O que é a Máquina Virtual Ethereum e como ela funciona?

O Ethereum se tornou a plataforma de contrato inteligente mais popular, principalmente devido à Máquina Virtual Ethereum (EVM). 

Na tecnologia blockchain, o EVM é indispensável, lidando com tudo, desde a manutenção de contratos inteligentes até a execução de aplicativos descentralizados. 

Mas há muitos obstáculos a superar, como problemas de escala e ineficiências de gás. 

Este artigo tem como objetivo ajudar você a entender as vantagens e desvantagens do EVM dentro do ambiente dinâmico de blockchain, analisando sua arquitetura, ferramentas disponíveis e planos de atualização futuros.

Principais lições

• A Máquina Virtual Ethereum (EVM) é essencial para executar contratos inteligentes e aplicativos descentralizados (dApps) no blockchain Ethereum.
• O EVM é amplamente adotado em vários blockchains, como Binance Smart Chain e Polygon, permitindo compatibilidade entre cadeias.
• Soluções de camada 2, como Optimistic Rollups e zk-Rollups, usam o EVM para melhorar a escalabilidade do Ethereum e reduzir as taxas de gás.
• O EVM tem limitações, incluindo ineficiências de gás e falta de processamento paralelo, o que pode prejudicar o desempenho.
• Os desenvolvedores têm acesso a uma variedade de ferramentas, incluindo Remix, Truffle e Hardhat, para ajudar a criar, testar e depurar contratos inteligentes no EVM.
• Emuladores e simuladores de EVM como o Ganache permitem que os desenvolvedores testem contratos inteligentes localmente antes de implantá-los na rede principal, reduzindo erros e custos.

O que é a Máquina Virtual Ethereum (EVM)?

Fonte: Suporte:

A Máquina Virtual Ethereum (EVM) é o principal mecanismo computacional que alimenta o Ethereum, responsável por executar contratos inteligentes e executar aplicativos descentralizados (dApps) no blockchain. 

Ele atua como um computador global e descentralizado onde qualquer pessoa pode implantar e executar código de maneira confiável. 

O EVM processa instruções escritas em linguagens de programação de alto nível, como Solidity, e as traduz em bytecode de baixo nível, que ele pode executar. 

Este bytecode é armazenado no blockchain Ethereum e executado em todos os nós da rede, garantindo a execução uniforme do contrato em todo o sistema.

Um dos principais recursos do EVM é sua capacidade de lidar com contratos inteligentes — acordos autoexecutáveis ​​com regras e condições predefinidas. 

Esses contratos são executados em um ambiente isolado no EVM, o que significa que não afetam outras partes do sistema, garantindo segurança e confiabilidade. 

Além disso, o EVM é uma arquitetura baseada em pilha, que processa comandos enviando e recebendo dados de uma pilha. 

Esse processo computacional é controlado por um sistema de gás, que exige que os usuários paguem pela execução das operações, ajudando a prevenir abusos e garantindo o uso eficiente dos recursos.

Arquitetura da Máquina Virtual Ethereum

A Máquina Virtual Ethereum (EVM) opera como uma arquitetura baseada em pilha, o que significa que ela executa instruções usando uma estrutura de dados conhecida como pilha. 

Neste modelo, a EVM processa comandos inserindo e retirando valores da pilha, onde cada item tem 256 bits de tamanho. 

A pilha é essencial para lidar com cálculos, pois a EVM não possui registradores de uso geral como os computadores tradicionais. Em vez disso, a pilha serve como uma memória temporária para manipulação de dados durante a execução de contratos inteligentes. 

Por exemplo, ao executar uma operação matemática como adição, a EVM coloca os dois números na pilha, os adiciona e então armazena o resultado de volta na pilha.

Este design baseado em pilha permite que o EVM seja eficiente e previsível ao executar instruções de contratos inteligentes. 

Ele simplifica o gerenciamento de dados temporários, reduzindo a complexidade quando comparado aos sistemas baseados em registros. 

No entanto, a pilha do EVM tem limitações, como uma profundidade fixa de 1024 itens, o que significa que operações excessivamente complexas podem levar a erros de estouro de pilha se esse limite for excedido.

Componentes do EVM

Fonte: ResearchGate

A Máquina Virtual Ethereum (EVM) consiste em vários componentes principais que trabalham juntos para executar contratos inteligentes e gerenciar aplicativos descentralizados.

Execução de Código

Na Máquina Virtual Ethereum (EVM), os contratos inteligentes são escritos em linguagens de alto nível, como Solidity. Esses contratos são então compilados em bytecode, um código de baixo nível que a EVM entende. 

Esse bytecode é armazenado no blockchain e, toda vez que um contrato é chamado, o EVM executa esse bytecode passo a passo.

Quando um contrato é executado, a EVM executa cada instrução uma por uma, manipulando lógica como cálculos, armazenamento de dados e comunicação com outros contratos. 

Por exemplo, se um contrato for escrito para transferir tokens de um usuário para outro, o EVM processa o bytecode para atualizar os saldos no armazenamento do contrato. 

Isso garante que a transferência siga as regras do contrato e que todos os nós na rede Ethereum cheguem ao mesmo resultado.

Modelo de Memória e Armazenamento

O EVM usa dois tipos distintos de armazenamento de dados: memória e armazenamento. 

Memória é temporário e existe apenas durante a execução de um contrato inteligente. É usado para armazenar dados intermediários, como cálculos ou variáveis ​​necessárias temporariamente. 

Por exemplo, ao somar dois números em um contrato, o resultado pode ser armazenado na memória antes de ser processado posteriormente. Como a memória é apagada após o término da transação, é mais eficiente e barato de usar do que o armazenamento.

