important pour les utilisateurs et les développeurs d'estimer précisément les limites de gaz afin d'éviter les échecs de transaction.

Dans les contrats intelligents complexes, les développeurs incluent souvent des contrôles de gaz pour garantir que les transactions ne manquent pas de gaz de manière inattendue. 

De même, les utilisateurs peuvent ajuster leur limite de gaz en fonction de la complexité attendue de la transaction pour garantir qu’elle se termine avec succès.

Sécurité dans l'EVM

La sécurité dans la machine virtuelle Ethereum (EVM) est essentielle pour garantir l'intégrité et la sécurité des contrats intelligents et des applications décentralisées.

Vulnérabilités courantes dans les contrats intelligents

Les contrats intelligents déployés sur la machine virtuelle Ethereum (EVM) sont exposés à diverses vulnérabilités en raison de leur nature immuable et publique. 

Une fois déployés, les contrats intelligents ne peuvent être modifiés, d'où l'importance cruciale de garantir leur sécurité. Parmi les vulnérabilités les plus courantes, on peut citer :

• Attaques de réentréeUne attaque par réentrée se produit lorsqu'un contrat externe rappelle le contrat d'origine avant la fin de son exécution initiale. Cela peut permettre à l'attaquant d'exploiter l'état du contrat, par exemple en drainant des fonds à plusieurs reprises avant la mise à jour du solde du contrat. 

Par exemple, le tristement célèbre piratage de DAO en 2016 a exploité une vulnérabilité de réentrance, entraînant le vol de millions d’Ether.

• Dépassement/sous-dépassement d'entierDans les contrats intelligents, les opérations sur les entiers doivent être gérées avec soin. Si un nombre devient supérieur ou inférieur à la capacité de traitement du type de données, cela entraîne un dépassement ou un dépassement inférieur. 

Cela peut conduire à un comportement contractuel incorrect, comme la création non autorisée de jetons ou la manipulation de valeur.

• Déni de service (DoS)Les attaques par déni de service (DoS) peuvent survenir lorsqu'un contrat est délibérément surchargé de données ou de transactions, le rendant inutilisable. Les attaquants peuvent également exploiter les limitations de gaz, rendant l'exécution des fonctions contractuelles trop coûteuse pour les utilisateurs légitimes.

Ces vulnérabilités peuvent entraîner des pertes de fonds, des dysfonctionnements contractuels ou une instabilité du réseau. Par conséquent, les développeurs doivent suivre les bonnes pratiques et effectuer des tests approfondis afin de minimiser les risques avant de déployer des contrats.

Mécanismes de sécurité EVM

La machine virtuelle Ethereum intègre plusieurs mécanismes de sécurité pour protéger les contrats et garantir l'intégrité des transactions. Ces mécanismes incluent :

• Limitation de gazLe système de gaz sert de protection contre les boucles infinies ou les calculs excessifs. Chaque transaction est limitée par la quantité de gaz fournie par l'utilisateur, ce qui garantit qu'un contrat ne peut pas être exécuté indéfiniment ni utiliser des ressources excessives. 

Cela permet d’éviter les abus du réseau et de protéger les contrats contre les attaques DoS dues à des boucles infinies.

• IsolementL'EVM isole les contrats intelligents les uns des autres. Les contrats s'exécutent dans un environnement sandbox, ce qui signifie qu'ils ne peuvent interagir avec d'autres contrats et données qu'au moyen de fonctions explicitement définies. 

Cela garantit que même si un contrat est compromis, il ne peut pas interférer directement avec l’exécution d’autres contrats ou données stockées dans des comptes séparés.

• Vérification de la signatureL'EVM garantit que les transactions initiées par des comptes externes sont correctement signées à l'aide de clés cryptographiques. Cela empêche tout accès non autorisé ou toute manipulation des transactions, car seul le propriétaire d'une clé privée peut initier une transaction depuis son compte.

Bien que ces mécanismes offrent un niveau de sécurité fondamental, les développeurs sont toujours responsables de sécuriser leur logique contractuelle et d’éviter les vulnérabilités connues.

Audit des contrats intelligents pour la sécurité EVM

L'audit est une étape essentielle pour garantir la sécurité des contrats intelligents avant leur déploiement sur le réseau Ethereum. 