Armazenamento é permanente e mantém os dados mesmo após a conclusão de uma transação. O armazenamento é usado para salvar informações importantes, como saldos de tokens ou estados de contratos, que precisam persistir ao longo do tempo. 

Por exemplo, em um contrato de token, o saldo de cada usuário é armazenado aqui. Modificar dados armazenados é mais caro em termos de gás (a taxa de computação), então os desenvolvedores buscam usar o armazenamento com moderação para otimizar custos.

CorMonitor

O EVM é uma máquina baseada em pilha, o que significa que ela usa uma estrutura de dados chamada pilha para gerenciar operações. 

A pilha é como uma lista onde os dados só podem ser adicionados ou removidos do topo, seguindo o princípio "Último a Entrar, Primeiro a Sair" (LIFO). Cada item colocado na pilha tem 256 bits de tamanho, o que corresponde ao tamanho da palavra da EVM.

Por exemplo, se o EVM precisa adicionar dois números, ele coloca esses números na pilha. 

Em seguida, ele realiza a adição, retirando-os, processando-os e enviando o resultado de volta para a pilha. A pilha pode conter até 1024 itens e, se esse limite for excedido, a transação falha. 

A simplicidade da pilha permite que a EVM lide com cálculos de forma eficiente, mas também significa que operações muito complexas podem levar a erros se a pilha ficar cheia.

Gás e taxas

O gás é uma parte fundamental da EVM que garante a eficiência e a segurança da rede. Cada operação executada na EVM requer uma certa quantidade de gás, que os usuários devem pagar em Ether (a criptomoeda nativa do Ethereum). O gás funciona como uma taxa pelo uso dos recursos computacionais da EVM, prevenindo abusos e spam.

Por exemplo, operações simples como somar dois números podem custar 3 unidades de gás, enquanto tarefas mais complexas, como gravar dados no armazenamento, são muito mais caras. 

Se uma transação ficar sem gás antes da conclusão, ela falha e quaisquer alterações feitas são revertidas, mas o gás gasto não é reembolsado. 

Esse sistema de gás incentiva os desenvolvedores a escrever códigos eficientes e evita que operações ineficientes ou maliciosas sobrecarreguem a rede.

Códigos de operação EVM

Opcodes (códigos de operação) são as instruções básicas que a EVM entende e executa. Cada opcode é um comando simples que informa à EVM qual ação executar, como somar números, armazenar dados ou pular para uma parte diferente do código. 

Existem mais de 140 opcodes no EVM, e cada um tem um custo de gás específico associado a ele.

Por exemplo:

• ADD: Pega dois números da pilha, soma-os e insere o resultado. Isso custa 3 unidades de gás.
• ARMAZENAR: Armazena dados no armazenamento do contrato. Esta é uma das operações mais caras, custando 20,000 unidades de gás.

O EVM processa contratos inteligentes e garante que cada instrução seja realizada com precisão em toda a rede Ethereum, executando esses opcodes passo a passo.

Dados de chamada

Dados de chamada referem-se aos dados de entrada enviados junto com uma transação ao chamar um contrato inteligente. Eles contêm informações sobre a função a ser executada e quaisquer parâmetros exigidos por essa função. 

Por exemplo, se você estiver transferindo tokens usando um contrato inteligente, os dados da chamada incluirão o nome da função (por exemplo, transferência) e os parâmetros (endereço do destinatário e valor a ser transferido).

O EVM lê esses dados de chamada para entender qual função executar e como lidar com a transação. 

Embora os dados de chamada façam parte da transação, não há custo de gás para lê-los, mas há um custo de gás com base em seu tamanho quando incluídos na transação.

Tamanho da palavra no EVM

A EVM opera com um valor fixo tamanho da palavra de 256 bits (32 bytes). Isso significa que todos os dados que ele processa, sejam números, endereços ou instruções, têm 256 bits de comprimento. 

Essa escolha de design está alinhada à ênfase da Ethereum na segurança criptográfica, já que a maioria das operações criptográficas (por exemplo, hashing) exige o manuseio de grandes números.

Por exemplo, quando o EVM processa um endereço de 32 bytes ou calcula o resultado de uma transação, ele usa o tamanho de palavra de 256 bits. 

Esse tamanho de palavra consistente torna o EVM mais seguro e eficiente no tratamento de operações matemáticas complexas necessárias para tarefas criptográficas. 

No entanto, isso também significa que valores ainda menores são expandidos para 256 bits, o que às vezes pode levar a ineficiências no tratamento de dados.

Modelo de Execução EVM

Fonte: Documentação Base

O Modelo de Execução EVM define as regras e os processos de como os aplicativos descentralizados e os contratos inteligentes do Ethereum são executados no blockchain.

Modelo de contas Ethereum

A Máquina Virtual Ethereum (EVM) funciona com dois tipos de contas: Contas de Propriedade Externa (EOAs) e Contas de contrato.

• Contas de Propriedade Externa (EOAs) são controlados por chaves privadas e representam usuários na rede. Essas contas podem enviar e receber Ether e iniciar transações.
• Contas de contrato, por outro lado, contêm códigos de contrato inteligente e só podem executar ações quando acionados por um EOA ou outro contrato. Eles não possuem chaves privadas, mas respondem a chamadas feitas por outras contas.

Por exemplo, quando você envia Ether da sua carteira para um contrato inteligente, seu EOA interage com a conta do contrato, acionando seu código para executar uma função específica, como transferir tokens ou armazenar dados.

Chamadas de mensagens e transações

No EVM, as interações entre contas acontecem por meio de chamadas de mensagem e transações.

• A transação é um pacote de dados assinado enviado por uma EOA. Ele pode transferir Ether ou chamar uma função em um contrato inteligente. As transações são transmitidas para a rede Ethereum e processadas por mineradores ou validadores.
• A chamada de mensagem ocorre quando um contrato interage com outro contrato ou com uma EOA. Ao contrário das transações, as chamadas de mensagens são internas e não precisam ser assinadas com uma chave privada.

Por exemplo, quando um usuário envia uma transação para um contrato de troca descentralizada, o contrato pode fazer uma chamada de mensagem para um contrato de token para transferir tokens em nome do usuário.

Mecânica dos Gases em Execução

O EVM usa gás para gerenciar o custo de execução de operações e evitar abusos na rede. Gás é uma unidade que mede quanto trabalho computacional uma transação ou execução de contrato requer.

Cada operação no EVM, desde cálculos simples até o armazenamento de dados, tem um custo de gás fixo. Antes de uma transação ser executada, o usuário deve especificar um limite de gás, que define o valor máximo de gás que ele está disposto a pagar por essa execução. 

Se a transação ficar sem gás antes da conclusão, ela falhará e todas as alterações serão revertidas, embora o gás gasto não seja reembolsado.

Por exemplo, enviar Ether custa 21,000 unidades de gás, enquanto armazenar dados em um contrato custa significativamente mais, potencialmente mais de 20,000 unidades de gás.

Ciclo de execução do EVM

O EVM executa transações de forma estruturada ciclo buscar-decodificar-executar. Este processo envolve várias etapas:

• Buscar: O EVM recupera a próxima instrução (opcode) do bytecode do contrato.
• Decodificar: O EVM decodifica as instruções para ajudar você a entender qual operação executar.
• Execute: O EVM executa a operação, como um cálculo matemático, recuperação de dados ou chamada de contrato.

Este ciclo se repete até que todas as instruções sejam processadas ou a transação fique sem gás. O ciclo de execução garante que todos os nós da rede Ethereum processem as mesmas instruções, mantendo o consenso.

Ciclo de vida do contrato no EVM

Os contratos inteligentes no EVM seguem um ciclo de vida específico, desde a implantação até o eventual término:

• Criação: Um contrato é implantado por meio do envio de uma transação que contém o bytecode do contrato. Uma vez implantado, o contrato recebe um endereço único na rede Ethereum.
• Interação: Os contratos são acionados por transações ou chamadas de mensagens. Uma vez acionado, o EVM executa o código do contrato, o que pode incluir a leitura ou gravação de dados, a chamada de outros contratos ou a transferência de fundos.
• Auto-destruição:Os contratos podem ser rescindidos por meio de chamada telefônica AUTO-DESTRUIÇÃO código de operação. Isso remove o contrato do blockchain e transfere qualquer Ether restante para um endereço especificado.

Por exemplo, um contrato que gerencia uma campanha de financiamento coletivo pode se autodestruir quando a campanha termina, garantindo que não possa ser usado novamente.

Linguagens de Programação e a EVM

A Máquina Virtual Ethereum (EVM) oferece suporte a diversas linguagens de programação, permitindo que os desenvolvedores escrevam e implantem contratos inteligentes sem problemas.

Solidez e o EVM

Fonte: Suporte:

Solidity é a linguagem de programação mais amplamente utilizada para escrever smart contracts no Ethereum. É uma linguagem de alto nível, estaticamente tipada, projetada especificamente para a Máquina Virtual Ethereum (EVM). 

A Solidity permite que os desenvolvedores escrevam contratos inteligentes que podem ser implantados no blockchain Ethereum e interagir com outros contratos ou contas de propriedade externa (EOAs). 

O código escrito em Solidity é compilado em Bytecode EVM, que é o código de máquina de baixo nível que a EVM entende e executa.

Por exemplo, um contrato básico da Solidity para transferência de tokens definiria funções como transferir() para lidar com a movimentação de tokens entre usuários. 

Quando esse contrato é implantado, seu código Solidity é compilado em bytecode, e o EVM executa esse bytecode sempre que o contrato é chamado. 

A solidez oferece suporte a uma variedade de tipos de dados e estruturas de controle, tornando-a flexível para a criação de estruturas complexas aplicativos descentralizados (dApps) como trocas descentralizadas, protocolos de empréstimo ou padrões de token (por exemplo, ERC-20, ERC-721).

Outras linguagens compatíveis com EVM

Embora Solidity seja a linguagem dominante, existem outras Linguagens de programação compatíveis com EVM Projetado para oferecer recursos diferentes ou atender a casos de uso específicos. Dois exemplos notáveis ​​são:

• Vyper: Vyper é uma alternativa mais simples e segura ao Solidity. Seu objetivo é reduzir a complexidade em contratos inteligentes, fornecendo menos recursos, tornando o código mais fácil de auditar e entender. O Vyper é frequentemente usado em aplicações onde a segurança é crítica, como financiamento descentralizado (DeFi) protocolos.
• Yul: Yul é uma linguagem intermediária projetada para otimizações mais avançadas. É de nível inferior ao Solidity, permitindo que desenvolvedores ajustem o desempenho, o que a torna útil para otimizar custos de gás. Yul é frequentemente usada em casos em que desenvolvedores precisam de controle preciso sobre a execução de contratos.

Essas linguagens também são compiladas no bytecode EVM, permitindo que sejam implantadas e executadas na rede Ethereum, assim como os contratos baseados em Solidity. 

Por exemplo, o Vyper pode ser escolhido para um projeto que exige segurança rigorosa, enquanto o Yul pode ser usado em um dApp de desempenho crítico que visa minimizar as taxas de gás.

Bytecode EVM

Fonte: Visão confiável

O bytecode EVM é a linguagem de máquina de baixo nível executada pela Máquina Virtual Ethereum (EVM). Depois que um contrato inteligente é escrito em uma linguagem de alto nível, como Solidity ou Vyper, ele é compilado em bytecode. 