Un audit de contrat intelligent consiste à examiner le code source du contrat, à identifier les vulnérabilités potentielles et à s'assurer de sa conformité aux bonnes pratiques. Le processus d'audit se concentre généralement sur :

• Examen du codeLes auditeurs examinent le code du contrat ligne par ligne afin de détecter les bugs, les vulnérabilités et les logiques inefficaces. Cela peut permettre de détecter des problèmes tels que les dépassements d'entiers, les contrôles d'accès inappropriés ou les appels externes vulnérables.
• TestsLes auditeurs effectuent des tests manuels et automatisés sur le contrat. Cela comprend des tests unitaires pour chaque fonction et des tests de simulation pour évaluer le comportement du contrat dans différents scénarios, tels que des volumes de transactions élevés ou des cas limites.
• Vérification formelleDans certains cas, des méthodes formelles sont utilisées pour prouver mathématiquement l'exactitude du comportement d'un contrat intelligent. Cela peut offrir un niveau de garantie plus élevé, notamment pour les contrats à enjeux élevés comme ceux utilisés dans les applications de finance décentralisée (DeFi).

Des cabinets d'audit comme CertiK et OpenZeppelin sont spécialisés dans l'analyse approfondie des contrats intelligents afin d'identifier les risques et de recommander des améliorations. Un audit complet peut contribuer à minimiser les vulnérabilités et à garantir la sécurité du contrat sur l'EVM.

Cas d'utilisation d'EVM

La machine virtuelle Ethereum (EVM) joue un rôle important dans l'alimentation de diverses applications blockchain, de la finance décentralisée (DeFi) aux NFT et aux contrats intelligents.

Applications décentralisées (dApps)

Source: Manakin bleu

Les applications décentralisées (dApps) sont des programmes logiciels qui s'exécutent sur un réseau blockchain, utilisant généralement des contrats intelligents pour leur logique backend. 

La machine virtuelle Ethereum (EVM) joue un rôle important dans l'exécution de ces dApps, car elle leur permet d'interagir avec la blockchain de manière sécurisée et décentralisée.

Par exemple, les dApps populaires comme Uniswap (un échange décentralisé) et Aave (une plateforme de prêt décentralisée) utilisent l'EVM pour traiter les transactions, les prêts et autres interactions sans dépendre d'une autorité centrale. 

Vous pouvez interagir directement avec la blockchain, et l'EVM garantit que toutes les transactions sont exécutées conformément au code du contrat intelligent. Cette approche décentralisée renforce la sécurité, la transparence et le contrôle des utilisateurs sur leurs fonds et leurs données.

Contrats intelligents

Les contrats intelligents sont des accords auto-exécutoires dont les termes sont directement intégrés au code. L'EVM est responsable de l'exécution de ces contrats et garantit qu'ils fonctionnent exactement comme prévu une fois déployés. 

Ces contrats automatisent un large éventail de processus, des simples transferts de jetons aux accords financiers complexes, et sont fondamentaux pour de nombreux services basés sur Ethereum.

Par exemple, un service d’entiercement peut être créé à l’aide d’un contrat intelligent, dans lequel les fonds sont conservés jusqu’à ce que des conditions prédéfinies soient remplies. 

Une fois ces conditions vérifiées (comme la livraison des marchandises), l'EVM débloque automatiquement les fonds au vendeur, éliminant ainsi le recours aux intermédiaires. L'utilisation de contrats intelligents réduit les coûts, améliore l'efficacité et permet des interactions sans confiance entre les parties.

Plateformes DeFi

Finance décentralisée (DeFi) les plateformes exploitent l'EVM pour créer des produits et services financiers qui ne dépendent pas des intermédiaires financiers traditionnels. 

Ces plateformes offrent aux utilisateurs divers outils financiers, tels que le prêt, l'emprunt, le trading et l'agriculture de rendement, directement sur la blockchain.

Par exemple, Compound et MakerDAO sont deux plateformes DeFi basées sur le réseau Ethereum. Elles permettent aux utilisateurs de prêter ou d'emprunter des cryptomonnaies sans passer par une banque. 

L'EVM garantit que les protocoles de prêt sont exécutés en toute sécurité, en calculant automatiquement les taux d'intérêt, les exigences de garantie et d'autres facteurs. 