Esse bytecode é então armazenado no blockchain Ethereum e executado pelo EVM sempre que o contrato é chamado.

O bytecode EVM consiste em códigos de operação, que são instruções individuais que a EVM pode entender, como operações aritméticas, comandos de armazenamento de dados ou instruções de fluxo de controle. 

Por exemplo, um opcode ADD informa ao EVM para adicionar dois números na pilha, enquanto um opcode SSTORE armazena um valor no armazenamento do contrato. 

Cada opcode tem um custo de gás específico, e otimizar a forma como o bytecode é estruturado pode ajudar a reduzir o gás necessário para executar o contrato.

Por exemplo, um contrato projetado para lidar com transferências de tokens incluiria instruções de bytecode para verificar saldos, atualizar armazenamento e emitir eventos. 

O EVM lê e executa essas instruções sempre que o contrato é invocado, garantindo o mesmo resultado em todos os nós da rede Ethereum.

Custos, taxas e eficiência do gás

Fonte: Finemática

Os custos e taxas do gás desempenham um papel crítico na determinação da eficiência e escalabilidade smart contracts e dApps na Máquina Virtual Ethereum (EVM).

Cálculo e Eficiência de Gás

Na Máquina Virtual Ethereum (EVM), gás representa o custo computacional necessário para executar uma transação ou contrato inteligente. Cada operação realizada pela EVM, seja uma simples adição ou gravação de dados no armazenamento, tem um custo de gás específico.

Por exemplo, uma operação básica como adicionar dois números custa 3 unidades de gás, enquanto o armazenamento de dados em um contrato usando o ARMAZENAR opcode pode custar até 20,000 unidades de gás.

O gás é pago em Ether (ETH), e o custo total do gás de uma transação é calculado multiplicando o gás usado pelo preço do gás. 

O preço do gás é definido pelo usuário e representa quanto Ether ele está disposto a pagar por unidade de gás. Se a rede estiver congestionada, os usuários podem definir um preço de gás mais alto para incentivar mineradores ou validadores a priorizar suas transações. 

O uso eficiente do gás é crucial, pois contratos mal otimizados podem resultar em taxas mais altas, tornando as transações mais caras para os usuários.

Por exemplo, transferir Ether entre contas custa 21,000 unidades de gás, mas interagir com contratos inteligentes complexos pode custar significativamente mais, especialmente se o contrato envolver várias alterações de armazenamento ou chamadas de função.

Técnicas para Otimização de Gás

A otimização do gás é uma consideração fundamental para desenvolvedores de contratos inteligentes, pois a redução do uso de gás pode reduzir significativamente os custos de transação. Algumas técnicas comuns para otimizar o gás incluem:

• Minimizando gravações de armazenamento:Como armazenar dados no blockchain é uma das operações mais caras, os desenvolvedores podem otimizar o uso de gás minimizando o número de vezes que os dados são gravados no armazenamento. 

Por exemplo, em vez de atualizar repetidamente o saldo de um usuário durante várias transações, os desenvolvedores podem fazer atualizações em lote para reduzir o número de operações de armazenamento.

• Estruturas de dados eficientes: Escolher as estruturas de dados corretas pode ajudar a reduzir os custos de gás. Por exemplo, usar matrizes menores ou tipos de dados mais compactos pode levar a um menor uso de armazenamento, reduzindo assim taxas de gás. 

Os desenvolvedores geralmente preferem uint8 or uint16 Acima de uint256 se números menores forem suficientes para a lógica do contrato.

• Otimização de Loops e Funções: Loops e tarefas repetitivas podem aumentar rapidamente o consumo de gás. Os desenvolvedores podem reduzir os custos de gás limitando o número de iterações em loops ou refatorando o código para eliminar cálculos desnecessários. 

Por exemplo, os contratos devem evitar loops complexos que iteram em grandes conjuntos de dados, pois eles podem se tornar caros.

Ao aplicar essas e outras técnicas de otimização, os desenvolvedores podem criar contratos mais eficientes e econômicos para os usuários.

Cenários de limite de gás e falta de gás

Cada transação Ethereum deve incluir um limite de gás, que define a quantidade máxima de gás que um usuário está disposto a gastar nessa transação. 

Esse limite de gás garante que os usuários não esgotem acidentalmente todo o seu Ether em uma transação que demore muito. 

Se a transação exceder o limite de gás antes da conclusão, isso resultará em um sem gás erro e a transação falha.

Por exemplo, se um usuário definir um limite de gás de 50,000 unidades de gás para uma transação que, no final, exigirá 60,000 unidades de gás, a transação será interrompida no meio do caminho e nenhuma alteração será feita no blockchain. 

O usuário ainda perde o Ether gasto em gás até o ponto de falha. Portanto, é importante que usuários e desenvolvedores estimem os limites de gás com precisão para evitar transações com falha.

Em contratos inteligentes complexos, os desenvolvedores geralmente incluem verificações de gás para garantir que as transações não fiquem sem gás inesperadamente. 

Da mesma forma, os usuários podem ajustar seu limite de gás com base na complexidade esperada da transação para garantir que ela seja concluída com sucesso.

Segurança no EVM

A segurança na Máquina Virtual Ethereum (EVM) é fundamental para garantir a integridade e a segurança de contratos inteligentes e aplicativos descentralizados.

Vulnerabilidades comuns em contratos inteligentes

Contratos inteligentes implantados na Máquina Virtual Ethereum (EVM) estão expostos a várias vulnerabilidades devido à sua natureza imutável e pública. 

Uma vez implantados, os contratos inteligentes não podem ser alterados, o que torna fundamental garantir sua segurança. Algumas das vulnerabilidades mais comuns incluem:

• Ataques de reentrância: Um ataque de reentrada ocorre quando um contrato externo retorna ao contrato original antes da conclusão da execução inicial. Isso pode permitir que o invasor explore o estado do contrato, como drenar fundos repetidamente antes que o saldo do contrato seja atualizado. 

Por exemplo, o infame hack do DAO em 2016 explorou uma vulnerabilidade de reentrada, levando ao roubo de milhões de Ether.

• Estouro/Subfluxo de inteiros: Em contratos inteligentes, as operações com números inteiros devem ser gerenciadas com cuidado. Se um número se tornar maior ou menor do que o tipo de dado pode processar, isso resultará em um estouro ou subfluxo. 

Isso pode levar a um comportamento incorreto do contrato, como cunhagem não autorizada de tokens ou manipulação de valor.

• Negação de Serviço (DoS): Ataques DoS podem ocorrer quando um contrato é deliberadamente sobrecarregado com excesso de dados ou transações, tornando-o inutilizável. Os invasores também podem explorar limitações de gás, tornando muito custoso para usuários legítimos executar funções contratuais.

Essas vulnerabilidades podem levar à perda de fundos, mau funcionamento de contratos ou instabilidade da rede. Portanto, os desenvolvedores devem seguir as melhores práticas e realizar testes completos para mitigar os riscos antes de implantar contratos.

Mecanismos de Segurança EVM

A Máquina Virtual Ethereum incorpora diversos mecanismos de segurança para ajudar a proteger contratos e garantir a integridade das transações. Esses mecanismos incluem:

• Limitação de gás: O sistema de gás serve como uma camada protetora contra loops infinitos ou cálculos excessivos. Cada transação é limitada pela quantidade de gás fornecida pelo usuário, o que garante que um contrato não possa ser executado indefinidamente ou consumir recursos excessivos. 

Isso ajuda a evitar abusos da rede e protege contratos de ataques DoS devido a loops infinitos.

• Isolamento: A EVM isola os contratos inteligentes uns dos outros. Os contratos são executados em um ambiente de sandbox, o que significa que só podem interagir com outros contratos e dados por meio de funções definidas explicitamente. 

Isso garante que, mesmo que um contrato seja comprometido, ele não possa interferir diretamente na execução de outros contratos ou dados armazenados em contas separadas.

• Verificação de assinatura: A EVM garante que as transações iniciadas por contas externas sejam assinadas corretamente usando chaves criptográficas. Isso impede o acesso não autorizado ou a manipulação de transações, pois somente o proprietário de uma chave privada pode iniciar uma transação a partir de sua conta.

Embora esses mecanismos forneçam um nível básico de segurança, os desenvolvedores ainda são responsáveis ​​por proteger sua lógica de contrato e evitar vulnerabilidades conhecidas.

Auditoria de contratos inteligentes para segurança EVM

A auditoria é uma etapa crítica para garantir a segurança dos contratos inteligentes antes que eles sejam implantados na rede Ethereum. 

Uma auditoria de contrato inteligente envolve a revisão da base de código do contrato, a identificação de potenciais vulnerabilidades e a garantia de que ele esteja em conformidade com as melhores práticas. O processo de auditoria normalmente se concentra em:

• Revisão de código: Os auditores revisam o código do contrato linha por linha para detectar bugs, vulnerabilidades e lógica ineficiente. Isso pode ajudar a identificar problemas como estouros de números inteiros, controles de acesso inadequados ou chamadas externas vulneráveis.
• Testes: Os auditores realizam testes manuais e automatizados no contrato. Isso inclui testes unitários para funções individuais e testes de simulação para avaliar o comportamento do contrato em diversos cenários, como altos volumes de transações ou casos extremos.
• Verificação formal: Em alguns casos, métodos formais são usados ​​para comprovar matematicamente a correção do comportamento de um contrato inteligente. Isso pode fornecer um nível mais alto de garantia, especialmente para contratos de alto risco, como os usados ​​em aplicações de finanças descentralizadas (DeFi).

Empresas de auditoria como CertiK e OpenZeppelin são especializadas em fornecer análises aprofundadas de contratos inteligentes para identificar riscos e recomendar melhorias. Uma auditoria abrangente pode ajudar a minimizar vulnerabilidades, garantindo que o contrato funcione com segurança na EVM.

Casos de uso de EVM

A Máquina Virtual Ethereum (EVM) desempenha um papel importante no suporte a vários aplicativos de blockchain, desde finanças descentralizadas (DeFi) até NFTs e contratos inteligentes.

Aplicativos descentralizados (dApps)

Fonte: Manequim Azul

Aplicativos descentralizados (dApps) são programas de software executados em uma rede blockchain, normalmente usando contratos inteligentes para sua lógica de backend. 

A Máquina Virtual Ethereum (EVM) desempenha um papel importante na execução desses dApps, pois permite que eles interajam com o blockchain de maneira segura e descentralizada.

Por exemplo, dApps populares como Uniswap (uma exchange descentralizada) e Aave (uma plataforma de empréstimos descentralizada) usam o EVM para processar negociações, empréstimos e outras interações sem depender de uma autoridade central. 

Você pode interagir diretamente com o blockchain, e o EVM garante que todas as transações sejam executadas conforme descrito no código do contrato inteligente. Essa abordagem descentralizada aumenta a segurança, a transparência e o controle do usuário sobre seus fundos ou dados.

Smart Contracts

Contratos inteligentes são acordos autoexecutáveis ​​com os termos do contrato escritos diretamente no código. A EVM é responsável por executar esses contratos, garantindo que eles funcionem exatamente como pretendido após a implantação. 

Esses contratos automatizam uma ampla gama de processos, desde simples transferências de tokens até acordos financeiros complexos, e são fundamentais para muitos serviços baseados em Ethereum.