Vous pouvez gagner des intérêts ou contracter des prêts en interagissant avec ces plateformes via des contrats intelligents, l'EVM garantissant que toutes les conditions sont appliquées.

Jetons non fongibles (NFT)

Jetons non fongibles (NFT) sont des actifs numériques uniques qui représentent la propriété d'un élément ou d'un contenu spécifique, tel qu'une œuvre d'art, de la musique ou des objets de collection. 

L'EVM permet la création et le transfert de NFT via des contrats intelligents qui suivent des normes comme ERC-721 ou ERC-1155.

Par exemple, des plateformes comme OpenSea et Rarible utilisent l'EVM pour créer, acheter et vendre des NFT. Lorsqu'un utilisateur achète un NFT, l'EVM enregistre le transfert de propriété sur la blockchain Ethereum, garantissant ainsi à l'acheteur un enregistrement de propriété vérifiable et immuable. 

Les NFT ont changé des secteurs comme l'art numérique et le jeu en permettant aux créateurs de tokeniser leur travail et de le vendre directement aux collectionneurs, toutes les transactions étant traitées et sécurisées par l'EVM.

Implémentations EVM inter-chaînes et multi-chaînes

La machine virtuelle Ethereum (EVM) n'est plus limitée à Ethereum, car elle alimente désormais des applications sur plusieurs blockchains via Cross-chaîne et des implémentations multi-chaînes.

EVM sur d'autres blockchains

La machine virtuelle Ethereum (EVM) a été adoptée par diverses blockchains au-delà d'Ethereum, permettant aux développeurs de créer et d'exécuter des contrats intelligents compatibles Ethereum sur d'autres réseaux. 

Ces blockchains implémentent l'EVM pour prendre en charge les mêmes applications basées sur Solidity, facilitant ainsi le déploiement d'applications décentralisées sur plusieurs plateformes. Exemples :

• Chaîne intelligente Binance (BSC)BSC est une blockchain compatible EVM qui permet aux développeurs de porter des dApps Ethereum avec un minimum de modifications. Elle offre des transactions plus rapides et des frais inférieurs à ceux d'Ethereum, ce qui la rend attractive pour certaines applications décentralisées comme les plateformes d'échange décentralisées (DEX) et les plateformes de yield farming.
• Polygone (anciennement Matic)Polygon est une solution de mise à l'échelle de couche 2 pour Ethereum prenant en charge l'EVM, permettant aux dApps Ethereum de fonctionner avec des frais de transaction réduits et des délais de traitement plus rapides. Elle est largement utilisée pour les jeux, les plateformes de NFT et les applications DeFi.
• Avalanche et Fantom:Avalanche et Fantom sont toutes deux des blockchains hautes performances qui implémentent EVM, offrant aux développeurs Ethereum la possibilité de faire évoluer leurs applications vers de nouveaux réseaux avec une plus grande vitesse et des coûts inférieurs.

Ces chaînes compatibles EVM améliorent l'écosystème d'Ethereum en fournissant des plates-formes alternatives avec des avantages distincts, tels que l'évolutivité et l'abordabilité, tout en maintenant la compatibilité avec les dApps basées sur Ethereum.

Solutions EVM et couche 2

Source: BTSE

Solutions de couche 2 sont construits sur Ethereum pour aider à faire évoluer le réseau, réduire les frais de transaction et augmenter le débit sans modifier la couche de base (couche 1). 

De nombreuses solutions de couche 2 sont conçues pour être compatibles avec EVM, garantissant une transition fluide pour les dApps déjà installées sur Ethereum. En voici quelques exemples :

• Rollups optimistesDes solutions comme Optimism et Arbitrum utilisent des cumuls optimistes pour regrouper plusieurs transactions hors chaîne et soumettre une preuve unique à la chaîne principale d'Ethereum. Compatibles avec EVM, ils permettent aux développeurs de migrer leurs contrats intelligents avec un minimum d'ajustements.
• zk-rollupsLes zk-Rollups, comme ceux développés par zkSync, utilisent des preuves à connaissance nulle pour vérifier la validité des transactions hors chaîne. Ces rollups sont également compatibles avec EVM et sont conçus pour réduire la charge de calcul sur Ethereum tout en préservant la sécurité.