Por exemplo, um serviço de custódia pode ser criado usando um contrato inteligente, onde os fundos são mantidos até que condições predefinidas sejam atendidas. 

Uma vez verificadas essas condições (como a entrega das mercadorias), a EVM libera automaticamente os fundos para o vendedor, eliminando a necessidade de intermediários. O uso de contratos inteligentes reduz custos, aumenta a eficiência e proporciona interações sem necessidade de confiança entre as partes.

Plataformas DeFi

Finanças Descentralizadas (DeFi) plataformas aproveitam o EVM para criar produtos e serviços financeiros que não dependem de intermediários financeiros tradicionais. 

Essas plataformas oferecem aos usuários diversas ferramentas financeiras, como empréstimos, negociações e cultivo de rendimento, diretamente no blockchain.

Por exemplo, Compound e MakerDAO são duas plataformas DeFi construídas na rede Ethereum. Elas permitem que os usuários emprestem ou tomem emprestado criptomoedas sem precisar de um banco. 

O EVM garante que os protocolos de empréstimo sejam executados com segurança, calculando taxas de juros, requisitos de garantia e outros fatores automaticamente. 

Você pode ganhar juros ou tomar empréstimos interagindo com essas plataformas por meio de contratos inteligentes, com o EVM garantindo que todos os termos sejam cumpridos.

Tokens Não Fungíveis (NFTs)

Tokens não fungíveis (NFTs) são ativos digitais exclusivos que representam a propriedade de um item ou conteúdo específico, como arte, música ou itens colecionáveis. 

O EVM permite a criação e transferência de NFTs por meio de contratos inteligentes que seguem padrões como ERC-721 ou ERC-1155.

Por exemplo, plataformas como OpenSea e Rarible usam o EVM para cunhar, comprar e vender NFTs. Quando um usuário compra um NFT, o EVM registra a transferência de propriedade na blockchain Ethereum, garantindo que o comprador tenha um registro de propriedade verificável e imutável. 

Os NFTs mudaram setores como arte digital e jogos ao permitir que os criadores tokenizem seus trabalhos e os vendam diretamente aos colecionadores, com todas as transações processadas e protegidas pelo EVM.

Implementações de EVM entre cadeias e multicadeias

A Máquina Virtual Ethereum (EVM) não está mais confinada ao Ethereum, pois agora alimenta aplicativos em vários blockchains por meio Cruz cadeia e implementações multi-cadeia.

EVM em outras blockchains

A Máquina Virtual Ethereum (EVM) foi adotada por vários blockchains além do Ethereum, permitindo que desenvolvedores criem e executem contratos inteligentes compatíveis com o Ethereum em outras redes. 

Essas blockchains implementam o EVM para oferecer suporte aos mesmos aplicativos baseados em Solidity, facilitando a implantação de dApps em diversas plataformas pelos desenvolvedores. Exemplos incluem:

• Cadeia Inteligente Binance (BSC): A BSC é uma blockchain compatível com EVM que permite aos desenvolvedores portar dApps Ethereum com alterações mínimas. Ela oferece transações mais rápidas e taxas mais baixas em comparação com a Ethereum, tornando-a atraente para certas aplicações descentralizadas, como exchanges descentralizadas (DEXs) e plataformas de yield farming.
• Polígono (anteriormente Matic): Polygon é uma solução de escalonamento de Camada 2 para Ethereum que suporta EVM, permitindo que dApps Ethereum sejam executados com taxas de transação reduzidas e tempos de processamento mais rápidos. É amplamente utilizado para jogos, marketplaces de NFT e aplicações DeFi.
• Avalanche e Fantom:Tanto Avalanche quanto Fantom são blockchains de alto desempenho que implementam EVM, oferecendo aos desenvolvedores de Ethereum a oportunidade de escalar seus aplicativos para novas redes com maior velocidade e custos mais baixos.

Essas cadeias compatíveis com EVM aprimoram o ecossistema do Ethereum ao fornecer plataformas alternativas com vantagens distintas, como escalabilidade e acessibilidade, ao mesmo tempo em que mantêm a compatibilidade com dApps baseados em Ethereum.

Soluções EVM e Camada 2

Fonte: BTSE

Soluções da camada 2 são construídos sobre o Ethereum para ajudar a dimensionar a rede, reduzir taxas de transação e aumentar a taxa de transferência sem alterar a camada base (Camada 1). 

Muitas soluções de Camada 2 são projetadas para serem compatíveis com EVM, garantindo uma transição perfeita para dApps já em execução no Ethereum. Os principais exemplos incluem:

• Rollups otimistasSoluções como Optimism e Arbitrum usam rollups otimistas para agrupar múltiplas transações off-chain e enviar uma única prova para a blockchain principal do Ethereum. São compatíveis com EVM, permitindo que os desenvolvedores migrem seus contratos inteligentes com ajustes mínimos.
• zk-rollups: zk-Rollups, como os desenvolvidos pela zkSync, usam provas de conhecimento zero para verificar a validade de transações off-chain. Esses rollups também são compatíveis com EVM e foram projetados para reduzir a carga computacional no Ethereum, mantendo a segurança.

As soluções de Camada 2 reduzem significativamente as taxas de gás e aumentam a taxa de transferência da rede Ethereum, ao mesmo tempo em que usam o EVM para execução de contratos, o que as torna importantes para a estratégia de escalabilidade da Ethereum.

Evolução do EVM

Com o tempo, o EVM se adaptou para superar suas limitações, com desenvolvimentos como o Ethereum 2.0 e soluções de Camada 2 prometendo uma máquina virtual mais eficiente.

Limitações do EVM

A Máquina Virtual Ethereum provou ser uma ferramenta poderosa para aplicativos descentralizados, mas tem certas limitações:

• Gargalos de desempenho: A EVM processa transações sequencialmente, o que pode levar a tempos de execução lentos, especialmente durante congestionamentos de rede. Isso resulta em altas taxas de gás e atrasos nas confirmações de transações.
• Ineficiência do gás: Algumas operações de EVM são custosas em termos de gás, especialmente quando se trata de armazenamento e certas operações aritméticas. Isso limita a complexidade dos contratos inteligentes, pois os desenvolvedores precisam otimizar constantemente a eficiência do gás para evitar que as transações se tornem proibitivamente caras.
• Falta de paralelização: O design atual da EVM não suporta a execução paralela de transações, o que significa que todas as operações devem ser processadas uma de cada vez. Isso limita a escalabilidade e a taxa de transferência, principalmente com o crescimento da demanda pela rede Ethereum.

Essas limitações estão impulsionando pesquisas e desenvolvimento contínuos com o objetivo de melhorar ou substituir partes do EVM para aumentar seu desempenho, escalabilidade e eficiência.

Ethereum 2.0 e o futuro do EVM

Com a transição para Ethereum 2.0 (ETH2), a rede Ethereum está passando de uma prova de trabalho (PoW) para uma prova de aposta (PoS) mecanismo de consenso.

Esta atualização visa melhorar a escalabilidade, a segurança e a eficiência energética. No entanto, o EVM em si não está sendo substituído, mas sim evoluído para funcionar dentro deste novo ecossistema.

• Cadeias de Fragmentos: O Ethereum 2.0 introduz o sharding, em que a rede é dividida em cadeias menores (shards) que processam transações em paralelo. Isso poderia aliviar o congestionamento e reduzir as taxas de gás, mas exigirá ajustes na forma como a EVM interage com essas cadeias de shard.
• Ambientes de Execução: No Ethereum 2.0, há planos para criar ambientes de execução, que funcionará junto com o EVM para dar suporte a aplicativos mais complexos e permitir que outras máquinas virtuais coexistam no Ethereum. 

Isso poderia abrir portas para maior flexibilidade na forma como os contratos inteligentes são executados e melhorar o desempenho sem alterar fundamentalmente o EVM.

O roteiro do Ethereum 2.0 sinaliza um papel contínuo para o EVM no futuro da rede, mas com escalabilidade e adaptabilidade aprimoradas.

Inovações e atualizações do EVM

Há vários esforços em andamento para atualizar o EVM e torná-lo mais eficiente e versátil. Algumas inovações notáveis ​​incluem:

• EVM 384: Esta proposta busca estender os tipos de dados nativos da EVM, permitindo operações criptográficas mais eficientes, que atualmente consomem muito gás. Ao expandir o tamanho das palavras da EVM, certos cálculos poderiam ser simplificados, reduzindo o custo de operações complexas.
• eWASM (Ethereum WebAssembly): eWASM é uma iniciativa para substituir o EVM pelo WebAssembly (WASM), uma máquina virtual mais moderna e versátil. O WASM é mais rápido, suporta execução paralela e é amplamente utilizado fora de aplicações de blockchain. 

Se totalmente implementado, o eWASM permitiria que a Ethereum processasse contratos de forma mais eficiente e abrisse a rede para desenvolvedores familiarizados com as principais linguagens de programação.

• Abstração de conta: Esta atualização proposta visa simplificar a forma como contas e contratos interagem com a rede. Ao abstrair certas complexidades relacionadas à verificação de assinaturas e ao gerenciamento de transações, esta atualização permitiria designs de contratos inteligentes mais flexíveis e fáceis de usar, aprimorando a funcionalidade do EVM.

Essas inovações visam garantir que o EVM permaneça competitivo e capaz de suportar o crescimento do Ethereum a longo prazo.

Ecossistema e ferramentas EVM

A Máquina Virtual Ethereum (EVM) tem um ecossistema crescente de ferramentas projetadas para ajudar desenvolvedores a criar, testar e otimizar contratos inteligentes de forma eficiente.

Ferramentas de desenvolvedor para EVM

Uma ampla gama de ferramentas para desenvolvedores foi criada para tornar o trabalho com a Máquina Virtual Ethereum (EVM) mais eficiente e fácil de usar. 

Essas ferramentas ajudam os desenvolvedores a escrever, compilar, implantar e testar contratos inteligentes, garantindo que sejam otimizados para desempenho e segurança. Algumas das ferramentas mais populares incluem:

• Remixar IDE: Remix é um ambiente de desenvolvimento integrado (IDE) baseado na web para escrever e testar contratos inteligentes. Ele suporta Solidity, a principal linguagem para escrever contratos inteligentes Ethereum, e fornece um conjunto de ferramentas de depuração e implantação. É amplamente utilizado por desenvolvedores iniciantes e experientes devido à sua facilidade de uso e flexibilidade.
• Suíte Trufa: Truffle é um framework de desenvolvimento que simplifica o processo de construção de aplicativos descentralizados (dApps). Inclui um conjunto de bibliotecas para gerenciar contratos, executar testes automatizados e interagir com a blockchain Ethereum. O Truffle também se integra a outras ferramentas como o Ganache, que simula uma blockchain localmente para fins de teste.
• Capacete de segurança: Hardhat é outro ambiente de desenvolvimento popular que oferece recursos abrangentes para compilar contratos inteligentes, depuração e execução de testes. Inclui suporte para Solidity e oferece plugins flexíveis, como a capacidade de executar o EVM localmente para iterações rápidas durante o desenvolvimento.

Essas ferramentas simplificam o processo de desenvolvimento e ajudam a garantir que os desenvolvedores possam criar, testar e implantar com eficiência seus aplicativos baseados em EVM.