Les solutions de couche 2 réduisent considérablement les frais de gaz et augmentent le débit du réseau Ethereum, tout en utilisant l'EVM pour l'exécution des contrats, ce qui les rend importantes pour la stratégie d'évolutivité d'Ethereum.

Évolution de l'EVM

Au fil du temps, l'EVM s'est adapté pour surmonter ses limites, avec des développements comme Ethereum 2.0 et les solutions Layer 2 promettant une machine virtuelle plus efficace.

Limites de l'EVM

La machine virtuelle Ethereum s'est avérée être un outil puissant pour les applications décentralisées, mais elle présente certaines limites :

• Goulots d'étranglement des performancesL'EVM traite les transactions de manière séquentielle, ce qui peut ralentir l'exécution, notamment en cas de congestion du réseau. Cela entraîne des frais de gaz élevés et des retards dans la confirmation des transactions.
• Inefficacité du gazCertaines opérations EVM sont coûteuses en gaz, notamment en termes de stockage et de certaines opérations arithmétiques. Cela limite la complexité des contrats intelligents, car les développeurs doivent constamment optimiser l'efficacité du gaz pour éviter des transactions excessivement coûteuses.
• Manque de parallélisationLa conception actuelle de l'EVM ne permet pas l'exécution parallèle des transactions, ce qui signifie que toutes les opérations doivent être traitées une par une. Cela limite l'évolutivité et le débit, notamment face à la demande croissante du réseau Ethereum.

Ces limitations motivent des recherches et développements continus visant à améliorer ou à remplacer certaines parties de l’EVM afin d’augmenter ses performances, son évolutivité et son efficacité.

Ethereum 2.0 et l'avenir de l'EVM

Avec la transition vers Ethereum 2.0 (ETH2), le réseau Ethereum passe d'une preuve de travail (PoW) à une preuve d'enjeu (PoS) mécanisme de consensus.

Cette mise à niveau vise à améliorer l'évolutivité, la sécurité et l'efficacité énergétique. Cependant, l'EVM lui-même n'est pas remplacé, mais plutôt évolué pour fonctionner au sein de ce nouvel écosystème.

• Chaînes d'éclatEthereum 2.0 introduit le sharding, qui divise le réseau en chaînes plus petites (shards) qui traitent les transactions en parallèle. Cela pourrait réduire la congestion et les frais de gaz, mais nécessitera des ajustements dans la façon dont l'EVM interagit avec ces chaînes de shards.
• Environnements d'exécution:Dans Ethereum 2.0, il est prévu de créer environnements d'exécution, qui fonctionnera aux côtés de l'EVM pour prendre en charge des applications plus complexes et permettre à d'autres machines virtuelles de coexister sur Ethereum. 

Cela pourrait ouvrir la porte à une plus grande flexibilité dans la manière dont les contrats intelligents sont exécutés et améliorer les performances sans modifier fondamentalement l'EVM.

La feuille de route d'Ethereum 2.0 signale un rôle continu pour l'EVM dans l'avenir du réseau, mais avec une évolutivité et une adaptabilité améliorées.

Innovations et mises à niveau de l'EVM

Plusieurs efforts sont actuellement déployés pour améliorer l'EVM et le rendre plus performant et polyvalent. Parmi les innovations notables, on peut citer :

• EVM 384Cette proposition vise à étendre les types de données natifs de l'EVM, permettant des opérations cryptographiques plus efficaces, actuellement gourmandes en gaz. En augmentant la taille des mots de l'EVM, certains calculs pourraient être simplifiés, réduisant ainsi le coût des opérations complexes.
• eWASM (Ethereum WebAssembly)eWASM est une initiative visant à remplacer l'EVM par WebAssembly (WASM), une machine virtuelle plus moderne et polyvalente. WASM est plus rapide, prend en charge l'exécution parallèle et est largement utilisé en dehors des applications blockchain. 

Si elle est pleinement mise en œuvre, l'eWASM permettrait à Ethereum de traiter les contrats plus efficacement et d'ouvrir le réseau aux développeurs familiarisés avec les langages de programmation courants.