Depuração e teste de EVM

Depuração e testes são etapas cruciais no desenvolvimento de contratos inteligentes, dada a natureza imutável das transações de blockchain. 

Após a implantação de um contrato inteligente, os erros não podem ser corrigidos facilmente, portanto, testes rigorosos são essenciais. Algumas ferramentas essenciais para depuração e testes incluem:

• Ganache: Ganache, parte do pacote Truffle, é um emulador de blockchain local que permite aos desenvolvedores criar uma rede Ethereum pessoal. Ele simula a blockchain, permitindo que os desenvolvedores testem contratos inteligentes sem pagar taxas de gás ou aguardar confirmações da rede Ethereum principal. Isso o torna ideal para testar a funcionalidade de contratos sob diversas condições.
• Depurador de capacete: O Hardhat fornece ferramentas de depuração integradas que permitem aos desenvolvedores inspecionar a execução de contratos inteligentes passo a passo. Isso facilita a identificação de problemas na lógica ou a descoberta de ineficiências de gás. A ferramenta permite testes em tempo real em uma rede local, reduzindo o risco de implantação de contratos com bugs ou ineficientes.
• Cobertura de Solidez: Solidity Coverage é uma ferramenta que mede quanto do código de um contrato inteligente foi testado. Isso garante que funções críticas e casos extremos sejam cobertos nos testes, reduzindo o risco de vulnerabilidades não descobertas no contrato implantado.

Testes completos usando essas ferramentas ajudam a evitar erros dispendiosos e vulnerabilidades de segurança em contratos ativos.

Emuladores e Simuladores EVM

Emuladores e simuladores EVM permitem que os desenvolvedores imitem o ambiente de execução da rede Ethereum em suas máquinas locais. 

Essas ferramentas auxiliam em testes, ajustes de desempenho e depuração de contratos inteligentes antes de sua implantação na rede principal. Alguns simuladores e emuladores amplamente utilizados incluem:

• Ganache: Como um emulador de blockchain, o Ganache permite que desenvolvedores executem uma blockchain Ethereum local para testar transações, implementar contratos e monitorar o uso de gás em um ambiente controlado. Os desenvolvedores podem simular interações do mundo real, ajudando-os a ajustar seus dApps e contratos.
• Parque Infantil EVM: O EVM Playground é uma ferramenta baseada em navegador que permite aos desenvolvedores escrever, compilar e executar bytecodes EVM diretamente em um ambiente sandbox. Isso é particularmente útil para desenvolvedores que desejam explorar o comportamento de opcodes EVM específicos ou solucionar problemas de contrato de baixo nível.
• EthFiddleName: O EthFiddle é uma ferramenta online leve que permite aos usuários experimentar trechos do Solidity em tempo real. Os desenvolvedores podem compartilhar e testar trechos de código rapidamente, tornando-o uma ferramenta colaborativa para depurar e testar pequenas porções de código.

Esses emuladores e simuladores são essenciais para garantir que os contratos inteligentes funcionem conforme o esperado antes da implantação, economizando tempo e recursos no processo de desenvolvimento.

Conclusão

A Máquina Virtual Ethereum (EVM) é a espinha dorsal do blockchain Ethereum, alimentando aplicativos descentralizados, contratos inteligentes, plataformas DeFi e NFTs. 

Sua compatibilidade entre cadeias e seu papel em soluções de Camada 2 destacam sua importância no ecossistema blockchain mais amplo. 

No entanto, ele também enfrenta limitações, como ineficiências de gás e falta de paralelização, que atualizações contínuas como o Ethereum 2.0 e inovações como o eWASM visam resolver. 

Com um ecossistema robusto de ferramentas para desenvolvedores, sistemas de depuração e emuladores, o EVM continua a se desenvolver, garantindo que ele continue sendo o principal motor do crescente cenário descentralizado do Ethereum.

À medida que a tecnologia blockchain avança, o EVM continuará a se adaptar e aprimorar, impulsionando o futuro de aplicativos descentralizados e contratos inteligentes em várias plataformas.

Perguntas frequentes sobre a Máquina Virtual Ethereum (EVM) 

Esta seção de perguntas frequentes aborda algumas perguntas comuns que podem ajudar você a restringir suas escolhas:

O EVM funciona em outros blockchains?

Sim, o EVM é compatível com vários outros blockchains, como Binance Smart Chain, Avalanche e Polygon, permitindo que eles executem aplicativos baseados em Ethereum.

Qual linguagem de programação é usada para o EVM?

A principal linguagem de programação usada para o EVM é o Solidity, que é compilado no bytecode EVM para execução na rede Ethereum.

Como o EVM calcula as taxas de gás?

O EVM calcula as taxas de gás com base nos recursos computacionais necessários para cada transação ou execução de contrato inteligente, com operações mais complexas exigindo mais gás.

O EVM pode executar qualquer tipo de código?

Sim, o EVM é Turing-completo, o que significa que ele pode executar qualquer algoritmo computacional, desde que haja tempo e recursos suficientes.

Como as soluções da Camada 2 melhoram o EVM?

As soluções de Camada 2 melhoram o EVM ao descarregar transações da rede principal Ethereum, reduzindo o congestionamento e diminuindo as taxas de gás.

O EVM é usado em todos os aplicativos baseados em Ethereum?

Sim, todos os aplicativos descentralizados (dApps) e contratos inteligentes na rede Ethereum são executados usando o EVM.

Como o EVM lida com a segurança de contratos inteligentes?

O EVM reforça a segurança executando contratos inteligentes em um ambiente isolado, impedindo que códigos maliciosos afetem outros contratos ou a rede.

O que são opcodes EVM?

Os opcodes EVM são instruções de baixo nível executadas pela EVM para executar tarefas como operações matemáticas, armazenamento de dados e fluxo de controle em contratos inteligentes.