• Abstraction de compteCette mise à niveau proposée vise à simplifier l'interaction des comptes et des contrats avec le réseau. En supprimant certaines complexités liées à la vérification des signatures et à la gestion des transactions, elle permettrait des conceptions de contrats intelligents plus flexibles et plus conviviales, améliorant ainsi les fonctionnalités de l'EVM.

Ces innovations visent à garantir que l'EVM reste compétitif et capable de soutenir la croissance d'Ethereum à long terme.

Écosystème et outils EVM

La machine virtuelle Ethereum (EVM) dispose d'un écosystème croissant d'outils conçus pour aider les développeurs à créer, tester et optimiser efficacement les contrats intelligents.

Outils de développement pour EVM

Une large gamme d'outils de développement a été créée pour rendre le travail avec la machine virtuelle Ethereum (EVM) plus efficace et plus convivial. 

Ces outils aident les développeurs à écrire, compiler, déployer et tester des contrats intelligents, garantissant ainsi leur optimisation en termes de performances et de sécurité. Parmi les outils les plus populaires, on trouve :

• Remixer l'EDIRemix est un environnement de développement intégré (IDE) web pour l'écriture et le test de contrats intelligents. Il prend en charge Solidity, le langage principal d'écriture de contrats intelligents Ethereum, et propose une suite d'outils de débogage et de déploiement. Sa simplicité d'utilisation et sa flexibilité le rendent largement utilisé par les développeurs débutants comme expérimentés.
• Suite TruffeTruffle est un framework de développement qui simplifie la création d'applications décentralisées (dApps). Il comprend un ensemble de bibliothèques pour la gestion des contrats, l'exécution de tests automatisés et l'interaction avec la blockchain Ethereum. Truffle s'intègre également à d'autres outils comme Ganache, qui simule une blockchain localement à des fins de test.
• CasqueHardhat est un autre environnement de développement populaire offrant de nombreuses fonctionnalités pour la compilation de contrats intelligents, le débogage et l'exécution de tests. Il prend en charge Solidity et propose des plugins flexibles, comme la possibilité d'exécuter l'EVM localement pour des itérations rapides pendant le développement.

Ces outils rationalisent le processus de développement et aident à garantir que les développeurs peuvent créer, tester et déployer efficacement leurs applications basées sur EVM.

Débogage et test EVM

Le débogage et les tests sont des étapes cruciales dans le développement de contrats intelligents, étant donné la nature immuable des transactions blockchain. 

Une fois un contrat intelligent déployé, les erreurs sont difficiles à corriger ; des tests rigoureux sont donc essentiels. Voici quelques outils clés pour le débogage et les tests :

• GanacheGanache, qui fait partie de la suite Truffle, est un émulateur de blockchain local permettant aux développeurs de créer un réseau Ethereum personnel. Il simule la blockchain, permettant ainsi aux développeurs de tester des contrats intelligents sans payer de frais de gaz ni attendre les confirmations du réseau Ethereum principal. Il est donc idéal pour tester la fonctionnalité des contrats dans diverses conditions.
• Débogueur de casque de sécuritéHardhat intègre des outils de débogage permettant aux développeurs d'inspecter l'exécution des contrats intelligents étape par étape. Cela facilite l'identification des problèmes de logique ou la découverte d'éventuelles inefficacités en matière de gaz. Cet outil permet des tests en temps réel sur un réseau local, réduisant ainsi le risque de déploiement de contrats bogués ou inefficaces.
• Couverture SoliditySolidity Coverage est un outil qui mesure la quantité de code testée d'un contrat intelligent. Cela garantit que les fonctions critiques et les cas limites sont couverts par les tests, réduisant ainsi le risque de vulnérabilités non découvertes dans le contrat déployé.

Des tests approfondis à l’aide de ces outils permettent d’éviter des erreurs coûteuses et des vulnérabilités de sécurité dans les contrats en cours.

Émulateurs et simulateurs EVM

Les émulateurs et simulateurs EVM permettent aux développeurs d'imiter l'environnement d'exécution du réseau Ethereum sur leurs machines locales. 

Ces outils facilitent les tests, l'optimisation des performances et le débogage des contrats intelligents avant leur déploiement sur le réseau principal. Parmi les simulateurs et émulateurs les plus utilisés, on trouve :

• GanacheEn tant qu'émulateur de blockchain, Ganache permet aux développeurs d'exécuter une blockchain Ethereum locale pour tester les transactions, déployer des contrats et surveiller la consommation de gaz dans un environnement contrôlé. Les développeurs peuvent simuler des interactions réelles, ce qui les aide à affiner leurs dApps et leurs contrats.
• Aire de jeux EVMEVM Playground est un outil basé sur un navigateur qui permet aux développeurs d'écrire, de compiler et d'exécuter du bytecode EVM directement dans un environnement sandbox. Cet outil est particulièrement utile pour les développeurs souhaitant explorer le comportement d'opcodes EVM spécifiques ou résoudre des problèmes de contrats de bas niveau.
• EthFiddleEthFiddle est un outil en ligne léger qui permet aux utilisateurs d'expérimenter des extraits de code Solidity en temps réel. Les développeurs peuvent partager et tester rapidement des extraits de code, ce qui en fait un outil collaboratif pour le débogage et le test de petites portions de code.

Ces émulateurs et simulateurs sont essentiels pour garantir que les contrats intelligents fonctionnent comme prévu avant le déploiement, économisant ainsi du temps et des ressources dans le processus de développement.

Conclusion

La machine virtuelle Ethereum (EVM) est l'épine dorsale de la blockchain Ethereum, alimentant les applications décentralisées, les contrats intelligents, les plateformes DeFi et les NFT. 

Sa compatibilité inter-chaînes et son rôle dans les solutions de couche 2 soulignent son importance dans l'écosystème blockchain plus large. 

Cependant, il est également confronté à des limitations, telles que l'inefficacité du gaz et le manque de parallélisation, que les mises à niveau en cours comme Ethereum 2.0 et les innovations comme eWASM visent à résoudre. 

Avec un écosystème robuste d'outils de développement, de systèmes de débogage et d'émulateurs, l'EVM continue de se développer, garantissant qu'il reste le moteur clé du paysage décentralisé croissant d'Ethereum.

À mesure que la technologie blockchain progresse, l'EVM continuera de s'adapter et de s'améliorer, pilotant l'avenir des applications décentralisées et des contrats intelligents sur diverses plateformes.

FAQ sur la machine virtuelle Ethereum (EVM) 

Cette section FAQ répond à certaines questions courantes qui peuvent vous aider à affiner vos choix :

L'EVM fonctionne-t-il sur d'autres blockchains ?

Oui, l'EVM est compatible avec plusieurs autres blockchains, telles que Binance Smart Chain, Avalanche et Polygon, leur permettant d'exécuter des applications basées sur Ethereum.

Quel langage de programmation est utilisé pour l'EVM ?

Le principal langage de programmation utilisé pour l'EVM est Solidity, qui se compile en bytecode EVM pour être exécuté sur le réseau Ethereum.

Comment l'EVM calcule-t-il les frais de gaz ?

L'EVM calcule les frais de gaz en fonction des ressources de calcul nécessaires à chaque transaction ou exécution de contrat intelligent, les opérations plus complexes nécessitant plus de gaz.

L'EVM peut-il exécuter n'importe quel type de code ?

Oui, l'EVM est Turing-complet, ce qui signifie qu'il peut exécuter n'importe quel algorithme de calcul, à condition de disposer de suffisamment de temps et de ressources.

Comment les solutions de couche 2 améliorent-elles l'EVM ?

Les solutions de couche 2 améliorent l'EVM en déchargeant les transactions du réseau Ethereum principal, en réduisant la congestion et en diminuant les frais de gaz.

L'EVM est-il utilisé dans toutes les applications basées sur Ethereum ?

Oui, toutes les applications décentralisées (dApps) et les contrats intelligents sur le réseau Ethereum sont exécutés à l'aide de l'EVM.

Comment l'EVM gère-t-il la sécurité des contrats intelligents ?

L'EVM renforce la sécurité en exécutant des contrats intelligents dans un environnement isolé, empêchant ainsi le code malveillant d'affecter d'autres contrats ou le réseau.

Que sont les opcodes EVM ?

Les opcodes EVM sont des instructions de bas niveau exécutées par l'EVM pour effectuer des tâches telles que des opérations mathématiques, le stockage de données et le contrôle du flux dans les contrats intelligents.